Некоторые животные, например коровы, питающиеся грубой пищей, такой, как трава, постоянно жуют. У плотоядных животных, таких, как собаки и кошки, которые питаются мясом, а мясо легче превращается в желудке в более жидкую массу, чем трава, слюны недостаточно, и они проглатывают куски пищи целиком. У птиц, также проглатывающих пищу целиком, обычно есть зоб и мускульный желудок, иногда наполненные маленькими камешками, которые птицы специально глотают и которые действуют как жернова, размалывающие пищу. В каждом случае пища покидает желудок в разбавленном виде.
Тонкая кишка — важная часть пищеварительного тракта. Это трубка длиной шесть и более метров, которая помещается в брюшной полости только потому, что свернута много раз.
В самом начале тонкой кишки (в двенадцатиперстной кишке) пища вбирает еще больше жидкости, поставляемой двумя большими железами — печенью и поджелудочной железой. Жидкость, продуцируемая печенью, или желчь, не содержит ферментов, но она помогает расщеплять жировые компоненты пищи на мелкие, легкоусвояемые частицы. Сок поджелудочной железы содержит множество ферментов.
Продвигаясь по тонкой кишке, пища смешивается с жидкостью, полной пищеварительных ферментов, поступающих из маленьких желез, расположенных на стенках тонкой кишки. Это кишечный сок. Благодаря жидкому секрету пища превращается в жидкую мелкодисперсную массу, в которой различные ферменты расщепляют крупные молекулы на мелкие фрагменты, способные проникнуть сквозь оболочки, и все это составляет процесс пищеварения.
Изнутри шестиметровая трубка тонкой кишки устроена так, что ее поверхность, через которую молекулы могут проникать в организм, имеет очень большую площадь. Площадь увеличивается за счет крошечных тонкостенных выростов — ворсинок. Благодаря им поверхность напоминает махровое полотенце, которое может впитать больше воды, чем обычное кухонное того же размера, потому что петельки махрового полотенца действуют как абсорбенты. Внутри каждой ворсинки есть капилляр, и в кишечнике повторяется та же ситуация, что и в легких и почках. С одной стороны оболочки капилляр, с другой — внешний мир.
|
|
Вода может просачиваться сквозь стенки кишечника в кровь (и наоборот). Вместе с водой в кровь попадают маленькие молекулы различных веществ, образовавшихся из пищи после расщепления крупных молекул в процессе пищеварения. Прохождение этих веществ через стенку пищеварительного тракта в кровь называется усвоением.
Когда пища покидает тонкую кишку и попадает в более короткую толстую кишку, она почти полностью состоит из воды (благодаря жидкости, попавшей в нее в процессе пищеварения) и веществ, оставшихся в форме крупных молекул, которые не проходят сквозь оболочку. Эти неперевариваемые продукты состоят из растительной и животной клетчатки. Не оказывая влияния на работу организма, поскольку они не усваиваются, эти вещества все же полезны: они наполняют кишечник, пока идет процесс пищеварения.
В толстом кишечнике происходит всасывание воды. Вода выполнила свою функцию, и нет смысла ее терять. Поэтому при прохождении через толстую кишку содержимое пищеварительного тракта становится менее водянистым, и, когда пища попадает в прямую кишку, которой заканчивается пищеварительный тракт, она представляет собой более или менее плотную массу, готовую к выведению из организма.
|
|
Когда в толстой кишке нарушается механизм всасывания воды, содержимое выводится из организма в жидком или полужидком виде, и это состояние называется диареей. Происходит аномальная потеря воды и некоторых растворенных в ней веществ. Именно потеря воды делает диарею столь изнурительной, а для младенцев, у которых запас питательных веществ еще очень мал, она вообще может привести к летальному исходу.
В человеческих экскрементах содержится большое количество бактерий (примерно от четверти до половины их массы), которые попадают в кишечник с пищей и быстро размножаются в тепле и безопасности — идеальной среде обитания бактерий. Обычные бактерии, обитающие в нашем кишечнике, не являются патогенными, то есть не вызывают болезней и не причиняют нам вреда, правда лишая нас части пищи, которую они перерабатывают для себя. В пищу домашним животным, чтобы ускорить их рост, добавляют антибиотики и тем самым снижают количество бактерий, населяющих кишечник, в результате животные получают больше пищи, а бактерии меньше.
