Айзек Азимов - Кровь: река жизни. От древних легенд до научных открытий
В организме млекопитающих, в том числе и человека, такой процесс тоже происходит. Олеиновая кислота может превращаться в стеариновую и наоборот. Поэтому не важно, входит ли в наш рацион питания большое количество насыщенных или ненасыщенных жирных кислот. Мы всегда можем установить их баланс.
Однако есть одно исключение. Хотя наш организм в состоянии брать пару атомов водорода у стеариновой кислоты и создавать олеиновую, по какой-то причине он не может брать вторую пару для создания линолевой кислоты. Если в нашем рационе питания нет линолевой кислоты, мы не можем вырабатывать ее самостоятельно, в результате происходит нарушение равновесия в организме, видимыми следствиями которого являются кожные воспаления и экзема. Линолевая кислота — пример диетически незаменимой жирной кислоты. (Это не столь серьезная проблема, как в случае с незаменимыми аминокислотами, потому что практически в любом рационе присутствует линолевая кислота.)
Линолевая кислота необходима нам не сама по себе, а потому, что она может превращаться в другую кислоту, более редкую — арахидоновую. Ее молекула представляет собой цепочку из двадцати атомов углерода, в которой не хватает четырех пар атомов водорода.
После завершения процесса пищеварения глицерин и жирные кислоты всасываются стенками тонкой кишки. Возможно, что всасывание происходит еще до окончания процесса пищеварения; молекулы глицерина, к которым остались прикреплены одна или две жирных кислоты, могут усваиваться и в таком виде.
В любом случае, оказавшись в клетках стенок тонкого кишечника, глицериды преобразуются и попадают в кровь в виде полноценных молекул. Хотя в большинстве случаев они попадают в кровь не напрямую.
В каждой ворсинке тонкого кишечника находится не только капилляр, но и крошечный лимфатический сосуд. В то время как продукты переваривания углеродов и белков попадают в капилляры в виде глюкозы или аминокислот, большая часть продуктов усвоения жиров попадает в лимфатические сосуды.
При попадании мелких частиц жиров лимфа приобретает белый цвет и называется хилусом, или млечным соком. Из-за сходства их содержимого с молоком эти лимфатические сосуды получили название млечных сосудов.
Частицы жира путешествуют по лимфатической системе и попадают в кровь. По пути они вступают в контакт с различными клетками, и большая часть жиров усваивается.
Жиры, попавшие непосредственно в капилляры ворсинок, переносятся в печень. Различные жирные кислоты подгоняются под необходимую для человека структуру посредством укорачивания или удлинения цепочки или прибавлением и удалением атомов водорода.
Как только жир усваивается клетками, он при необходимости в результате серии реакций, представляющих цикл окисления жирных кислот, расщепляется с образованием энергии. При прохождении этого цикла от жирной кислоты отделяются атомы углерода, по два за один цикл, и каждый двууглеродный фрагмент распадается на углекислый газ, воду и энергию.
Цикл может проходить и в обратном порядке, и это целесообразно, поскольку углеводы также могут расщепляться на аналогичные двууглеродные фрагменты. Таким образом, если усваивается слишком много глюкозы для образования запасов гликогена, ее всегда можно расщепить на двууглеродные фрагменты, которые, пройдя восемь или девять раз цикл окисления жирных кислот, станут молекулами жирных кислот. Затем те прикрепятся к молекулам глицерина, которые легко образуются в организме, и отложатся в виде жира.
Расщепление двууглеродных фрагментов на углекислый газ и воду зависит от образования некоторых промежуточных соединений, особенно одного — щавелево-уксусной кислоты. Она обычно образуется в процессе расщепления углеводов, но не образуется при расщеплении жиров.
Если по какой-то причине двууглеродные фрагменты образуются только из жиров, а не углеводов, быть беде. Щавелево-уксусная кислота может образовываться и другими путями, но не столь быстро при отсутствии расщепления углеводов, и двууглеродные фрагменты жирных кислот не успевают перерабатываться.
Образуется затор, и некоторые двууглеродные фрагменты объединяются парами, образуя четырехуглеродный компонент — ацетоуксусную кислоту. Она может отдать два атома водорода и превратиться в бета-гидроксимасляную кислоту или потерять молекулу углекислого газа, образуя ацетон. Эти три молекулы называются кетоновыми телами.
