Кровь: река жизни. От древних легенд до научных открытий - Азимов Айзек - Страница 41

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.

Из вышесказанного ясно, как фосфолипиды помогают жирорастворимым веществам проникать сквозь клеточные мембраны и как они способствуют переработке этих веществ в клетке. Но как жирорастворимые вещества путешествуют в крови?

В конце предыдущей главы я подчеркнул важность плазменных белков как средства переноса витаминов, гормонов и других веществ с одного места в другое. Но плазменные белки растворяются в воде, поэтому они должны растворяться и в плазме. Как же тогда они переносят жирорастворимые гормоны и витамины?

Так же как фосфолипиды и белки объединяются при помощи фосфорсодержащей группы в фосфолипидной молекуле для создания клеточной мембраны, обладающей двойными свойствами, так же они могут соединяться в крови, образуя молекулу двойного действия. Соединения, образованные фосфолипидами и плазменными белками, называются липопротеинами.

Растворимые в жирах вещества легко объединяются с липидной частью липопротеинов и с ними переносятся кровью. Белки же растворяются в водной части крови — плазме.

Таким образом, липопротеины, составляющие всего от 3 до 5 % плазменных белков, являются важной частью транспортной системы крови. За последние двадцать лет ученые неожиданно с испугом и восторгом обратили взор к этим веществам, о которых раньше мало знали и роль которых недооценивали.

Чтобы объяснить, почему так произошло, я должен сказать, что одним из важных веществ, растворимых в жирах, является холестерин. Молекула холестерина состоит из четырех колец атомов углерода, ко всем атомам углерода, кроме одного, присоединены исключительно атомы водорода, к одному углероду прикрепляется еще и единственная гидроксильная группа. С ее помощью холестерин может соединяться с жирной кислотой.

В организме более 200 граммов холестерина. Он частично необходим как сырье для образования половых гормонов и гормонов надпочечников, молекулярное строение которых напоминает строение холестерина. Однако для этого требуется совсем мало холестерина.

Большая его часть находится в клеточных мембранах, особенно в липидных оболочках, защищающих нервные волокна. Из-за них сухое вещество мозга (за исключением водного содержимого) на одну пятую состоит из холестерина.

Зачем там нужен холестерин и почему не подходят другие липиды, пока неясно. Однако, какая бы причина ни была, его присутствие очень важно. В крови холестерин связывается с липопротеинами плазмы.

Липопротеины можно разделить на две основные группы. Одна состоит из относительно маленьких молекул, содержащих фосфоглицериды и небольшое количество холестерина. Это альфа-липопротеины. Молекулы, принадлежащие к другой группе, более крупные, причиной больших размеров по крайней мере частично является холестерин, так как на него приходится большая часть липидной доли молекулы. Это бета-липопротеины. («Альфа» и «бета» — первые две буквы греческого алфавита.)

И наконец, мы подходим к самой драматической части. Даже липопротеины не всегда являются идеальным решением проблемы переноса жирорастворимых веществ. В процессе циркуляции крови иногда происходит «отрыв» некоторых веществ. По неизвестной причине это чаще наблюдается у мужчин, чем у женщин, причем у некоторых мужчин чаще, чем у других, причины этого также неизвестны.