Однако бактерии в обмен на часть пищи вырабатывают для себя некоторые витамины, которые мы не в состоянии вырабатывать сами, такие, как, например, витамин В12, о котором я уже упоминал ранее. Они вырабатывают витаминов больше, чем могут потребить, и мы усваиваем их излишки. Такое обоюдное сосуществование двух организмов называется симбиозом.
Для домашнего скота симбиоз еще более важен, чем для нас. Скот в основном питается травой и другой грубой растительной пищей, содержащей много клетчатки, которая не переваривается в желудке многоклеточных животных. Если бы животные зависели только от собственной системы пищеварения, то быстро бы умерли с голоду. Однако у всех питающихся травой животных сложный пищеварительный тракт (у домашней скотины он состоит из четырех разных желудков), в котором пища может храниться долгое время. Бактерии пищеварительного тракта расщепляют клетчатку на усвояемые фрагменты. Возможно, наши бактерии так же расщепляют клетчатку, однако у человека пищеварительный тракт короче, и бактериям на это просто не хватает времени. Бактерии используют частицы пищи, а остальное усваивается животными. То, что домашние животные могут превращать траву в молоко и мясо, происходит исключительно благодаря бактериям, которые не только поддерживают жизнь животных, но и служат на благо человечества.
|
|
(С другой стороны, тот же симбиоз может нанести нам большой вред. Термиты питаются древесиной, состоящей в основном из целлюлозы, которую они, как и мы, не в состоянии переварить. Однако в кишечнике термитов живут некие простейшие. Они переваривают клетчатку и кормят себя и термитов. И в то время, когда термиты поглощают клетчатку, а простейшие переваривают ее, наши дома разрушаются.)
Но какой же материал усваивается организмом при прохождении пищи через тонкую кишку? Его можно разделить на две группы: 1) вещества, которые напрямую усваиваются организмом (обычно в тонком кишечнике, но могут всасываться и в желудке и даже во рту, не претерпевая никаких изменений), и 2) вещества, которые должны перевариваться перед усвоением.
К первой группе относится, естественно, вода, которую мы уже подробно обсудили. Сюда относятся и минералы. Они называются так потому, что в организм попадают почти в таком же виде, в котором содержатся в неживой природе. Их также можно назвать неорганическими веществами, потому что для их производства не требуется живой организм.
Существует множество органических соединений, которые до появления современной химии могли образовываться только в результате деятельности живого организма и которые обнаруживались в неорганической среде только как следы пребывания в ней живых организмов. Сегодня такие органические вещества можно синтезировать в лабораториях наряду с тысячами подобных веществ, которые вообще не существуют в природе: ни среди минералов, ни среди живых организмов.
Поскольку соединения, получившие название органических, состоят из молекул, в которых находится один или более атом углерода, химики решили называть все углеродсодержащие вещества органическими, невзирая на то, вырабатываются ли они живыми организмами или образуются в неживой природе. Таким образом, любое вещество, не содержащее атомов углерода, является неорганическим, даже если оно незаменимо для жизнедеятельности организма, как в случае с водой.
Это пример того, на что часто не обращают внимания. В природе не существует классификаций. Все они создаются человеком. Сначала любая классификация следует некоему кажущемуся логическим разделению и в соответствии с ним присваивает некие названия. Однако по мере накопления знаний классификации сдвигаются или видоизменяются по прихоти ученых. Если при этом названия становятся лишены всякой логики, это плохо. Дело в том, что классификации представляют собой удобную схему, но не истину.
Минералы или неорганические элементы пищи существуют в виде ионов. Как я уже объяснял ранее, это атомы или группы атомов с избыточным или недостаточным количеством электронов. Те, у кого электронов недостаточно, обладают положительным зарядом, и к ним принадлежат ионы натрия, калия, кальция, магния. Каждый из этих ионов состоит из одного атома. У ионов натрия и калия не хватает по одному электрону, поэтому каждый из них обладает единичным положительным зарядом. В ионах кальция и магния не хватает по два электрона, поэтому каждый из них обладает двойным положительным зарядом.