Предположим, вы голодаете. Запасы гликогена будут израсходованы в течение первого дня. После этого вы будете жить на запасах жиров. Это вас поддержит. Организм сможет вырабатывать достаточно глюкозы (расщеплением молекул жиров на двууглеродные фрагменты и объединением их по три) для поддержания уровня сахара в крови на надлежащем уровне.
Однако из-за невозможности расщеплять углеводы в крови начнут накапливаться кетоновые тела (кетоз голодания). Они накопятся в крови (кетонемия) и попадут в мочу (кетонурия).
Это не очень серьезное состояние, оно быстро проходит после приема пищи, содержащей необходимое количество крахмала или сахара. Конечно, если ваша диета будет богата жирами и бедна углеводами, кетоз продолжится. Такая диета носит название кетогенной, то есть «дающей жизнь кетозу».
Более серьезная форма кетоза развивается, когда организм не в состоянии расщеплять углеводы, как при диабете. При нелеченном диабете кетоновые тела накапливаются в крови (диабетический кетоз) в значительно большем количестве, чем у голодающего человека. Они скапливаются в крови быстрее, чем их успевают выводить почки, а поскольку кетоновые тела обладают выраженной кислотностью, то развивается диабетический ацидоз, ведущий к развитию комы и смерти.
Двуфазная система жиров и воды идеально функционирует, как я уже говорил, в тонкой кишке при помощи солей желчных кислот. Однако, оказавшись в крови и клетках, жиры вступают в другую фазу, водную. Как же эти водостойкие жиры проникают в клетки сквозь оболочки? Как они передвигаются в крови? Как исключительно водорастворимые ферменты расщепляют их внутри клетки?
Организму все это удается при помощи еще одного соединения двойного действия, напоминающего триглицериды.
Триглицериды состоят из глицерина и жирных кислот — это простые липиды. Но представьте себе молекулы, состоящие из глицерина, к которому прикреплены всего две жирных кислоты. Третья гидроксильная группа глицерина присоединена к совершенно иной группе атомов, содержащей кислород, азот и фосфор, каждый из которых создает электрическую полярность молекулы. Из-за наличия атомов фосфора такие глицериды обычно называют фосфолипидами или фосфатидами.
Фосфолипиды — молекулы двойного действия. Жирная кислота растворяется в жире, а фосфорсодержащая группа — в воде. Это создало предпосылку для возникновения интересной теории, касающейся поведения клеточных мембран.
В мембранах клеток находятся как фосфолипиды, так и белки. Это известно точно. Фосфорсодержащая часть фосфолипидов, растворяясь в воде, вероятно, прочно присоединяется к белкам, также растворимым в воде, оставляя жирные кислоты на свободе.
Таким образом получается, что клеточная мембрана состоит из однородного вещества, возможно, с «водными» участками, через которые могут проходить растворимые в воде соединения, и «липидными» участками для прохождения растворимых в липидах веществ.
Если это так, то теория может объяснить действие различных гормонов. Некоторые из них, например инсулин и гормоны гипофиза, представляют собой естественные белки, растворимые в воде. Другие, например половые гормоны и гормоны коры надпочечников, являются липидорастворимыми веществами. В любом случае их молекулы способны связываться с клеточными мембранами и изменять их проницаемость.
Внутри клеток также присутствуют фосфолипиды, особенно в маленьких образованиях, расположенных в цитоплазме, в митохондриях. Именно в них углеводы и жиры расщепляются для получения энергии, и мне кажется вполне вероятным, что фосфолипиды помогают взаимодействию растворимых в воде ферментов и растворимых в жирах жирных кислот.
Фосфолипиды составляют всего 1 % или около того в организме. Однако их важность можно показать на следующем примере: организм никогда, ни при каких чрезвычайных обстоятельствах не прикасается к запасу фосфолипидов. Во время голодания организм сначала использует углеводы, затем жиры, а потом начинает жить на запасе белков. Но фосфолипиды остаются нетронутыми, хотя их энергетическая ценность выше ценности белков или углеводов. Вероятно, сжигание даже малой части фосфолипидов вызовет такие нарушения в работе организма, что если он выживет, то это уже будет хорошо.
