Айзек Азимов - Кровь: река жизни. От древних легенд до научных открытий
При определенных условиях растению необходимо запасать значительное количество питательных веществ. Семена могут развиваться довольно долго, прежде чем появятся молодые зеленые листья и хлорофилл начнет свою работу. Чтобы выжить в это время, растение должно пользоваться энергией, создаваемой в процессе расщепления углеводов, хранящихся в семенах, почках или клубнях.
Именно эти запасы углеводов составляют основную часть рациона питания человека. Мы едим горох и бобы. Мы вырабатываем муку и хлеб из семян пшеницы, кукурузы и других злаков. Мы едим картофель, капусту и морковь.
Запасая энергию для следующих поколений и, таким образом, для нас, растения не заботятся о размере и весе, поскольку они неподвижны. По этой причине запасы обычно откладываются в виде крахмала, который легко перерабатывать, несмотря на его громоздкость.
Животные также должны откладывать запасы питательных веществ. Они не могут делать это в любое время и пользуются возможностью, чтобы взять запасы растений или других животных, которые также взяли их у растений. Поэтому промежутки между приемами пищи у животных могут быть нерегулярными и довольно длительными. Значит, в хорошие времена необходимо накапливать как можно больше запасов энергии.
То же самое происходит, когда наша печень запасает гликоген, который мы используем в промежутках между приемами пищи.
Однако у гликогена есть один недостаток. Гликоген — разновидность крахмала, и он достаточно громоздкий. Некоторое его количество откладывается для немедленного использования, возможно граммов двести — двести пятьдесят, но не более того. Животные много двигаются, и часто их жизнь зависит именно от физической активности. Для этого масса и объем запасов энергии должны быть небольшими, но достаточными, чтобы чувствовать себя более уверенно.
Решение проблемы заключается в поиске наиболее концентрированного вида пищи, каждый грамм которой содержит много энергии. Где найти такую пищу?
Ответ на вопрос кроется в устранении из нее кислорода. В обычном углеводе содержится один атом кислорода на каждый атом углерода и два атома водорода. При расщеплении углеводов важную роль играет объединение атомов водорода с кислородом из атмосферы. Именно в результате этого процесса происходит высвобождение энергии. Однако, поскольку некоторые атомы водорода уже связаны с атомами кислорода, энергетический потенциал углеводов относительно невелик.
Это можно сравнить с покупкой наполовину сгоревшего угля для обогрева дома. Половина топлива уже превратилась в пепел, обладающий значительным весом, который потребует от печи таких же затрат энергии, как и на сжигание хорошего угля, и займет почти столько же места. Однако тепла от него не будет.
Очевидно, что от пепла необходимо избавиться. Если говорить о молекуле углевода, то это означает избавление от атомов кислорода.
И тут мы подходим к очередной группе веществ, последней из упомянутых мною в главе 10, — жирам, или липидам.
Это жировые вещества, имеющие твердую или жидкую форму. Твердые жиры так и называются жирами, жидкие — маслами. Жиры значительно беднее кислородом, чем углеводы. В главе 10 уже говорилось, что в них всего один атом кислорода на десять атомов углерода и двадцать атомов водорода.
Почти все эти атомы водорода не связаны с кислородом, поэтому липиды являются более концентрированным топливом, чем углеводы. Они представляют собой уголь, почти не содержащий пепла.
Исследования показывают, что 600 граммов углеводов или белков при расщеплении на углекислый газ и воду высвобождают 2400 килокалорий энергии — достаточно, чтобы поддержать среднего человека в течение дня. Однако 600 граммов липидов высвобождают не менее 5400 килокалорий, обеспечивающих для человека запас на два с половиной дня при обычных условиях.
Другими словами, жиры выделяют в два с половиной раза больше энергии, чем углеводы или белки. В целях эффективности животное откладывает запасы питательных веществ в виде жиров. В организме животных, в том числе и человека, содержится очень мало углеводов, зато в избытке липидов. Толстяки, работающие в цирке, могут носить в себе десятки килограммов жира и всего от 20 до 35 граммов углеводов.
