Biber Neden Yakar? Kapsaisinin Açtığı Duyu Kapısı

Dildeki Acı, Duyudaki İki Yol

Türkçede “acı” sözcüğü hem bitter adıyla da anılan acı tadı hem de biberin acılığını anlatır. Tatlı, ekşi, tuzlu, acı tat ve umami, tat duyusunun nitelikleridir. Biberin acılığı ise kemestezi dediğimiz başka bir duyusal alana girer. Aynı sözcükle anlattığımız bu iki deneyim, duyu biliminde farklı süreçlerle açıklanır.

Kemestezi, kimyasal maddelerin dokunma, sıcaklık ve tahriş duyumlarıyla ilişkili sinir yollarını uyarmasıdır. Biberin yakması, mentolün serinletmesi ve bazı maddelerin karıncalanma oluşturması bu geniş alanın farklı örnekleridir. Yemek sırasında bunları tat ve kokuyla birlikte yaşarız: Bir lokmanın ekşiliği, bitkisel kokusu ve acılığı aynı deneyime katılırken ayrı duyusal bilgiler taşır.

TRPV1: Kimyasal Uyaran Nasıl Elektriksel Yanıta Dönüşür?

Michael Caterina ve çalışma arkadaşları, David Julius’un laboratuvarında, 1997’de kemirgen duyu nöronlarından kapsaisine yanıt veren kanalı klonladı. Nature’da yayımlanan çalışma, o dönemde VR1 adı verilen proteinin katyonların, yani pozitif yüklü iyonların geçişine izin veren bir iyon kanalı olduğunu gösterdi. Bugün bu kanalı TRPV1 adıyla biliyoruz.

Kanalı bulmak için araştırmacılar, kemirgenlerin duyu siniri düğümlerinden elde edilen mesajcı RNA’dan hazırlanan cDNA kütüphanesindeki klon gruplarını HEK293 adlı laboratuvar hücrelerine aktardı. Kapsaisin verildiğinde hücre içindeki kalsiyum artışını floresan bir belirteçle izlediler. Yanıt veren grubu tekrar tekrar küçülterek, hücreye kapsaisin duyarlılığı kazandıran kanalı kodlayan tek bir cDNA klonunu ayırdılar. Keşfin belirleyici adımı, bu klonun kapsaisine yanıt vermeyen hücrelere yanıt kazandırdığını göstermekti.

İyon kanalı, hücre zarında bir geçiş yolu açar. İyonların zarın iki yanı arasında hareket etmesi hücrenin elektriksel durumunu değiştirir; kimyasal uyaran böylece sinir sisteminin işleyebileceği bir yanıta katılır. Araştırmadaki kanal zararlı sıcaklıkla da etkinleşiyordu. Serin bir yiyeceğin yakıcı hissedilmesi, aynı kanalın kapsaisinle de açılabilmesinden anlaşılır. Isıyla etkinleşme eşiği ise deney koşullarına bağlıdır.

Bir Mutfak Malzemesinden Duyu Fizyolojisine

2021 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü, sıcaklık ve dokunma reseptörleri üzerine keşifleri için David Julius ve Ardem Patapoutian’a verildi. Julius’un araştırmasında kapsaisin, ısıya duyarlı bir sensörü ortaya çıkarmaya yarayan deneysel araçtı. Patapoutian’ın çalışmaları ise mekanik kuvvete yanıt veren PIEZO kanallarını tanımladı. İki araştırma yolu, sıcaklığın ve mekanik etkinin sinir sisteminde nasıl karşılık bulduğunu anlamaya katkı verdi.

Julius’un araştırmasının başlangıcında, tanıdık bir duyumu hücre düzeyinde sorulabilecek bir soruya dönüştürmek vardı: Bir hücre kapsaisine nasıl yanıt veriyor? Mutfakta “yakıyor” dediğimiz deneyimin belirli bir kanal, iyon hareketi ve elektriksel yanıt üzerinden incelenebilmesi, gündelik bir malzemeyi duyu fizyolojisinin araştırma aracına dönüştürdü.

Meyvenin Acılığı: Tüketici, Tohum ve Mantar

Biberin acılığının bitkinin yaşamındaki rolü, farklı tüketicilerin meyveyle kurduğu ilişkide araştırılabilir. Tewksbury ve Nabhan’ın 2001 çalışmasında kapsaisin, incelenen tohum yiyen memelileri caydırırken tohumları yayan kuşları caydırmadı. Araştırmacılar bu farkı “yönlendirilmiş caydırma” çerçevesinde ele aldı: Meyvenin kimyası, tohuma zarar veren tüketiciyi uzaklaştırırken dağıtıcıya erişim bırakabiliyordu.

Tewksbury ve arkadaşları 2008’de Bolivya’daki yaban biberlere bu kez mantar baskısı açısından baktı. Bulgular, kapsaisinoidlerin meyve ve tohumları mantar zararından korumadaki rolünü destekledi. Böylece acılık, bitkinin hem onu yiyen hayvanlarla hem karşılaştığı mantarlarla ilişkisine açılır: Aynı bileşik grubu, bu farklı karşılaşmalarda başka görevler üstlenebilir.

Duyumu Anlatmak, Mekanizmayı Açıklamak, Miktarı Ölçmek

“Nasıl bir duyum?”, “Hangi moleküler mekanizma?” ve “Numunede ne kadar bileşik var?” soruları birbirini tamamlar. Kemestezi duyumun türünü adlandırır. TRPV1, moleküler mekanizmanın bir parçasını açıklar. Kapsaisinoid analizi ise belirli bir numunedeki bileşiklerin miktarını ölçer. Aynı biber hakkında konuşsalar da bu bilgiler farklı ölçeklerde elde edilir.

Ayrı duyusal yollar lokmada etkileşebilir. Yang ve arkadaşları 2021’de on beş katılımcıyla, kuruyemiş benzeri kokan 3-metilbütanalın sulu çözeltilerini 5 mg/L kapsaisin içeren ve içermeyen koşullarda karşılaştırdı. Üç tekrarlı deneyde 60 saniye boyunca burun içi aroma salımı ve algılanan aroma birlikte izlendi. Kapsaisinle burun içindeki aroma miktarı anlamlı biçimde değişmezken algılanan aroma ortalama yüzde 45, tükürük akışı yüzde 92 arttı. Aynı molekülün burna ulaşan miktarıyla onun ne kadar yoğun duyulduğu böylece ayrı ayrı araştırılmış oldu.

Bir acı sos lokmasında biberin kokusu, ekşilik, doku ve yanma birlikte duyulur. Yang ve arkadaşlarının deneyi, aroma molekülünün ölçülen miktarıyla algılanan şiddetinin bu bütün içinde farklılaşabileceğini gösteren belirli bir örnektir. Kapsaisinoid analizi ise başka bir soruya, numunede ne kadar bileşik bulunduğuna yanıt verir. SHU’ya geçerken bu miktarın nasıl hesaplandığını ve hangi numuneye ait olduğunu da izleriz.

• Acı biberin dili: dokudan Scoville’e
• Acı sosun karakteri: malzeme, doku ve tasarım
• Aroma ve retronazal koku