Zahlavi

Těžká voda chutná sladce, potvrdili vědci letitou domněnku

07. 04. 2021

Důležitý činitel při metabolických testech, moderátor v jaderných reaktorech, nástroj pro výrobu atomové bomby, ale údajně i zaručený pomocník po prohýřené noci. To vše je těžká voda. Chutná ale stejně jako obyčejná voda, nebo je sladká, jak se proslýchalo? Vědci Pavel Jungwirth a Phil Mason se studenty Carmelem Temprou a Victorem Crucesem Chamorrem z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR ve spolupráci s výzkumníky z Německa a Izraele se to rozhodli prozkoumat. Jednoznačně prokázali, že těžká voda má sladkou chuť. Jejich poznatky zveřejnil časopis Communications Biology.

Těžká voda (D2O) se liší od obyčejné vody (H2O) pouze tím, že vodíkové atomy tvořené protonem a elektronem (H) nahrazuje stabilní izotop vodíku zvaný deuterium (D), který má v jádře navíc i neutron. Nejvýznamnějším projevem této záměny je skutečnost, že těžká voda je o deset procent hustší než voda běžná. Naproti tomu rozdíly v pH či teplotě tání a varu, způsobené kvantovými efekty, jsou velmi malé. Po chemické stránce tak mezi oběma molekulami vody není prakticky žádný rozdíl.  

Rozdíly mezi H2O a D2O
Rozdíly mezi chováním transmembránové části lidského receptoru sladké chuti v H2O vs. D2O na základě analýzy tří nezávislých mikrosekundových trajektorií.

„Navzdory tomu, že tyto dva izotopy vody jsou chemicky identické, a přestože chuťové vnímání je založeno právě na chemických vlastnostech, se nám podařilo jednoznačně prokázat, že lidé, na rozdíl od myší, jsou schopni odlišit jejich chuť a že těžká voda nám chutná sladce,“ říká o hlavních výsledcích studie vedoucí týmu Pavel Jungwirth.

Pro člověka sladká
Vědci provedli chuťové experimenty na myších, lidech i na geneticky upravených buňkách obsahujících lidský receptor pro sladkou chuť. Tyto pokusy následně zkombinovali s metodami molekulárního modelování. Jejich výsledky konzistentně ukazují, že chuť těžké vody zprostředkovává u lidí receptor sladké chuti.

„Právě to dokazuje, že vnímání sladké chuti těžké vody je slabý, ale reálný efekt odehrávající se přímo na úrovni chuťového receptoru, a ne někde dále v signálních drahách. Vlastně to znamená, že svým jazykem jsme schopni vnímat rozdíly způsobené kvantovými efekty, což je fascinující,“ dodává Pavel Jungwirth. Další studie by pak měly odhalit přesné místo a mechanismus, jakým D2O aktivuje lidský chuťový receptor tak, že chutná sladce, a ne jinak.

Punkový experiment
Podle městských legend brání led z těžké vody bolestem hlavy po propité noci. Možnost využití deuteria jako léku na kocovinu ovšem snižuje cena těžké vody – několik takových kostek stojí víc než lahev kvalitní whisky. Ve větším množství navíc může těžká voda člověku ublížit.

Svým nevšedním pokusem porušil tým Pavla Jungwirtha jedno z nepsaných pravidel chemie. „Je to trochu punk. Základní princip každého chemika je, že se chemikálie neochutnávají. To se dělávalo do devatenáctého století, ale moderní chemici to prostě nedělají. Já se můžu omlouvat tím, že jsem původním vzděláním fyzik,“ směje se Pavel Jungwirth v našem podcastu A / Věda na dosah, v němž jsme se dotkli právě i tématu těžké vody.

I přes svůj neotřelý přístup slouží experiment jako základ k dalšímu možnému výzkumu. Vzhledem k tomu, že se těžká voda využívá v lékařství při metabolických měřeních, může zjištění, že vyvolává reakci receptoru sladké chuti, představovat důležitou informaci například pro klinické lékaře nebo pacienty. Toto zjištění také může být zajímavou informací pro chemiky, kteří běžně používají těžkou vodu při určování chemické struktury metodami nukleární magnetické rezonance či neutronového rozptylu. Úlohu těžké vody coby nového sladidla tedy neočekávejme.

Vyvrácení zažité „pravdy“
Těžká voda se v přírodě vyskytuje ve velmi zředěné formě, k následné izolaci v laboratorních podmínkách dochází například pomocí elektrolýzy. Její objevitel, americký chemik Harold Urey, přitom ve svém článku v časopise Science v roce 1935 rezolutně tvrdil, že těžká voda nemá žádnou chuť. Experiment Pavla Jungwirtha tak konečně vyvrací domněnky, které se ve vědecké komunitě držely přes osmdesát let.

„Naše studie s využitím moderních experimentálních postupů a metod počítačového modelování uzavírá letitý vědecký spor týkající se sladké chuti těžké vody a ukazuje, že i kvantové jevy v jádrech atomů mohou mít zřetelné efekty na tak základní biologické funkce, jako je smyslové vnímání,“ uzavírá fyzikální chemik.

---

Poslechněte si podcast s Pavlem Jungwirthem nejen o experimentu s těžkou vodou.

O dalším „punkovém“ experimentu Pavla Jungwirtha, který se dokonce dostal na titulku prestižního časopisu Science, jsme si s vědcem povídali v časopise A / Věda a výzkum.

A / Věda a výzkum 3/2020

Text: Martin Ocknecht, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR, ve spolupráci s ÚOCHB AV ČR
Foto: Shutterstock; Carmelo Tempra, ÚOCHB AV ČR; Jana Plavec, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR

Licence Creative Commons Text je uvolněn pod svobodnou licencí Creative Commons.

 

Biologie a lékařské vědy

Vědecká pracoviště

Cílem výzkumu je poznávání procesů v živých organismech, a to na úrovni molekul, buněk i organismů. Biofyzikální výzkum se zabývá studiem vztahu DNA – protein a vlivu faktorů životního prostředí na organismy. V oblasti molekulární genetiky a buněčné biologie jsou studovány zejména signální cesty pro spouštění reakcí a odezvy cílových genů na tyto signály; zvláštní pozornost je věnována studiu buněčných mechanismů imunitních odpovědí. Sledovány jsou rovněž genomy mikroorganismů a procesy směřující k moderním technologiím přípravy látek s definovanými biologickými účinky. V oblasti fyziologie a patofyziologie savců a člověka je výzkum zaměřen na kardiovaskulární fyziologii, neurovědy, fyziologii reprodukce a embryologii s cílem vytvořit teoretické základy preventivní medicíny. V oblasti experimentální botaniky se výzkum věnuje genetice, fyziologii a patofyziologii rostlin a moderní rostlinné biotechnologii. Sekce zahrnuje 8 vědeckých ústavů s přibližně 1930 zaměstnanci, z nichž je asi 690 vědeckých pracovníků s vysokoškolským vzděláním.

Všechny výzkumné sekce