Основными отрицательно заряженными ионами являются ионы хлора, состоящие из атома хлора и дополнительного электрона, и бикарбонатные ионы, о которых я говорил в предыдущей главе и которые являются органическим веществом, а не минералом. Кроме того, существуют ионы фосфора, состоящие из атома фосфора, трех атомов кислорода и либо двух атомов водорода и лишнего электрона, либо только одного атома водорода и двух электронов, а также ионы сульфатов, состоящие из атома серы и четырех атомов кислорода плюс два избыточных электрона. Есть также простые органические соединения, обладающие отрицательным или положительным зарядом (чаще всего положительным), и белки, имеющие и отрицательный, и положительный заряды (в условиях организма чаще всего отрицательный).
Все эти ионы, а также некоторые другие, присутствующие в пище в незначительных количествах, всасываются вместе с пищей или образуются в результате ее усвоения и находятся в крови.
Общее содержание мелких ионов в крови, состоящих, самое большее, из полдюжины атомов, составляет около 10 граммов на литр. Из них самым обычным положительно заряженным ионом является ион натрия, а отрицательно заряженным — ион хлора. Обычная поваренная соль состоит из этих двух ионов и называется хлоридом натрия. Неудивительно, что кровь на вкус соленая.
Важно помнить, что свойства ионов отличаются от свойств атомов, из которых они образуются посредством перемещения электронов. Иногда люди удивляются, что такое необходимое вещество, как соль, состоит из натрия, ядовитого металла, и хлора, ядовитого газа. Однако на самом деле соль состоит не из них. Она состоит из иона натрия и иона хлора — безвредных веществ, необходимых организму.
Кровь служит резервуаром для различных ионов, которые при необходимости используются клетками или выделяются как излишки. В крови между ионами, как и во всем, должно поддерживаться стабильное равновесие. Содержание бикарбонатных ионов, как уже отмечалось в предыдущей главе, поддерживается изменением частоты дыхания. Содержание других ионов поддерживается почками. Ионы выходят через мембраны почечных канальцев и вновь реабсорбируются в них, подобно воде. Если какого-то иона не хватает, его всасывается обратно больше, и наоборот.
Вклад почек в поддержание ионного баланса зависит от конкретного иона. Например, если возникает дефицит натрия, почки могут позволить себе выделять его не более 10 миллиграммов в день. Если речь идет об ионах калия, то ситуация обстоит хуже. Даже если в организм не попадает калия, почками все равно выделяется, как минимум, 240 миллиграммов этого иона в день.
Несмотря на это и даже принимая во внимание тот факт, что человеческому организму требуется больше калия, чем натрия, опасность дефицита натрия все равно больше. Причина в том, что растения богаче калием и беднее натрием, чем животная пища. Большую часть рациона человека составляют растения, поэтому в организм попадает больше калия.
По этой причине в привычку вошло добавлять в пищу соль, чтобы «придать ей вкус». Естественно, вкус при этом улучшается, и мы обычно добавляем больше соли, чем нужно. Однако это не просто вопрос вкуса, а жизненная необходимость. Когда в своей Нагорной проповеди Иисус решил похвалить учеников (Евангелие от Матфея, 5: 13), то произнес следующую фразу: «Вы — соль земли».
Потребность в соли еще сильнее у тех животных, которые питаются исключительно растительной пищей. Они ищут «соляные источники» — естественные месторождения соли — и посещают их, невзирая на большие расстояния и опасности, стремясь к ним, как к воде.
Когда организм теряет воду, с ней уходит некоторое количество ионов. О них я уже упоминал ранее, говоря о веществах, потерянных с водой при диарее. Они также содержатся в выделениях потовых и слезных желез, которые обладают соленым вкусом.
Потеря ионов при потоотделении может быть очень серьезной. Тяжелый физический труд на жаре, например в шахтах, у печей или просто под палящим летним солнцем, когда происходит обильное потоотделение, означает потерю вместе с водой ионов натрия. Потерю воды легко возместить, поскольку ее дефицит в организме вызывает жажду, и человек начинает больше пить. Однако в свежей воде не содержится ионов натрия. Для предотвращения слабости и теплового удара в воду необходимо добавлять немного соли или пить минеральную.
Конечно, если в организме избыток ионов натрия, они должны выводиться через почки. Для удаления одного миллиграмма ионов натрия требуется определенное количество воды, даже если организм испытывает ее нехватку. Поэтому люди, страдающие от жажды, оказавшись после кораблекрушения на шлюпке, обезвоживают свой организм, если в отчаянии пытаются пить морскую воду, и продержатся дольше, если вообще не будут пить. По этой причине соленая пища вызывает жажду. Это защитный механизм против неизбежной потери воды.
