Углеводы, жиры, белки

Представьте, что ваше тело – это невероятно сложный и мощный космический корабль. Чтобы он летел, маневрировал, чинил себя и выполнял миссии, ему нужно два главных ресурса: топливо и стройматериалы. Сегодня мы поговорим именно о них – о белках, жирах и углеводах. Это не просто слова из учебника, это самые настоящие молекулярные супергерои, которые каждый день работают внутри вас. И самое интересное – чтобы понять, как они работают, нам понадобится не только биология, но и химия, и даже физика.

Начнём с белков. Белки – это главные строители и работяги нашего организма! Из них сделаны наши мышцы (подумайте о бицепсе!), кожа, волосы, ногти. Но это не все! Белки-ферменты управляют всеми химическими реакциями внутри нас (как шеф-повара на кухне жизни).

Белки-антитела – это наш щит от вирусов и бактерий. Белки-гормоны (например, инсулин) – почтальоны, которые разносят важные сообщения по организму. Белок гемоглобин в крови – таксист, который развозит кислород. Без белков жизнь просто остановилась бы!

Из чего они сделаны? Представьте огромный конструктор «Лего». Белки – это очень длинные цепочки, собранные из маленьких кирпичиков – аминокислот. Существует 20 основных видов таких «кирпичиков». Последовательность и комбинация этих аминокислот определяют, каким будет белок: прочным как коллаген (в коже) или ловким как миозин (в мышцах). Химическая связь между аминокислотами называется пептидной связью.

Структура белка (то, как сложена цепочка) очень важна. Она похожа на сложную трёхмерную фигуру из Лего. Если эту фигуру сломать (например, нагреть или добавить кислоту), белок теряет свои свойства – денатурирует. Вот простой пример из жизни: когда вы жарите яйцо, прозрачный белок становится белым и твёрдым. Это и есть денатурация белка альбумина!

Или вот простой опыт. Возьмём сырое яйцо, точнее только его белок, уксус, спирт и немного кипятка. Нальём в разные пробирки немного яичного белка. И теперь добавим в одну из них несколько капель уксуса (кислота), в другую – несколько капель спирта, а в третью – кипятка.

Что мы видим? Правильно, белок мутнеет, сворачивается, становится плотным везде, где на него подействовали! Это и есть денатурация – разрушение природной структуры белка под действием физических (температура) и химических (кислота, спирт) факторов.

Как мы уже упоминали, молекулы белков огромны – они могут состоять из тысяч и тысяч атомов и иметь очень сложное строение. Поэтому получение искусственного белка – синтез – очень трудная задача. Но учёным уже удалось найти пути решения, и в настоящее время некоторые из белков получают искусственно.

Почему белки важны в нашей жизни? Вот пример, о котором знает каждый спортсмен. После любой тренировки наши мышцы немного повреждаются. Чтобы их починить и сделать сильнее, организму нужны белки. А берёт он их из пищи (курица, рыба, творог, бобовые). Вот почему большинство спортсменов следят за белком в еде.

Жиры – энергетические баки и защитники. Они также относятся к наиболее распространённым органическим соединениям. Жиры (или липиды) – это наши основные энергетические запасы. Один грамм жира даёт в два раза больше энергии, чем грамм белка или углевода! Представьте батарейку с огромной ёмкостью. Жиры создают защитную прослойку вокруг внутренних органов (как мягкая упаковка), защищают от ударов и холода (подкожный жир – это наша «термокуртка»).

Они входят в состав клеточных мембран – оболочек всех наших клеток, как кирпичики в стене дома. Некоторые жиры помогают усваивать витамины (A, D, E, K) и участвуют в создании гормонов.

Основные «кирпичики» жиров – жирные кислоты и глицерин. Жирные кислоты бывают разной длины и «формы»: насыщенные (все связи заполнены, обычно твёрдые при комнатной температуре, как сливочное масло или сало) и ненасыщенные (есть двойные связи, обычно жидкие, как подсолнечное масло). Трансжиры – это «поломанные» ненасыщенные жиры, которые вредны.

