Кровь: река жизни. От древних легенд до научных открытий - Азимов Айзек (читать книги онлайн без TXT) 📗
Помните, что все ферменты, упомянутые в этой книге, а также тысячи других, о которых не было сказано, являются молекулами белков. Они состоят из одних и тех же аминокислот, но в различных пропорциях и расположенных по-разному. Это прекрасный пример многообразия белковых молекул, о котором я уже говорил в этой главе.
Всосавшись в кишечнике, аминокислоты, так же как и глюкоза, попадают в воротную вену. После приема пищи содержание аминокислот в крови удваивается по сравнению с обычным уровнем. Примерно через шесть часов после еды этот уровень восстанавливается.
Однако в течение этого времени количество аминокислот в крови остается довольно низким по сравнению с их количеством, попавшим в воротную вену, потому что в печени аминокислоты, как и глюкоза, усваиваются и изменяются. Так же как из молекул глюкозы образуются гигантские молекулы гликогена, из молекул аминокислот в печени образуются гигантские молекулы белков.
Правда, аналогия не полная. Если большая часть глюкозы откладывается в печени про запас в виде гликогена, белки в печени не откладываются. В организме нет места, где бы мог запастись белок в ожидании непредвиденных ситуаций. Все белки постоянно так или иначе работают.
Белки, созданные печенью из аминокислот, попавших в нее через воротную вену, переходят обратно в кровь и растворяются в плазме. Это так называемые плазменные белки. Они не единственные протеины крови. Вспомните гемоглобин, тоже являющийся частью крови. Однако гемоглобин содержится в красных клетках. Плазменные протеины передвигаются свободно, растворившись в водной части крови. Их не ограничивают клеточные мембраны.
Плазменные белки подходят ко всем клеткам организма, и, как и глюкоза, захватываются ими. Клетки усваивают белки, расщепляют их до аминокислот и соединяют аминокислоты, образуя многообразие белков, которые необходимы нашему организму.
Но если белки не откладываются в печени, то как удается предотвратить попадание в кровь слишком большого количества плазменных белков? Где находится тонкий механизм, управляющий этим процессом, как в случае с глюкозой? Избыточная выработка белка происходит не столь часто, как избыточная выработка глюкозы, поскольку в пище обычно меньше белков и больше углеводов. Обычно богатая белками пища дороже, и ее употребляют реже.
Реакция организма на избыточное потребление белков проста. Печень может принять избыток аминокислот и подвергнуть их химическим изменениям, в результате которых удалятся атомы азота и образуется мочевина. Она попадает в кровь, оттуда в почки и выводится ими из организма, о чем говорилось в главе 8.
После удаления азота от аминокислоты остается фрагмент, содержащий атомы углерода, водорода и кислорода. Этот фрагмент расщепляется на углекислый газ, воду, при этом выделяется энергия, или сначала превращается в глюкозу, затем в гликоген, в виде которого и хранится в организме. Этот процесс называется гликонеогенезом (от греческого «рождение нового сахара», потому что представляет собой образование из вещества, не являющегося сахаром, гликогена, который дает начало сахару).
С другой стороны, предположим, что в организм поступает недостаточно белка. Что тогда происходит?
Все белки в организме работают, но в каждой ткани трудится чуть-чуть больше белковых молекул, чем этой ткани необходимо. В чрезвычайном случае, когда не хватает еды, каждая ткань жертвует частью своих белковых молекул. Причем отдаются менее важные белки, а сохраняются самые важные.
В этом процессе уменьшается масса тканей, но организм настолько аккуратно использует запасы белка и сохраняет то, что важно, что люди могут не есть в течение недель или жить, потребляя белки в количествах существенно меньших, чем минимальные, месяцами. Некоторые люди, обнаруженные в нацистских концлагерях войсками союзников, были похожи на живые скелеты, однако они выжили и вернулись к относительно нормальному образу жизни.
Естественно, если организм слишком долго не получает белков, то гибель неизбежна.