Недавно проведенные исследования показали, что некоторые птицы и рептилии, почти всю жизнь проводящие в море, но произошедшие от сухопутных предков, могут употреблять соленую воду. Для этого им необходимо избавиться от избытка ионов натрия, поскольку в их тканях его содержится не больше, чем в наших. Для этого у них есть специальные маленькие «солевые» железы, расположенные у основания носа или клюва, выделяющие насыщенный солевой раствор. Таким образом, морская вода опресняется при помощи этих желез, и в организм поступает уже свежая вода. Жаль, что у нас нет таких желез.
Почему же так важны минералы? Они не используются организмом для выработки энергии и не формируют мягкие ткани. Однако в организме есть и твердые ткани — кости.
Кости в основном состоят из ионов кальция и фосфора, присутствующих в них в виде крошечных кристаллов. Выйдя из крови, эти ионы медленно распределяются по поверхности растущей кости или срастающейся после перелома. В организме взрослого около 85 % ионов фосфора, и более 99 % ионов кальция находится в костях и зубах.
Но и это еще не все. Ионы также присутствуют в мягких тканях. Только там они распределяются неравномерно. В любой частице материи, достаточно большой, чтобы ее можно было рассмотреть под микроскопом, либо не содержится никаких заряженных частиц, либо есть равное количество отрицательно и положительно заряженных частиц. В любом случае суммарный заряд равен нулю: частица материи является электрически нейтральной. Это относится и к живым тканям, но правило нейтральности не говорит о том, какие именно отрицательно и положительно заряженные ионы должны там присутствовать для поддержания баланса.
Например, жидкость внутри клеток (внутриклеточная жидкость) богата ионами калия, несущими положительный заряд, и ионами фосфора, несущими отрицательный заряд. Жидкость за пределами клеток (внеклеточная, в том числе и кровь) богата ионами натрия (положительный заряд) и хлора (отрицательный заряд).
Значит, если мы возьмем нервное волокно и сосредоточимся только на положительно заряженных ионах, то с внутренней стороны мембраны клетки обнаружим множество ионов калия и немного ионов натрия, а с наружной — большое количество ионов натрия и немного ионов калия. Пропорция составляет примерно 40:1 в пользу калия внутри клетки и 7:1 в пользу натрия за ее пределами.
Это кажется удивительным, потому что мембрана клетки проницаема как для ионов калия, так и натрия, и можно подумать, что они должны присутствовать в равных количествах по обеим сторонам мембраны клетки. Если нервная клетка погибнет, концентрация обоих ионов уравновешивается. Однако, пока клетка жива, равновесия не существует, и на это тратится много энергии. Та же самая ситуация создается, если один мяч находится на склоне одной горы, а другой мяч на склоне другой горы. Пока вы прилагаете усилия, чтобы удержать их в этом положении, ситуация не изменится. Но стоит на мгновение опустить руку, как оба мяча тут же покатятся в долину.
Зачем же ткани прилагают такое усилие для поддержания этого неравновесия? Пока оно существует (с участием электрически заряженных частиц), мембрана клетки также находится в состоянии электрического неравновесия. То есть на одной ее стороне находится избыток положительно заряженных ионов, а на другой — избыток отрицательно заряженных ионов. Мембрана поляризована. При стимуляции нервных окончаний дисбаланс ионов на время нарушается. Ионы калия покидают клетку, а ионы натрия проникают в нее, иными словами, оба мяча катятся в долину. Происходит деполяризация нервного окончания. После этого нерв немедленно приступает к восстановлению первоначального дисбаланса, но, когда оно достигается, наступает деполяризация другого нервного окончания.
Таким образом волна деполяризации проходит по всей нервной системе. Она и есть те нервные импульсы, которые мозг различает как образ, звук, давление, боль и другие сигналы, поступающие из внешнего мира.
Остается открытым вопрос о том, как именно организму удается поддерживать неравную концентрацию ионов по обеим сторонам клеточной мембраны, особенно это касается нервных клеток в момент деполяризации.
Неорганические ионы принимают участие не только в процессах формирования, роста и восстановления костей, что само по себе очевидно, но и в различных электрических феноменах, происходящих внутри организма, особенно в функционировании нервной системы. Для выполнения этой задачи необходим строгий контроль концентрации ионов. Если соотношение их концентраций изменяется в небольших пределах, нервы и мышцы не могут адекватно реагировать на окружающие раздражители. При одной крайности наступает сокращение мышц, так называемая тетания, при другой — они становятся вялыми и расслабленными.