Жиры не растворяются в воде! Они гидрофобны («боящиеся воды»). Это их ключевое физическое свойство. Именно поэтому масло образует пятна на воде. Эта нерастворимость критически важна для создания клеточных мембран – барьера между водной средой внутри и снаружи клетки. Жиры – плохие проводники тепла, отсюда их роль термоизолятора. И самое главное – это высокая энергетическая плотность.

Покажем это. Возьмём небольшой орешек (кешью, арахис или кедровый орех), металлическую подставку (или фольгу), спиртовку (можно взять просто спички или зажигалку) и пинцет.

Теперь мы крепко зажимаем орешек пинцетом. И поджигаем его. Как видим, орешек горит ярким пламенем достаточно долго! Это наглядное доказательство огромного количества химической энергии, запасённой в жирах. При горении (быстром окислении) эта энергия высвобождается в виде тепла и света (физика!).

Когда вы долго бегаете или плаваете, организм сначала тратит углеводы, а потом переключается на жиры – свои стратегические запасы. Жиры в коже и вокруг органов буквально согревают вас зимой. А жирорастворимый витамин D (который вырабатывается на солнце и нужен для костей) усваивается только в присутствии жиров.

Но чтобы переварить жиры нужна желчь (из печени). Она действует как детергент (моющее средство), разбивая большие капли жира на мельчайшие капельки (это называется эмульгированием). Это физическое изменение (увеличение площади поверхности) позволяет ферментам (липазам) эффективнее работать. Как вы думаете, почему мы чувствуем тяжесть после очень жирной пищи? Просто желчи может не хватить сразу на все жиры. Поэтому эмульгирование идёт медленнее и переваривание затягивается.

Однако избыток жиров (особенно насыщенных/трансжиров) опасен для нашего организма. Они могут откладываться на стенках сосудов, образуя атеросклеротические бляшки (как накипь в трубах). В результате происходит сужение сосудов и, как следствие, повышение давления (как если бы вы пережали шланг). Отсюда риск инфаркта и инсульта.

Покажем это на простом примере. Возьмём две прозрачные трубки или соломинки разного диаметра (узкая и широкая), воду, подкрашенную пищевым красителем и растительное масло. Возьмём широкую чистую трубку – «здоровый сосуд». И опустим один конец трубки в стакан с подкрашенной водой.

Как видим, вода легко и быстро поднимается по широкой трубке за счёт капиллярных сил. Поток свободный. Вот так легко течёт кровь по чистым, широким, здоровым сосудам!

Теперь возьмём вторую – узкую трубку. Добавим в неё несколько капель масла и сделаем так, чтобы оно растеклось по внутренним стенкам и прилипло к ним, образуя «жировые бляшки».

Опустим теперь один конец трубки в тот же стакан с подкрашенной водой. Что происходит? Вода медленнее начинает подниматься по трубке. Поток воды прерывистый. Иногда могут образовываться пузырьки воздуха. Вода с трудом проходит через участки, покрытые маслом. Как мы уже говорили, масло не смешивается с водой и создаёт барьер.

Видите, как тяжело пробиться «крови» через сосуд, забитый жировыми бляшками? Поток стал медленным, прерывистым! Сердцу приходится работать с большей силой (повышать давление), чтобы протолкнуть кровь через узкие места. А это гипертония.

Бляшка может разорваться, и на этом месте образуется тромб (сгусток крови), который может полностью перекрыть сосуд. Если это происходит в сосуде сердца у человека наступает инфаркт. А если в сосуде мозга – инсульт.

Вывод? Жиры организму необходимы, но в умеренных количествах. Поэтому не следует употреблять чрезмерное количество «быстрой» еды, которая готовиться в огромном количестве масла (чипсы, картофель фри, бургеры и тому подобное).

Углеводы – быстрый бензин для мозга и мышц. Да, углеводы – это главный и самый быстрый источник энергии! Особенно для мозга (который очень «прожорлив») и мышц.

