Кровь: река жизни. От древних легенд до научных открытий - Азимов Айзек - Страница 30

В наше время можно с большей точностью обнаружить структурные изменения, однако это не учебник по химии, и двух предыдущих параграфов будет вполне достаточно.

Начнем с углеводов.

Самым распространенным углеводом является крахмал. Это белое порошкообразное вещество, безвкусное и нерастворимое в холодной воде. В качестве основного органического компонента крахмал присутствует во многих растительных продуктах питания, таких, как картофель, рис, кукуруза, пшеница, морковь, бананы и так далее. В пище животного происхождения крахмала практически нет.

Крахмал может различаться по величине гранул в разных растениях и даже по химическому составу. Однако у всех видов крахмала есть нечто общее. Во-первых, все они состоят из крупных молекул из тысяч и даже миллионов атомов. Во-вторых, их молекулы состоят из шестиуглеродных элементов, объединенных между собой иногда в виде прямых цепочек, а иногда разветвленных.

Крахмал, нагретый в воде, с добавлением небольшого количества кислоты, расщепляется в местах соединения шестиуглеродных элементов, сами элементы при этом сохраняются. Этот процесс называется гидролизом, от латинских слов, означающих «расщепление в воде». Отдельным элементом, одинаковым во всех видах крахмала, является глюкоза.

Процесс гидролиза ускоряется пищеварительными ферментами, но это происходит в два этапа. В слюне находится фермент — слюнная амилаза, а в соке поджелудочной железы фермент — панкреатическая амилаза, обе амилазы очень похожи. Они производят постепенное расщепление крахмала на фрагменты, состоящие из двух элементов. (Слово «амилаза» происходит от латинского «крахмал».) Этот двуэлементный фрагмент глюкоза-глюкоза называется мальтозой.

Когда пища попадает в тонкую кишку, почти весь крахмал представляет собой мальтозу, и на этом заканчивается первый этап переваривания крахмала. Но даже молекула мальтозы слишком велика, чтобы пройти сквозь оболочки кишечника. Наступает вторая стадия пищеварения, когда в дело вступает еще один фермент пищеварительного сока. Этот фермент — мальтаза вызывает гидролиз молекулы мальтозы на две молекулы глюкозы. (Суффикс «аза» характерен для названий всех ферментов, кроме тех, которые были открыты и названы до того, как этот суффикс ввели в употребление.)

С образованием глюкозы начинается ее всасывание, крахмал достаточно расщепился и может теперь поступать в организм.

Когда крахмал при помощи кислоты или деятельности ферментов расщепляется на маленькие молекулы глюкозы, происходит два вида изменений его свойств: он становится более растворимым в воде и сладким на вкус. Мальтоза и глюкоза растворяются в воде и обладают умеренно сладким вкусом. Слово «глюкоза» происходит от греческого «сладкий». Маленькие молекулы углеводов, сладкие на вкус и растворимые в воде, обычно называются сахарами.

Еще одной гигантской углеводной молекулой, встречающейся в растениях и в нашей пище, является целлюлоза, о которой в предыдущей главе я говорил, что она не переваривается. Странно, но и она, подобно крахмалу, состоит из длинных цепочек, состоящих из молекул глюкозы. Однако в целлюлозе они соединяются, говоря языком химии, конденсируются, несколько иным способом. В организме животного нет ферментов, способных переварить целлюлозу, поэтому ее молекула прочнее, чем молекула крахмала.

Это пример многогранности проявления живой природы: объединенные одним способом строительные блоки могут служить пищей для растений и животных, а объединенные по-другому становятся надежной опорой для деревьев высотой несколько метров и крепкими конструкциями для наших домов.

Существует два вида сахаров, играющих важную роль в питании человека. Во-первых, это обычный столовый сахар — сахароза, выражаясь терминами профессиональных химиков. Как и мальтоза, сахароза состоит из двух шестиуглеродных молекул, которые отличаются одна от другой. Одна из них — глюкоза, а другая — фруктоза, еще один шестиуглеродный сахар, похожий на глюкозу, но с расположенными в ином порядке двумя атомами водорода. Свойства соединения зависят не только от вида атомов и их количества, но и от их точного расположения в молекуле. Нечто подобное наблюдается в нашей системе исчисления: сразу заметна разница между двумя числами — 120 и 210.