В основном наш запас липидов располагается прямо под кожей. Это подкожный жир. У женщин больше подкожного жира, и он распределяется более равномерно, чем у мужчин. Хотя женщинам это может и не нравиться, но им следует радоваться. Именно равномерное распространение подкожного жира и создает округлые, нежные и, я бы сказал, восхитительные женские формы.
Жир выступает не только в роли накопителя питательных веществ, но и как защитник организма. Часть жира откладывается в органах, таких, как почки и сердце, защищая их от механических повреждений. Подкожный жир делает нас более устойчивыми, защищая от воздействия окружающей среды. Он также является плохим проводником тепла, поэтому защищает нас от холода зимой.
Однако избыток жира может представлять опасность. К сожалению, в организме нет предела накоплению жира, и его может отложиться столько, что тело станет бесформенным и тяжелым, мешая передвижению. Жизненно важные органы, особенно система кровообращения, стонут под тяжестью ненужного жира и рано выходят из строя.
Если липиды могут откладываться в организме, то возникает вопрос: зачем нам тогда гликоген? Почему организм не может существовать исключительно за счет липидов?
К несчастью, это непрактично. Конечно, липиды являются более концентрированной пищей из-за отсутствия кислорода, но именно по этой причине они не растворяются в воде. Жиры — это классический пример нерастворимых в воде веществ.
С одной стороны, это свойство полезно, поскольку позволяет организму запасать жиры, не опасаясь, что они растворятся и помешают работе организма. Я уже упоминал об этом ранее в случае с гликогеном. Однако превратить гликоген в растворимую глюкозу легко, а превратить липиды в растворимые вещества, чтобы они могли попасть в кровь и добраться до различных органов, довольно сложно.
Поэтому организм откладывает два типа запасов питательных веществ: небольшой запас гликогена для моментального использования и более крупный запас липидов для медленной переработки.
Обычно в доме есть небольшой запас наличных денег для мелких покупок, а в банке, будем надеяться, имеется более крупная сумма, которую не легко сразу снять, потому что для этого требуется определенное время.
Поэтому жидкие компоненты организма являются примером двуфазной системы. То есть они принадлежат к двум разным, не смешивающимся друг с другом жидкостям, между которыми проходит четкая граница раздела. Такую систему можно создать, добавив к воде любое растительное масло. Вы увидите, что оно будет плавать на поверхности воды. Появятся две различные жидкости, четко разделенные между собой.
Если смесь растительного масла и воды поместить в закрытый контейнер и энергично потрясти, две эти части как будто смешаются, превратившись в смесь пузырьков растительного масла и воды. Однако через некоторое время пузырьки разделятся. Наверху будет растительное масло, внизу вода, а между ними — граница.
Жидкое содержимое тканей организма состоит из водной фазы и липидной фазы. Водная фаза представляет собой не только одну воду, но и растворимые в ней вещества, такие, как неорганические ионы, сахара, белки и многое другое. В липидной фазе содержатся не только жиры, но и растворимые в них вещества: стероиды и некоторые витамины.
Тем не менее, несмотря на то что эти две фазы отделены друг от друга, организм представляет собой единое целое и при необходимости должен объединять обе эти фазы. Один из таких случаев возникает при пищеварении.
Жиры — ценная часть нашей диеты. Поскольку это концентрированный источник энергии, продукты, в которых содержатся жиры, такие, как масло, бекон или жареная пища, в каждом грамме содержат больше килокалорий, чем продукты без жира, например тощие сорта мяса, снятое молоко или картофель. Людям с избыточным весом, к которым, к сожалению, относится и автор этой книги, не рекомендуется употреблять в пищу жирные продукты. Они необходимы людям, чей вес ниже нормы или которые живут в холодном климате и регулярно занимаются физическим трудом. (Кроме того, некоторое количество жира улучшает вкус пищи и облегчает процесс ее приготовления.)
Но вот жир попал в организм, как же он будет там усваиваться? Пищеварительные соки находятся в водной фазе. В основном это вода и пищеварительные ферменты, легко растворимые в воде, но не в жире. Обычно то, что растворяется в водной фазе, не растворяется в липидной, и наоборот.
В случае с углеводами и белками расщепление не представляет проблемы. Они либо полностью растворяются в воде, либо хорошо смачиваются ею. В любом случае молекулы ферментов могут свободно подобраться к молекулам углеводов или белков и заняться их расщеплением.