Конечно, вы можете поинтересоваться, почему необходимо превращать аминокислоты в белки, если их запасы негде хранить. Глюкоза превращается в гликоген, чтобы сформировать нерастворимое вещество, которое до поры до времени может храниться в клетках. Но плазменные белки растворимы и специально возвращаются в кровь. Почему бы тогда не оставить аминокислоты в неизменной форме и не переправить их клеткам в таком виде?
С одной стороны, это был бы более простой выход, поскольку существует проблема прохождения относительно крупных молекул плазменных белков сквозь мембраны клеток печени в кровь и из крови в клетки тканей. У аминокислот, молекулы которых значительно меньше молекул белков, таких проблем не возникает.
Однако существует несколько причин, по которым образуются плазменные белки, и я их поочередно рассмотрю.
Во-первых, плазменные белки — не просто цепи из аминокислот, собранные по принципу «какая оказалась ближе, та и присоединилась». Все аминокислоты собраны в них в определенной пропорции. Печень тщательно следит за тем, чтобы эти пропорции не нарушались.
Важно, что клетки тканей получают не случайный набор аминокислот, а необходимое количество каждой — не больше и не меньше. Если бы аминокислоты находились в крови в том составе, в котором они присутствуют в пище, каждая клетка тщетно бы пыталась собрать их: немного одной, немного другой и совсем чуть-чуть третьей. Это было бы неэффективно.
Вместо этого клетки печени (они в организме разносторонние и невероятно активные мастера на все руки) бережно соединяют аминокислоты в нужных пропорциях и подготавливают клеткам сбалансированную и аккуратно упакованную пищу.
Конечно, это значит, что клетки печени должны находить достаточное количество аминокислот, поступающих к ним через воротную вену. Есть белки, которые поставляют все нужные аминокислоты. Белки молока, мяса и яиц в этом отношении подходят лучше всего. Также хороши белки некоторых зерновых.
Но есть и белки, в которых отсутствуют некоторые аминокислоты. Самыми яркими примерами таких белков являются желатин и некоторые растительные белки.
В разумных пределах печень может исправить эту ситуацию. Если в организме слишком много аминокислоты А и слишком мало аминокислоты В, она может превратить А в аминокислоту В и восстановить равновесие. Но даже печень не всесильна.
Дело в том, что печень не в состоянии создать некоторые виды аминокислот. Они обязательно должны присутствовать в пище, нравится нам это или нет, больше им взяться неоткуда. Это незаменимые аминокислоты.
Данная проблема была впервые обнаружена, когда крысам давали определенные белки, например зеин (кукурузный белок), в результате чего животные теряли вес и погибали, хотя в их рацион входило много зеина, углеводов и других веществ (кроме других белков). Если же к рациону добавляли немного молочного белка, крысы выздоравливали и прибавляли в весе. Похоже, в зеине недоставало некоторых незаменимых аминокислот, которые есть в молочном белке.
Подобные, конечно более щадящие, эксперименты проводились на людях. В них принимали участие студенты старших курсов, которые находились под наблюдением диетологов и были, я полагаю, добровольцами. Рацион студентов был тщательно спланирован и состоял из большого количества воды, углеводов, жиров, минералов и витаминов. Однако вместо белков им давали различные смеси очищенных аминокислот.
Давайте посмотрим, что выявили диетологи из этого эксперимента. Очевидно, что они не ждали, пока студенты ослабнут и умрут. Они должны были сделать выводы задолго до этого.
При обычных условиях белки в тканях постоянно понемногу расщепляются. Следовательно, в моче содержится минимальное количество мочевины. Если в рационе питания присутствует достаточное количество белков, то они компенсируют потерю.
Количество поступающих в организм протеинов определяется путем анализа образцов пищи на содержание азота (поскольку только в молекулы белков входят атомы азота) и определения содержания азота в экскрементах — там содержатся не усвоенные организмом белки. Количество белков, выделяемых организмом, определяется путем анализа мочи на содержание азота, так как в молекулы мочевины входит азот.
