Айзек Азимов - Кровь: река жизни. От древних легенд до научных открытий
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.
Когда суточное поступление азота равняется его суточному выходу, можно сказать, что у человека сохранен азотный баланс. Обычно это наблюдается у правильно питающихся взрослых. Если же они по какой-то причине получат больше белков, чем нужно, излишек превратится в углеводы, а азот выведется с мочевиной, поэтому выход азота будет по-прежнему приблизительно равен его поступлению в организм.
У растущих детей, в организме которых постоянно откладываются новые белки, или у взрослых, которые пережили голод или изнурительную болезнь, поступление азота в организм превышает его выход. Белки накапливаются, поэтому устанавливается положительный азотный баланс. Это не очень удачное название, поскольку на самом деле баланс не соблюдается, но так уж назвали это состояние врачи, поэтому поделать ничего нельзя.
Когда люди получают белков меньше минимальной нормы, выход азота превышает его поступление, и тогда наблюдается отрицательный азотный баланс.
Теперь вернемся к нашим студентам, получавшим смесь аминокислот. Если пропорция всех аминокислот соблюдена верно, то у студентов будет сохраняться азотный баланс. Но что произойдет, если убрать из смеси одну из аминокислот?
Если исключенная аминокислота входит в число одиннадцати определенных аминокислот, то ничего не случится. Другие аминокислоты будут поступать в избытке, и печень синтезирует недостающую аминокислоту или даже все одиннадцать.
Иногда бывает, что в диете не хватает именно той аминокислоты, которую печень не в состоянии выработать. Когда это происходит, печень не может синтезировать белки. Она не может соединить оставшиеся аминокислоты и оставить пустое место там, где должна быть отсутствующая аминокислота, в ожидании лучших времен. Поэтому приходится брать азот у всех поступающих аминокислот, выводить его в виде мочевины и превращать остатки аминокислот в гликоген. Альтернативным мог бы стать вариант, когда недостающую аминокислоту организм взял бы у находящихся в нем белков, но это бы означало разрушение всех белковых молекул и выведение невостребованных аминокислот в виде мочевины.
