為什麼醋酸鉛具有甜味？
維基百科：Lead(II) acetate
古羅馬人們把醋酸鉛作為甜味劑使用，導致大範圍鉛中毒。那麼，為什麼這種化合物會具有甜味？
每天早上知乎都會給我推送一個問題邀請我回答。今天這個問題終於值得寫一寫了。
為什麼糖是甜的，為什麼醋酸鉛具有甜味，阿斯巴甜這樣的類糖為什麼甜度那麼高是蔗糖的很多很多倍，為什麼甚至偶爾礦泉水喝起來也會覺得甜絲絲的，但是有時候又不會？看完這篇回答，希望可以解答你所有的問題。
簡單來說，答案是我們味蕾上的甜味感受器就喜歡接收一種特定的結構——AH+B 結構。其中AH 表示的是一個酸質子，B是一個具有電負性的原子或中心，而這個AH+B 結構，AH 距離B 的距離大概是3 A（0.3 nm），見下圖。
當我們的甜味感受器同時接觸到了來自「甜味」分子的AH+B 結構，我們的甜味感受器自然就會給我們發送一個「甜」的信號，讓我們愉悅。
比如我們最常見的果糖（水果）還有糖精（奶茶和咖啡）。仔細看它們的分子式，AH+B 的結構都很明顯。而由於糖精的AH+B 結構相比果糖內部的更為穩定，所以我們的甜味感受器更容易和糖精結合，所以相同濃度，我們會覺得糖精更甜！
我們再來看看咱們的直接代謝能源——葡萄糖，葡萄糖內部也是有這樣AH+B 結構的，然而問題在於葡萄糖內部的AH (OH) 和B (CH2OH) 分別位於兩個相鄰的碳原子上面（上圖）。你或許學過有機化學裡六元環的船式，椅式構象。這樣AH 和B 有可能翻轉導致不滿足這個3 A 的距離要求，你的甜味感受器只能接收到半個信號（不甜）。相比果糖的穩定結構，葡萄糖自然也就沒有果糖甜。
同時，特定的情況下氫鍵，也會過來插一腳，影響甜味，所以稀釋含葡萄糖的溶液，口感甜度的下降程度要快於稀釋的倍數。
現在我們已經熟悉了甜味的來源，以及分子結構對甜味的影響。我們來看看問題的核心，醋酸鉛是怎麼回事？仔細觀察醋酸鉛的水合過程，我們不難發現，當一個OH 陰離子從右上角微弱地和醋酸鉛結合後，這個OH 可以自然而然充當這個AH 的角色。此時，從右下方的位置可以結合一個OH 陰離子充當B，也可以讓左上的OAc 結構裏的氧原子充當B。這也是醋酸鉛甜味的來源。不過不同的是，這個結構很弱（不像果糖，糖精，葡萄糖），自然甜度比不了它們。也是因為如此，古羅馬人才需要用純鉛鍋慢慢煮醋或者其它原材料提升甜度（醋酸鉛濃度）。
相比之下，另一種無機物氯化鈹的甜度可比醋酸鉛強多了，而毒性也半斤八兩。所幸，古羅馬人並不知道怎麼弄出鈹。
至於礦泉水為什麼有時候喝著覺得甜，這其實是個偶然的「誤會」。天然礦物質的水合分子尺寸很小，並且成弱鹼性（B），而此時另一個水分子的OH 可以充當 AH。當這兩個分子滿足了同時出現，又剛好處在了彼此距離最合適的 0.3 nm，你就會感覺到甜。不過由於它們兩者很難滿足同時出現，同時結合，這個概率實在太低了，所以你感受到的只是若有若無的絲絲甜。
一個參考的文獻：
Molecular structure and sweet taste?pubs.acs.org這是了很有趣的問題。我們知道，味覺起到幫助分辨營養物質和有害物質的作用。甜意味著糖、意味著能量；鹹意味著鹽、意味著礦物質；鮮代表了美味的肉、提示著優質蛋白質來源；而酸是腐敗的象徵；苦則是有毒。
但是，有一種在人類歷史上並不罕見的物質—二價鉛離子，卻兼具著甜和有毒這兩個看似毫不相關的性質。這也是人類發現的第一種代糖：古羅馬人將腐敗的葡萄酒放置在鉛罐內加熱，醋酸與氧化鉛反應生成了被稱為鉛糖的醋酸鉛，這讓發酸的葡萄酒變甜。據說，當時的貴族每天能喝2升這樣的葡萄酒，無怪乎有學者將鉛中毒視作古羅馬滅亡的一大原因。
其實，除了二價鉛離子外，同屬於無機物的鈹離子、釔離子也是有甜味的。甚至在早期研究中，科學家就是靠嘗鈹離子獨特的甜味來確定其存在的——和鉛類似，鈹同樣有很強的毒性。在自然界裏，除了糖類和上述金屬離子外，還有幾種氨基酸和甜蛋白也能讓人感到甜味。
為什麼這些物質都是甜的？這就需要我們探明甜的味覺機制。雖然自19世紀晚期以來，人們合成了各種各樣的非糖類甜味劑，並根據其分子結構提出了多種刺激甜味的結構模型。但這些模型不但無法解釋所有的代糖，也難以指導發現新的甜味劑。直到2001年，科學家才最終發現甜味受體是由T1R2和T1R3兩個蛋白質組成的異二聚體。並隨後發現這兩個甜味受體蛋白具有多個功能位點，不同類型的甜味劑能夠與不同的位點結合，並激活甜味細胞傳遞神經信號。正因如此，甜味劑並沒有一個統一的模型。
