Книга: Удивительные истории о веществах самых разных

Переварим гвозди (ферменты)

Переварим гвозди (ферменты)

Время от времени в печати появляются заметки, согласно которым некий западный профессор рассчитал стоимость человека средних размеров.

Ну конечно, мы состоим из стольких?то кило водорода, кислорода, углерода, азота, изрядного количества фосфора и кальция и по чуть?чуть различных микроэлементов. Если взять рыночную стоимость этих веществ и сложить, то можно якобы увидеть, что человеческое тело стоит всего?то пару десятков долларов.

Но все это чушь. Такой расчет в принципе неверен и невозможен уже хотя бы потому, что не существует никакой рыночной стоимости углерода или фосфора. В торговых справочниках можно найти цену на эти и многие другие вещества, но всегда с указанием степени очистки. Это означает, что привычное нам железо действительно может стоить несколько центов за килограмм, но только железо невысокой чистоты, которое обычно и используется в промышленности и в быту. Гвоздь, например, сделан из железа с чистотой примерно 97 процентов. А вот железо с чистотой 99,9999 процента и выше стоит в тысячи раз дороже, чем обычное. То же самое относится к кислороду, водороду и прочим элементам наших тел. Ну и какую же чистоту имеет в виду тот «профессор»? Иными словами, стоимость бочки меда с размешанной ложкой дегтя вряд ли равна сумме стоимостей каждого из компонентов…

Но это еще не все. Куда важнее то, что человек состоит все?таки не из элементов, а из химических соединений, среди которых есть и копеечные – вода, фосфаты кальция в костях и запредельно дорогие, стоящие намного, намного дороже золота. К таким веществам относятся ферменты, о которых – отчасти благодаря рекламе стиральных порошков – в последнее время стало известно повсюду.

Само слово происходит от латинского «ферментум», что означает «брожение» или «закваска». В научной литературе и в англоговорящих странах сам процесс брожения называется ферментацией. Убедительно просим читателей не употреблять этого слова, потому как по?русски оно означает нечто гораздо более узкое, а именно биохимическую переработку сырья – чайного листа или табака, например, под воздействием ферментов, содержащихся в нем самом. Но на упаковках порошков и этикетках косметических средств, произведенных за границей или на дочерних предприятиях иностранных фирм, нередко используют этот термин ввиду невежества переводчиков. Так что fermented cabbage означает не «ферментированную» капусту, а обычную квашеную.

Человечество знакомо с ферментами давно, без них немыслимы, например, хлеб, вино и сыр. Однако только в 1897 году Бухнер доказал, что для сбраживания сахара в спирт не требуются живые микроорганизмы дрожжей и вполне можно обойтись соком дрожжевой культуры с удаленными клетками. Таким образом, было установлено, что брожение вызывают именно вещества, а не «существа», как полагал великий Пастер. Явление катализа, то есть резкого ускорения реакций в присутствии небольших количеств некоторых соединений, к тому времени уже было хорошо известно, поэтому ученые поняли, что имеют дело именно с катализаторами, но биологической природы, иными словами, с ферментами. С точки зрения химии они являются белками, важнейшими для жизни веществами. Ферменты при брожении служат также для образования белков, образующих новые дрожжевые организмы, и не в одном научно-фантастическом романе середины прошлого века описывались мрачноватые картины будущего мира, где население питается дрожжами вместо мяса, рыбы и прочих продуктов. Дрожжи действительно богаты белком (40 процентов) и витаминами, особенно группы B. Однако публика, кроме вегетарианцев и фанатов здорового питания, почему?то относится к ним как к пищевому продукту лишь с весьма умеренным интересом.

Первый фермент (уреаза) был выделен в 1926 году, а в 1969 году Роберт Мэррифилд в Нью-Йорке наконец синтезировал первый фермент (рибонуклеазу), за что, кстати, в 1984 году получил Нобелевскую премию. Трудности этой работы связаны не только с тем, что молекулы ферментов в сотни и тысячи раз больше, чем у того же фосфата кальция, а еще и с необходимостью придания им вторичной и третичной структуры, то есть организации в трехмерном пространстве. Впрочем, искусственный фермент оказался столь же работоспособным, как и природный, что наводит на обидную мысль о принципиальной возможности создания гомункулусов и биороботов.

К настоящему времени известно более 2 тысяч ферментов. Сотни из них содержатся в наших организмах. Их основными свойствами являются, во?первых, невероятное ускорение реакций (в миллионы и миллиарды раз) и, во?вторых, поразительная специфичность – умение ускорять именно данный конкретный процесс, и никакой другой. То есть фермент подходит к «своему» веществу, как «ключ к замку», и это даже не метафора, а вполне официальный термин.

