Дело в химии. Как все устроено?

Органическая химия представляет собой отдельную ветвь химии как науки и изучает самые сложные молекулы, их состав и синтез. Специалисты по органической химии занимают позицию между учеными и художниками: сложность молекул, которые они синтезируют, требует от них творческого подхода и открытости сознания новому. Это не простые «упражнения», в которых достаточно воплотить некую формулу, чтобы прийти к результату. Даже те молекулы, что состоят всего из десятка атомов углерода, могут быть очень сложными образованиями, в основе которых лежат многие десятки соединений; пусть на бумаге они и могут быть синтезированы множеством способов, на практике, в большинстве случаев, рабочим оказывается всего лишь один. Сверх того, часто возникает необходимость в процессе синтеза выполнять несколько переходных этапов очищения нужных для удаления примесей или нежелательных побочных продуктов, и не так уж редко эти переходные процессы оказываются по своей химической сути чуть ли не сложнее, чем основная реакция. По этой причине химики относятся к живым организмам крайне уважительно: чудеса, которые происходят в организме за секунду, требуют для воспроизведения дней, месяцев и даже лет напряженного труда в лаборатории.

И на самом деле в нашем организме за секунду происходит невероятное количество химических превращений, необходимых нам для получения энергии, для восстановления тканей или избавления от лишнего, для передачи сигналов и тому подобного.

Всякая из этих реакций начинается с реагентов, исходных веществ, которые проходят преобразования. Какие же реагенты нужны для этих процессов и которые нам необходимо получать с питанием? Мы уже говорили о минеральных солях, но надо упомянуть также белки, углеводы, жиры и витамины.

Белковые молекулы очень длинные, они состоят из тысяч атомов, и выполняют множество важных ролей в нашем организме. Например, коллаген – белок, присутствующий в телах всех млекопитающих, – служит основным материалом для кожи, сухожилий, костей и кровяных сосудов; гемоглобин «связывает» кислород и помогает ему распространяться по организму или покидать его в случае необходимости; актин и миозин необходимы для сокращения мышц.

Белки состоят из множества небольших молекул, соединенных друг с другом и называемых аминокислотами. Наибольшее распространение в природе имеют всего двадцать аминокислот, и из их комбинаций состоят практически все белки, существующие в природе. Аминокислоты можно сравнить с конструкциями из деталек лего, в которых каждая деталь важна для конечного результата. К примеру, серповидноклеточная анемия – результат генетического дефекта в процессе синтеза гемоглобина, который провоцирует на определенном этапе синтеза белка замену глютаминовой кислоты другой аминокислотой, валином. И одна-единственная неправильная аминокислота среди десятков сотен, формирующих молекулу, приводит к очень тяжелому заболеванию.

Из этих двадцати аминокислот девять считаются жизненно важными, поскольку наше тело не способно их синтезировать и должно получать их с пищей, в то время как остальные синтезируются организмом из питательных веществ. Именно поэтому нужно не только соблюдать сбалансированную диету, содержащую правильную дозу протеинов, но и обращать внимание на качество этих протеинов, на их биологическую ценность, то есть на то, какие и сколько аминокислот содержат эти белки. Животные продукты, такие как молоко, яйца, мясо и рыба, не только богаты протеином, но также служат нам пищей, снабжающей нас наибольшим разнообразием жизненно важных аминокислот. Некоторые продукты растительного происхождения, бобовые и злаки, содержат значительные количества протеинов, однако их биологическая ценность ниже, чем у животных белков. Это очень деликатная тема. Я знаю, что все большее количество людей переходит по этическим причинам на вегетарианскую или даже веганскую диету. Избежать потребления животных белков и одновременно обеспечить себе диету, содержащую все необходимые протеины, возможно: но надо обязательно быть внимательным и следовать советам профессионала.

К другой категории жизненно важных питательных веществ относятся углеводы и сахара. Как и белки, углеводы выполняют множество разных функций в нашем теле, и их самая главная задача – снабжать нас энергией. Глюкоза, фруктоза, кулинарный сахар, крахмал, целлюлоза служат топливом для наших клеток. Как и белки, сложные углеводы состоят из множества небольших одинаковых молекулярных единиц, моносахаридов. Глюкоза, фруктоза (фруктовый сахар) и лактоза (молочный сахар) представляют собой примеры таких моносахаридов. Сахароза, то есть обычный кулинарный сахар, образована из молекулы глюкозы и молекулы фруктозы, соединенных между собой. Как крахмал, который содержится в макаронах, рисе и картошке, так и целлюлоза, присутствующая в овощах, представляют собой длиннющие цепочки глюкозы и отличаются только способом соединения молекул между собой – линейным в целлюлозе или ветвистым в крахмале.