Как организму удается поддерживать шаткий баланс ионов в крови и в тканях?
В конце предыдущей главы я говорил о гормоне вазопрессине, который вырабатывается гипофизом и управляет содержанием воды в организме, контролируя степень ее реабсорбции канальцами почек. Это один из примеров системы регуляции. Организм вырабатывает много гормонов, каждый из которых отвечает за один или несколько аспектов химического баланса, некоторые контролируют баланс ионов.
Но давайте ненадолго вернемся назад и зададимся вопросом: что же такое железа?
Железа — это любой орган, продуцирующий жидкость. Различные железы, вырабатывающие пищеварительные ферменты, уже упоминались в этой главе. Однако они не являются железами в том смысле, как гипофиз.
Секреты, вырабатываемые некоторыми железами, попадают в протоки, через которые выводятся из организма наружу. К этим железам относятся потовые и молочные железы женщин, кормящих грудью (это видоизмененные потовые железы). К этой же группе принадлежат и пищеварительные железы, поскольку по протокам секреты попадают в пищеварительный тракт, на самом деле находящийся вне организма (как и дырка в пончике не находится в самом пончике).
Однако есть другая группа желез, к которой принадлежит и гипофиз, — они выделяют свой секрет внутрь организма. У таких желез нет протоков: секрет просачивается через оболочки клеток прямо в кровь и переносится ею ко всем органам. Это беспроточные, или эндокринные, железы. Именно в секрете этих желез и содержатся гормоны.
(Яички у мужчин, вырабатывающие сперматозоиды, и яичники у женщин, вырабатывающие яйцеклетки, также производят и гормоны. Это беспроточные железы, которые вырабатывают и клетки, и гормоны. По этой причине некоторые люди, говоря о железе, часто имеют в виду половые органы. Это неверно и вызывается ненужной стыдливостью, поскольку для всех частей человеческого тела есть подходящее название.)
Некоторые гормоны, например вазопрессин, представляют собой пектиды с небольшой молекулярной массой. Маленький размер молекуле необходим, поскольку гормоны должны проникать сквозь мембраны, проходя из желез в кровь, а это не под силу крупным белкам. Некоторые такие гормоны представляют собой всего лишь модификации различных аминокислот.
Ко второй группе гормонов относятся стероиды. Это вещества, чьи молекулы состоят из семнадцати атомов углерода, расположенных в виде четырех колец, сочлененных в определенном порядке. В различных точках к этим кольцам прикрепляются до десяти атомов углерода и пяти атомов кислорода. Более мелкие вариации в структуре приводят к тому, что существуют сотни различных стероидов, и некоторые из них в виде гормонов оказывают мощное воздействие на организм.
Две беспроточные железы в организме представляют собой два бугорка над каждой почкой. Это надпочечники. Каждая из этих желез состоит из двух частей. Центральная часть — мозговой слой — нас пока не интересует.
Внешняя часть надпочечника называется корой, потому что, подобно коре дерева, окружает внутренний слой. Кора вырабатывает целую серию стероидных гормонов — кортикостероидов.
У некоторых людей кора надпочечников не вырабатывает достаточного количества кортикоидов. Тогда развивается аддисонова болезнь, названная так не по имени человека, который от нее страдал, а по имени впервые описавшего ее врача. Одним из симптомов этой болезни является быстрая потеря организмом ионов натрия. Они проходят через почки, но не всасываются в них обратно. Такая же ситуация наблюдается и при несахарном диабете, когда не реабсорбируется вода.
Ненормальную потерю ионов натрия можно уменьшить введением человеку небольших доз кортикостероидов. Подойдет не любой кортикостероид, а только те, которые отвечают за баланс ионов натрия, — минералокортикоиды. Самым эффективным из них является альдостерон, отвечающий за поддержание баланса минералов в организме.
Но возможно, это только отодвигает проблему на шаг назад? Если в нарушении минерального баланса повинны надпочечники, то почему бы не выяснить, что способствует их правильной работе? Как они определяют, сколько кортикостероидов нужно выработать для поддержания ионного баланса? Аддисонова болезнь подтверждает, что нарушения могут вызывать как недостаточное выделение гормонов, так и их избыток.
