Эта увлекательная химия

Получается, что глюкоза и кормит, и одевает. Крахмал, сахар-это ценнейшие питательные вещества, а целлюлоза — это и дерево, и бумага, и хлопок, и искусственные волокна, и кинопленка... Вряд ли нужно говорить о полезности дерева и бумаги. Но вот о том, почему нам необходим сахар, как образуется крахмал в растениях, мы поговорим подробнее.

Спирт из сахара и сахар из воздуха

Энергия, скрытая в химических связях продуктов питания, высвобождается в организме и используется для поддержания его жизнедеятельности. Как же это происходит?

Самый простой преобразователь химической энергии непосредственно в механическую — это реактивный двигатель. В реактивном двигателе происходит сгорание, окисление топлива. Похожий процесс протекает и в каждой клетке организма.

Итак — прозвенел будильник, вы вскочили с постели, сделали зарядку и сели за стол завтракать. Завтрак — это заправка организма топливом. Во многих видах "топлива" содержится значительное количество крахмала. В картофеле, например, его 16%, в рисе-78%, в белом хлебе — 51%. "Топливо" поступает в рот, и здесь его встречает фермент амилаза. (Ферменты — это биологические катализаторы, о них у нас речь впереди). Под действием амилазы начинается гидролиз содержащегося в пище крахмала. Молекула крахмала расщепляется на довольно короткие цепочки, состоящие из глюкозных звеньев. Пища продвигается дальше и попадает в желудок. Здесь под действием желудочного сока заканчивается кислотный гидролиз крахмала, который теперь распадается до отдельных глюкозных звеньев. Глюкоза идет дальше в кишечник и через стенки кишок поступает в кровь. Кровь разносит многие вещества, в том числе и глюкозу, по всему организму.

Содержание глюкозы в крови поддерживается постоянным при помощи гормона инсулина, выделяемого поджелудочной железой. Повысилось содержание глюкозы — вступил в действие инсулин. Он снова полимеризует глюкозу в животный крахмал — гликоген, который откладывается в печени. Понизилось содержание глюкозы — часть гликогена в печени гидролизуется в глюкозу, которая поступает обратно в кровь. Если поджелудочная железа не может вырабатывать инсулин, содержание глюкозы в крови повышается, что приводит к сахарной болезни-.диабету. Поэтому больным диабетом приходится регулярно вводить в кровь инсулин, выделенный из поджелудочной железы некоторых животных.

Итак, молекула глюкозы попала в клетку организма. Здесь она окисляется, "сгорает" с образованием в конечном счете диоксида углерода и воды. Сгорая, глюкоза выделяет энергию, необходимую организму, чтобы двигаться, осуществлять различные другие процессы, согреваться. Но биологическое окисление похоже на обычное горение лишь по своим конечным результатам. На этом сходство кончается и начинаются принципиальные различия. Биологическое окисление — процесс медленный, многоступенчатый, и лишь небольшая часть энергии, высвобождаемой при окислении, превращается на каждой стадии в тепло. Весьма значительная доля энергии, заключенной в химических связях глюкозы, расходуется на образование других веществ, из которых важнейшее в биоэнергетике- аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Это соединение состоит из трех частей- гетероцикла аденина (о гетероциклах мы подробнее будем говорить в седьмой главе), уже известной нам рибозы (т. е. сахара) и трех остатков фосфорной кислоты, образующей с рибозой сложный эфир:

АТФ служит в клетках универсальной энергетической валютой: множество биологических катализаторов — ферментов — устроено таким образом, что они умеют вести химические реакции, идущие с затратой энергии, за счет гидролитического отщепления одного или двух остатков фосфорной кислоты от молекулы АТФ (этот процесс сопровождается выделением энергии), или, наоборот, умеют использовать энергию, высвобождаемую в реакциях с выделением энергии, для образования АТФ. Ситуация до некоторой степени напоминает электрический аккумулятор: расщепляя АТФ, клетка использует высвобождаемую при этом энергию на биосинтез различных соединений — аккумулятор разряжается, а окисляя углеводы, клетка синтезирует АТФ — аккумулятор заряжается:

Рассмотрим эти реакции подробнее.