Сахароза, как и мальтоза, не усваивается в тонкой кишке, она также должна подвергнуться расщеплению. В пищеварительном соке существует фермент — сахараза, который расщепляет сахарозу на отдельные молекулы — легко усваиваемые глюкозу и фруктозу.

Иногда для выявления небольших изменений в расположении атомов не требуется сложный химический анализ. Даже незначительные изменения могут ярко проявляться. Например, фруктоза, хотя почти и не отличается от глюкозы, однако вдвое слаще ее. Порошок фруктозы, поглощая воду из воздуха, превращается в твердый конгломерат, а глюкоза в порошке остается относительно сухой и рассыпчатой. Поэтому их можно отличить и по виду.

Второй вид сахара находится только в молоке и называется лактозой (от латинского «молоко») или иногда молочным сахаром. Как и сахароза, он состоит из двух молекул, одной из которых является глюкоза. Однако вторая — галактоза (от греческого «молоко») — еще один шестиуглеродный сахар, лишь слегка отличающийся от глюкозы и фруктозы расположением атомов. Лактоза сама по себе не усваивается, однако пищеварительный фермент лактаза расщепляет ее на глюкозу и галактозу.

Лактоза является необычным сахаром: она почти безвкусна. Возможно, потому, что это одна из важнейших составных частей молока, где ее содержится до 4 %. Молоко — основной продукт питания детенышей млекопитающих и, возможно, должно быть почти безвкусной пищей, чтобы в дальнейшей жизни у детеныша не выработалось вкусовых ассоциаций, связанных с молоком.

Прежде чем я закончу разговор об углеводах в нашей пище, нужно сказать, что глюкоза и фруктоза в виде отдельных молекул находятся в некоторых фруктовых соках. Иногда глюкозу называют виноградным сахаром, а фруктозу — фруктовым сахаром. После сбора нектара пчелы расщепляют сахарозу на глюкозу и фруктозу и превращают эту смесь в мед. Во фруктах и меде содержится некоторое количество глюкозы и фруктозы, которые, как вода и ионы минералов, могут проходить сквозь стенки кишечника без изменений.

Все сводится к одному: хотя в пищеварительный тракт углеводы попадают в разных видах, только фруктоза, глюкоза и галактоза проникают сквозь стенки кишечника. Оказавшись внутри клеток, фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу (организм может легко изменять расположение атомов водорода), и только она попадает из клеток в кровь.

В итоге весь процесс переваривания и усвоения углеводов заканчивается следующим образом: в кровь попадает исключительно глюкоза. По этой причине ее иногда называют сахаром крови.

Оказавшись в крови, глюкоза растворяется в плазме и переносится к клеткам организма, так же как и кислород переносится эритроцитами. Клетки берут необходимые им глюкозу и кислород и, объединяя их, вырабатывают углекислый газ, воду и энергию. Глюкоза является топливом клеток, а кровь — конвейером, переносящим это топливо и кислород клеткам, каждая из которых может брать то, что нужно, и столько, сколько нужно, но не больше.

Существует значительное различие между накоплением кислорода и накоплением глюкозного топлива. Человек в минуту делает шестнадцать вдохов, поэтому запас кислорода постоянно обновляется и его содержание в крови находится на постоянном уровне. Однако в среднем мы едим всего три раза в день, к тому же с разными интервалами. После одного приема пищи в кровь попадает глюкоза, но потом пополнения ее запаса может не происходить несколько часов или даже дней.

В любой крайности таится смертельная опасность. Слишком маленькое количество глюкозы приведет к голоданию клеток, а слишком большое превратит кровь в густой сироп, который не сможет течь по сосудам. Крайностей следует избегать, и в этом нам помогает печень.