Нам придется вернуться к гипофизу. Подобно надпочечникам, он тоже состоит из двух частей. Задняя доля (нейрогипофиз) выделяет некоторые гормоны, в том числе и вазопрессин, но именно передняя доля (аденогипофиз) играет самую важную роль в секреции гормонов. Передняя доля является практически главной железой в организме, поскольку вырабатывает белковые гормоны, контролирующие деятельность других желез.
Например, одним из гормонов является адренокортикотропный гормон, что в переводе с латинского означает «гормон, вызывающий рост коры надпочечника». Однако биохимики не любят длинные названия, хотя они не всегда кажутся таковыми непосвященному, и поэтому решили называть этот гормон АКТГ. Когда АКТГ выделяется в кровь, он разносится по всему организму и попадает в надпочечники. Там он стимулирует производство кортикостероидов.
Попав в кровь, кортикостероиды устремляются к гипофизу. Если уровень кортикостероидов в крови ниже нормального, это стимулирует выработку дополнительного АКТГ для восстановления нужного уровня. Если же уровень выше обычного, то это сдерживает образование АКТГ.
Такое взаимодействие гипофиза и надпочечников — пример механизма обратной связи. В живом организме или механическом устройстве он позволяет совершать управление, собирая информацию о результатах предшествующего поведения. Например, когда вы протягиваете руку за карандашом, вы следите за ней и подстраиваете движения мышц, отмечая, дотягивается рука до карандаша или нет. Это пример обратной связи. Это происходит подсознательно, и, возможно, вы этого даже не замечаете, но если понаблюдать, как ребенок пытается дотянуться до какого-нибудь предмета, то вы поймете, сколько усилий на это требуется. Или попробуйте посмотреть на карандаш, заметьте, где он лежит, закройте глаза и быстро дотянитесь до него, а потом посмотрите, сколько раз вы промахивались.
В механизме обратной связи участвуют не только гипофиз и надпочечники. Важен также уровень ионов натрия и других ионов в крови. Значение имеют и другие гормоны, а также уровень pH и десятки факторов окружающей среды. Надо помнить, что организм — это не система простых, изолированных друг от друга механизмов, а неразделимый комплекс, в котором нельзя управлять отдельными элементами, не оказывая влияния на весь организм в целом.
Именно поэтому лечение гормонами столь опасно. Оно может спасти жизнь, однако врачи должны постоянно следить за появлением возможных побочных эффектов.
Возникает другой вопрос. Как удается гормонам реализовать свои функции?
Как гормоны оказывают свое воздействие? Почему мизерное количество альдостерона заставляет почечные каналы реабсорбировать ионы натрия, а другой похожий стероид не оказывает такого влияния? Как вазопрессин управляет процессом усвоения воды? Как АКТГ стимулирует производство кортикостероидов и как кортикостероиды стимулируют или сдерживают производство АКТГ?
На этот счет существуют теории, и позднее я остановлюсь на некоторых из них.
Глава 10
Сахар и островки
Теперь нам нужно рассмотреть органические компоненты пищи, которые не могут всасываться стенкой кишечника, пока не будут расщеплены на мелкие молекулы при помощи пищеварительных ферментов. Именно эти органические соединения обеспечивают организм топливом, они содержат атомы углерода и водорода, которые, объединяясь с кислородом, высвобождают энергию.
Органические компоненты в пище можно разделить на три группы: 1) углеводы, 2) белки и 3) жиры. Это разделение было придумано еще до того, как химикам стало известно строение молекул, и строилось оно главным образом на поведении веществ в воде, нежели на других их признаках.
Углеводы легко растворяются в воде или, по крайней мере, в кислоте. Жиры не растворяются в воде, и расщепить их можно только длительным нагреванием с щелочью. И жиры, и углеводы лучше растворяются в горячей воде, чем в холодной. Белки обычно растворимы в холодной воде, но могут совершенно не растворяться в горячей.
Простой химический анализ также выявляет различия между ними. Молекулы углеводов состоят из атомов углерода, водорода и кислорода в приблизительной пропорции 10:20:10. Молекулы жиров состоят из атомов углерода, водорода и кислорода, но в пропорции 10:20:1, то есть в них намного меньше кислорода. Белки также состоят из атомов углерода, водорода и кислорода, но, кроме того, содержат азот и часто серу.
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.