Без ферментов жизнь невозможна, эти вещества принимают самое деятельное участие в протекании едва ли не всех биохимических процессов в организме, фактически отвечая, таким образом, за обмен веществ. Кусочек хлеба уже в ротовой полости «обрабатывается» слюной и подвергается воздействию фермента амилазы, которая разлагает крахмал на более мелкие олигосахариды. В желудочном соке содержатся пепсин, реннин, липаза и другие ферменты, расщепляющие белки, жиры и прочее на легкоусвояемые вещества. В поджелудочном соке кишечника содержится масса других биокатализаторов, довершающих переваривание пищи. Слюна кровососущих насекомых (типа наших комаров) придумана природой еще хитрее – в ней содержится фермент, предотвращающий свертывание крови жертвы и закупоривание отверстия, проделанного в коже летучей тварью. Ей хорошо, а у жертвы комариного фермента начинается зуд, жжение и отек на месте укуса.

Поскольку переваривание пищи осуществляется при обязательном участии ферментов, эти последние издавна вызывали интерес у диетологов. Именно на спекуляциях вокруг ферментов построена знаменитая диета натуропата Шелтона с раздельным питанием. Полуграмотный, а может быть, и сознательно лгавший с целью заработка выпускник физкультурного техникума, Шелтон говорил о необходимости поедания в одно время белков, в другое – углеводов и в третье – жиров. Из трехразового питание по Шелтону становится примерно тридцатиразовым. Автор этой горе-теории считал, что пищеварительные ферменты действуют при различных условиях, например при разной кислотности среды, и, таким образом, в момент переваривания белка углеводы «гниют» в сторонке. Только после завершения работы с белком начинается переваривание углеводов, уже заметно подгнивших к этому времени и изрядно отравивших организм. Таким образом, при употреблении традиционной смешанной пищи активность пищеварительных ферментов якобы тормозится и процессы переваривания нарушаются, что вызывает брожение или гниение пищи, отравление организма, повышенное газообразование, обменные нарушения и, наконец, мучительную смерть. Последний побочный эффект мы добавили сами, но его присутствие в ряду этих страшилок представляется вполне логичным.

Для подробного объяснения бредовости этой идеи потребовались бы десятки страниц – известно ведь, что один дурак может такое придумать, что десяти мудрецам потом не распутать, как в известном рассказе Шукшина «Срезал». Поэтому просто поверьте, что теория Шелтона элементарно неверна уже хотя бы потому, что человек всю свою историю питался смешанной пищей, да и несмешанной просто не бывает – в любом куске мяса (белка) есть столько?то процентов жира, в горохе (углеводы) полно белка и т. д. Есть и еще один аргумент – практически все теории «популярной диетологии», все эти нашумевшие в свое время методы питания «по группам крови», «по цвету глаз» и «по форме кухонной раковины», как правило, являются плодом фантазии их малообразованных авторов и выходят из моды почти так же быстро, как приходят – по причине не только глупости, но и практической несостоятельности. Правда, перед этим миллионы полнеющих дамочек и менеджеров нижнего звена уже успевают выложить за подобные диеты порядочную копейку.

Впрочем, скажем спасибо г-ну Шелтону уже за то, что он признавал основополагающую роль ферментов в нашей жизни. Врожденный недостаток некоторых ферментов вызывает появление специфических заболеваний. Например, генетически обусловленная недостаточность фермента лактазы приводит к непереносимости молока из?за содержания в нем молочного сахара, лактозы. Обратите внимание – фермент лактаза «предназначен» для перерабатывания лактозы. Названия большинства ферментов так и устроены – берется основа названия вещества, на которое он действует, и прибавляется «-аза».

Переносимость молока появилась с распространением гена толерантности к лактозе. Известно, что данный ген возник в Северной Европе около 5000 лет до н. э., где в настоящее время имеет наивысшую частоту. Хорошая переносимость молочного сахара дала носителям этого гена преимущества в борьбе за выживание и позволила им широко распространиться. Например, одна корова позволяет пережить зиму целой семье за счет только лишь молока. Более трудоемкая и рисковая альтернатива – содержать на мясо целое стадо. Дефицит лактазы встречается почти у 20 процентов взрослого населения Северной и Средней Европы и почти у 100 процентов коренных народностей Америки, Африки и Юго-Восточной Азии. Немудрено, что в китайской кухне отсутствует молоко – оно многим гражданам из тех краев попросту вредно. Менее понятно отсутствие сыра и кисломолочных продуктов (в которых лактоза уже переработана в молочную кислоту). Но в последнее время все эти йогурты и пармезаны входят в моду среди китайской молодежи, поскольку служат символом ее приобщения к западному образу жизни. Кстати, сторонникам утверждения об отсутствии украинской нации как таковой вряд ли будет приятно узнать, что частота дефицита лактазы, по некоторым данным, у русских составляет 15 процентов, а у украинцев намного меньше – только 6 процентов. Так что мы, возможно, даже не родные братья, а двоюродные. Впрочем, по другим данным это соотношение составляет 14 и 13 процентов, то есть разницы практически никакой.

