Биосинтетический капсаицин

Капсаицин — жгучее начало перцев рода Capsicum, и строение его необычайно информативно: почти все свойства молекулы читаются прямо по нему.

Две половины, соединённые амидом

Капсаицин собирается из двух фрагментов. Ванилиламин происходит из фенилпропаноидного обмена — того самого маршрута, что даёт ванилин и предшественники лигнина, — и несёт ароматическое кольцо с метокси- и гидроксигруппами. 8-Метил-6-ноненовая кислота происходит из обмена разветвлённых жирных кислот и даёт липофильный хвост.

Капсаициноидсинтаза соединяет их амидной связью. Родственные капсаициноиды различаются лишь хвостом: у дигидрокапсаицина нет двойной связи, нордигидрокапсаицин на один углерод короче, у нонивамида прямая девятиуглеродная цепь.

Жгучесть — это агонизм TRPV1

Капсаицин связывает TRPV1 — ионный канал сенсорных нейронов, который в норме открывается при повреждающем нагреве, около 43 °C, и в ответ на кислоту. Химическое его открытие порождает сигнал, который мозг истолковывает как жжение, безо всякого теплового события.

Отсюда следует несколько знакомых наблюдений. Капсаицин и настоящее тепло складываются на одном канале, поэтому горячая еда кажется более жгучей. Ощущение возникает на любой ткани, несущей TRPV1, а не только на языке. И поскольку капсаицин липофилен и плохо растворим в воде, вода не приносит облегчения, тогда как жир или казеин молока приносят, растворяя или связывая молекулу.

Повторная экспозиция десенситизирует канал: длительная активация истощает и инактивирует нейрон, — и на этом основано применение капсаицина как местного обезболивающего, а не только как пищевого компонента.

Структурные требования вытекают из устройства связывающего центра: ванилильное кольцо с гидроксилом и метоксигруппой, амидная связь и липофильный хвост подходящей длины. Укоротите хвост или закройте фенол — и сила действия резко падает; поэтому семейство капсаициноидов различается по силе в предсказуемом ряду.

Шкала Сковилла — это метод разведения

Изначально шкала Сковилла была сенсорным методом: экстракт разводят, пока дегустационная панель перестаёт улавливать жгучесть, и приводят кратность разведения. Она измеряет восприятие со всей свойственной ему изменчивостью.

Сегодня жгучесть измеряют методом ВЭЖХ, определяя отдельные капсаициноиды и взвешивая их по относительной силе, а результат для привычности пересчитывают обратно в единицы Сковилла. Цифра поэтому выглядит той же, но получена совсем иначе, и строго взаимозаменяемыми они не являются.

Почему получать его биологически трудно

Капсаицин является антимикробным средством и раздражителем мембран — его назначение в растении состоит в отпугивании млекопитающих и грибов, — и отсюда характерная проблема области. Организм, сконструированный производить капсаицин, сконструирован травить себя, поэтому титр упирается в токсичность заметно ниже возможностей пути, ровно как у терпеноидных вкусоароматических молекул.

Ответы того же рода: непрерывный отвод продукта на месте во вторую органическую фазу, инженерия систем выброса или согласие на низкий титр с построением разделения под него. Само растение обходит проблему, откладывая капсаициноиды в особые везикулы на плацентарной ткани, физически отделённые от произведшей их цитоплазмы, — компартментализация, которой у микробного хозяина нет.

Культура растительных клеток идёт иным путём, сохраняя природную компартментализацию, но наследуя медленный рост и высокую стоимость сред для растительных клеток.