Представьте батарейку, которая заряжается и разряжается очень быстро. Углеводы хранятся в печени и мышцах в виде гликогена – это наш оперативный энергетический резерв. Клетчатка (пищевые волокна) – это тоже углевод, который не переваривается, но жизненно важен для работы кишечника.

Образуются углеводы из углекислого газа и воды в процессе очень сложного явления – фотосинтеза.

Самые простые углеводы – это глюкоза и фруктоза (моносахариды – «одиночные кирпичики»). Сахар (сахароза) – это двойной кирпичик (дисахарид), состоящий из глюкозы и фруктозы. Глюкоза содержится во фруктах и овощах. Её используют для лечения ослабленных людей, производства карамели, мармелада, пряников и других сладостей. Глюкоза входит в состав крови человека и животных.

Переваривание углеводов – это в основном гидролиз (разрыв связей водой с помощью ферментов), который разбирает сложные цепи до простых «кирпичиков», которые могут всасываться в кровь.

Многие углеводы хорошо растворимы в воде (сахар, глюкоза). Энергия, запасённая в химических связях углеводов, при их расщеплении в клетках (в процессе, похожем на медленное горение) превращается в тепловую энергию (чтобы поддерживать температуру тела) и в механическую энергию (чтобы мышцы сокращались).

Крахмал и клетчатка – это длинные цепочки (полисахариды), сотни или тысячи молекул глюкозы, соединённых вместе.

Крахмал содержится во многих растениях и является питательным веществом. Крахмал – это не просто белый порошок, а настоящий супергерой в мире растений и в вашей тарелке. Это склад энергии. Представьте, растения – это фабрики. Солнечный свет плюс вода плюс углекислый газ равно сахар (глюкоза). Но сахар – это как наличные, его неудобно хранить много. Так вот, растения превращают излишки глюкозы в крахмал – это как «энергетический склад». Компактно и надолго.

Зачем нам крахмал? Это сложный углевод. Наш организм медленно его переваривает, превращая обратно в глюкозу. Это даёт нам длительную, ровную энергию – не как от сахара (быстро вспыхнул и потух), а как от хорошей батарейки для учёбы или тренировки!

Так, например, перед контрольной или спортивным соревнованием полезно съесть сложные углеводы (кашу, макароны из твёрдых сортов) – они дадут длительный приток энергии. Если вы устали и не можете сосредоточиться, фрукт (содержащий глюкозу и фруктозу, например, банан) может быстро «подзарядить» мозг. А вот клетчатка в овощах и цельнозерновом хлебе – это как «щётка» для кишечника.

Крахмал нашёл широкое применение в быту. Его используют в качестве загустителя во многих соусах. Кисель – это компот, в который для загустения добавлен крахмал. Хруст румяной корочки хлеба или картофельных чипсов – тоже во многом заслуга крахмала. Его используют для накрахмаливания белья (накрахмаленное бельё не так сильно мнётся и пачкается, но, к сожалению, плохо «дышит»). Также из крахмала (кукурузного или картофельного) делают экологичную посуду и упаковку, которая разлагается в естественных условиях.

Помните: продукты с «медленным» крахмалом (каши, цельнозерновой хлеб, картофель в мундире) – ваши лучшие друзья для энергии на весь день!

В заключение отметим, что извечные вопросы о питании – как, когда, сколько и что мы едим – волнуют практически всех. Ведь состояние здоровья напрямую зависит от качества и режима питания.

Основополагающий принцип здорового питания заключается в том, что количество и состав пищи должны соответствовать энергозатратам и физиологическим нуждам организма:

Специалисты убеждены, что грамотная организация питания способна существенно продлить человеческую жизнь. Помните, что здоровье является наивысшей ценностью, которой обладает каждый из нас. У нас есть лишь один организм на всю жизнь. Поменять его нельзя, значит, заботиться о нём важно начинать ещё с детских лет.