目前，科學家已經發現了葡萄糖、蔗糖等糖類和糖精、三氯蔗糖、阿斯巴甜、甜蜜素等代糖在甜味受體上的結合位點，但還沒研究報告無機金屬離子是如何起作用的。當然，由於二價鉛離子能與體內多種蛋白質結合（其毒性也是如此產生的），它如果能結合甜味受體也不是難以理解的事情。甜味受體是複雜的跨膜蛋白，至今未能解析其人源精確結構，還有許多需要研究的地方（在2017年解析了一種魚的此類受體）。
需要補充的是，雖然我們往往會默認甜味在所有動物中是相同的，但實際上，儘管甜味受體在哺乳動物的進化中相對保守，但也有不小的變化。比如貓科動物和吸血蝙蝠等的T1R2不表達，所以對甜味很不敏感。對醋酸鉛而言，大鼠並不會取食，狗可能也不覺得甜，而屬於靈長類的食蟹猴就會覺得先甜後酸。在靈長類中，包括人類與食蟹猴在內的舊大陸猴能嘗出阿斯巴甜等代糖和產於非洲的甜蛋白的甜味，而新大陸猴與原始猴類都不能。這或許意味著舊大陸猴在進化過程中甜味感覺出現了重要變化。
味覺雖然很重要，但對生物的存續並沒有生死攸關的意義，因此允許出現把一些在自然界中很少出現的有毒物質當成甜品的誤差。如生物學家朱利安·赫胥黎所說：「如果醋酸鉛在自然界中像糖那樣普遍，而糖罕見得像醋酸鉛那樣，那就可以預言甜會變成最可怕的味道，因為那時我們必須吐出任何嘗起來甜的東西方可生存。」
撰文/孫天任
本文發表於2019年第5期「QA」欄目
很簡單的說， 用受體理論，
就是身體的（不單只舌上）甜味受體被醋酸鉛激動了。
味覺受體最早發現於舌背味蕾中。
哺乳動物苦味、甜味和鮮味受體均為G蛋白偶聯受體（G-protein-coupled receptors，GPCRs），是一類7次跨膜蛋白，表達於味蕾Ⅱ型細胞，即味覺受體細胞（taste receptor cell，TRC）。
味覺受體第一家族成員（taste receptor family 1 member，T1R）介導甜味和鮮味的感知。
Tas1R3 與 Tas1R2 聯合組成甜味受體，Tas1R3 與Tas1R1受體聯合組成鮮味覺受體。
https://www.nature.com/articles/ncomms15530?www.nature.com早期的假說是 AH/B模型（假說），認為甜味分子都具有一個氫供體(AH)和一個氫受體(B)。
以後又有學者提出AH/B/X以及AH/B/D/G/XH/Y/E1/E2模型（假說），推測甜味分子中各個原子基團在空間上具有某種規律性的分佈。
後來隨著越來越多的甜味分子的結構被闡明，尤其是大分子甜味蛋白質的結構被解析後，上述模型（假說）逐漸顯示出其侷限性。
目前文獻中的研究結果主要支持以下幾個推論：
(1)甜味蛋白質內不存在決定其甜味的特徵序列；
(2)甜味蛋白質表面電荷影響其甜味度以及與受體的相互作用；
(3)甜味蛋白分子的摺疊影響蛋白質的甜味度；
(4)保守的C末端聚脯氨酸螺旋的彈性與甜味蛋白的甜味度相關，可能介導了甜味蛋白分子對於甜味受體的相互作用與激活；
(5)甜味蛋白質對於甜味受體可能存在多點作用。
參考資料：
http://www.life.ac.cn/news/upload/20140822-500-505%200211.pdf?www.life.ac.cnhttp://www.yndxxb.ynu.edu.cn/fileYNDXXBZRKXB/journal/article/yndxxbzrb/2015/S1/PDF/2015S116.pdf?www.yndxxb.ynu.edu.cn【未完待續】
抄題並標準化：
為什麼人在品嘗到醋酸鉛時，舌頭會反饋給大腦『甜』的信號？
宏觀答案：
必然是因為：
1.人在品嘗到具有某種結構的物質時，舌頭會反饋給大腦『甜』的信號。2.醋酸鉛具有這種結構。
微觀答案：
接上文，這種結構是AH-B。①
對於非化學類領域從業者，僅需瞭解宏觀答案即可，不需要了解微觀答案。因為對於非化學類領域從業者，微觀答案無法與其所知的其他知識點發生交叉，因此即便了解微觀答案，也無法應用、並會很快遺忘，到最後記住的依然是宏觀答案。
參考：
①：https://www.zhihu.com/answer/1278625211
甘汞（氯化亞汞）也有甜味呢
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