Отсутствие фермента, действующего на аминокислоту фенилаланин, приводит к накоплению этого вещества в крови и появлению тяжелого заболевания – фенилкетонурии, по симптомам напоминающего слабоумие. Современный заменитель сахара аспартам при разложении в организме выделяет данную аминокислоту и поэтому не может использоваться такими больными, об этом всегда предупреждают этикетки напитков и жевательной резинки с аспартамом.

А пониженным содержанием у некоторых народностей Севера фермента алкогольдегидрогеназы, перерабатывающей этиловый спирт, нередко объясняют быстрое возникновение у них алкоголизма. В действительности дело обстоит существенно сложнее. Названный фермент превращает спирт в уксусный альдегид. За переработку этой гадости (основного источника похмелья) в безобидную уксусную кислоту отвечает другой биокатализатор, а именно ацетальдегидрогеназа. Соотношение ацетальдегидрогеназы и алкогольдегидрогеназы зависит от генетических особенностей человека и – да – его национального происхождения (хотя тут речь скорее о вероятности того или иного соотношения). Кроме того, генетика определяет и то, какие разновидности этих ферментов преобладают в организме – быстрого или медленного действия.

Проведенные изыскания позволили определить самую устойчивую к алкоголю нацию. Это южноамериканские индейцы, которые примерно на 80 процентов являются счастливыми обладателями самой активной алкогольдегидрогеназы и столь же быстрой ацетальдегидрогеназы, за счет чего трезвеют, не успевая толком опьянеть. Меньше (или больше, с какой стороны посмотреть) повезло китайцам и другим жителям Восточной Азии. Пьянеют они тоже стремительно, а вот ацетальдегидрогеназа у них слабенькая, и потому похмелье – самое мучительное. Зато и алкоголики среди них, за счет возникающего условного рефлекса, по некоторым данным, встречаются в 91 раз реже, чем среди европейцев.

Что до эскимосов и чукчей, то они, похоже, склонны к алкоголизму скорее по социальным, чем биохимическим причинам. Имеется в виду разрушение их привычного уклада жизни, переход к оседлости и европейским соблазнам. Есть, впрочем, гипотеза и о том, что традиционное питание коренных северян (мясо, жир и рыба) понижает содержание в крови кортикостероидов, иначе называемых гормонами стресса. Соответственно, при переходе на «европейскую» диету возникает еще один резон «залить горе».

Вспомним далее, что в одном из рассказов Генри Каттнера про семью мутантов Хогбенов папаша «научил» свои ферменты превращать сахар в спирт прямо в собственной крови и поэтому был способен напиваться даже в отсутствие спиртного, производя алкоголь из любой углеводной пищи. В сущности, Хогбен повторял в своем теле традиционный процесс получения браги, известный уже не одно тысячелетие. Надо думать, что примерно столь же давно было изобретено сыроделие. Млековегетарианцы, включающие в свой «безубойный» рацион молоко и сыр, должны все?таки знать, что для изготовления последнего молоко обрабатывают сычужным ферментом, полученным из желудков телят. Правда, недавно появились заменители этого фермента растительного происхождения, а такие разновидности сыра, как русский творог или итальянская рикотта, вообще готовятся с помощью раствора хлористого кальция. Конечно, его тоже жалко, но не до такой степени, как теленка.

К сожалению, наука еще только подбирается к созданию лекарств или технологий, которые могли бы способствовать выработке недостающих ферментов типа лактазы или алкогольдегидрогеназы. Но помочь организму, например, в пищеварении вполне возможно. Для этого всего лишь следует принимать определенные лекарства, которые продаются без рецепта. Типичным средством такого рода стал фестал, он же панкреатин, экстракт поджелудочной железы свиней, обеспечивающий расщепление и усвоение жиров, белков и углеводов. Толстенькая таблетка фестала содержит липазу, амилазу, протеазу и т. д., так что никакие вещества пищи не окажутся непереваренными. Выпускается также пепсин, «натуральный желудочный сок», представляющий собой смесь ферментов желудочного сока и соляной кислоты, и многое другое.

Кстати, о соляной кислоте: известно, что в желудочном соке ее довольно много, но знаете ли вы, что выражение «способен переварить гвозди» ничуть не свидетельствует об особых качествах данного едока? Соляной кислоты, необходимого вещества для работы наших пищеварительных ферментов, в желудке действительно столько, что гвоздь, о котором мы говорили выше, может постепенно переварить каждый гражданин Российской Федерации и даже иностранец.

О ферментах можно говорить очень долго, им посвящена специальная наука – энзимология. А что касается стоимости человека… «Под каждым могильным камнем покоится целая вселенная», и важнейшими кирпичиками этого мироздания при жизни покойного были ферменты.

Что до отражения в поэзии, то сами ферменты оказались творцами как?то упущены. И тем не менее мы полагаем, что в нижеследующем мудром откровении Козьмы Пруткова они принимали непосредственное участие.