Биологични молекули - Ти си това, което ядеш

Здравей и заповядай в кухнята! Исках да те поканя днес тук, защото миналата седмица започнахме с банята ми и малко се чувствам зле заради това. И също, понеже днес ще готвя обяд, исках да я използвам като лаборатория. Докато сме в кухнята ми ще говоря за три различни неща. Първо, трите най-важни молекули на Земята. Второ, вероятно най-гадният сандвич, който някога ще ям. И трето, мистичен учен, който ни е научил на всичко, което знаем за урината. Досега сме говорили за въглерода и за водата. Сега ще говорим за молекулите, които изграждат всяко живо същество и всяко живо нещо във всяко живо нещо. Не ме е грижа дали си бактерия или син кит, или дали си Лейди Гага, или акар върху миглите на кралицата на Англия. Те се наричат органични молекули. Това не са просто тухлички. Те са молекулите, необходими на всяко живо същество на Земята, за да съществува. Те са важни източници на енергия. Те са средствата за съхранение на енергия. Те са също инструкциите, които всички организми следват, за да се родят, пораснат и накрая, да ги предадат на бъдещето поколение. Те са съставките на живота. И ги наричаме: Въглехидрати. Липиди. Протеини. Нуклеинови киселини. Днес ще говорим само за първите три. Не е съвпадение, че ги класифицираме по същия начин, както класифицираме храната. Защото те са храна. За тази класификация трябва да благодарим на малко познат английски лекар, който преди стотици години отдава живота си на изучаването на човешката урина. Ау, боже мой, отново съм тук, което значи, че е време за най-неловко наречения сегмент от интензивния курс: биолографията. Неговото име е Уилям Проут и в началото на 19-и век се впечатлява от човешкото храносмилане, по-специално от урината. Това е, защото той е считал, че най-добрият начин да разбере човешкото тяло е чрез химията. И най-добрият начин за разбирането на химията на тялото е да разберем какво прави с храната. През деня той практикувал като лекар, но всяка сутрин преди закуска правел изследвания в домашната си лаборатория в Лондон. Там постигнал много велики неща като например да открие, че стомасите ни съдържат солна киселина и е написал новаторска книга за бъбречните камъни със заглавието "Изследване на естеството и лечението на камъни и други болести, свързани с нарушено действие на уринарните органи". Той е първият човек, който открива химичния състав на чистата урея, главният компонент на урината. За сведение, ето я в присъствието на вода. Уреята изпуска амоняк, затова урината ти мирише. През годините, в които изучава урината, Проут достига до заключението, че всичката храна попада в три категории: захари (въглехидратите), мазнините и белтъчините (протеините). Стигнал е до там да каже, че за да бъде здрав, човек трябва да яде от всички тези три неща. Не само например овчи бъбреци и джин, което вероятно е било основната храна на Лондон по това време. Като всички големи умове, Проут е бил пренебрегван приживе, защото докато той е изучавал истинска наука, всички останали са се разхождали, мислейки си, че цветът на урината се определя от личността. Този тук ми изглежда като голям негодник. И ако можеш да кажеш толкова от цвета, се чудя какво можеш да разбереш от вкуса. Сега, той не е разбирал, че това са органични молекули. Не е разбирал какви са тези неща, но е разбирал, че има три съставки, необходими за живота. И се оказва, че всички организми или трябва да си ги произвеждат, или да си набавят тези съставки, за да живеят. Ще започнем с най-основната от тези съставки на живота. Това са въглехидратите. Вече си чувал/а за тях. Може би ги избягваш като чума, но фактът е, че нищо и никой не може да избегне въглехидратите. Защото те са източникът на всичката енергия, която е достъпна за нас. Въглехидратите са изградени от захари и най-простите от тях са монозахаридите. "Моно" – за едно, "захариди" – от корена на думата захар. Звездата на шоуто тук е глюкозата, защото е наистина основна. Имам предвид, че е номер едно в глобалната хранителна верига, защото идва от Слънцето. Цялата биологична енергия първоначално се улавя от растенията от Слънцето под формата на глюкоза чрез фотосинтезата. И всяка клетка, която има нужда от енергия, използва глюкоза, за да вземе енергия чрез процес, наречен дишане. Освен глюкозата има и други монозахариди: като фруктоза, която има същата молекулна формула: C6H12O6, но елементите са подредени различно. Тази малка химическа разлика е от значение. Фруктозата например е значително по-сладка от глюкозата. Също така се обработва от телата ни по различен начин. И също така имаме дизахариди, както казва и името им, които са просто два мнозахарида, сложени заедно. Най-известният от тях е захарозата, която е просто една глюкозна и една фруктозна молекула, свързани с ковалентна връзка. Моно и дизахаридите са общо взето трохи енергия, лесни за разграждане от нашите тела. Но когато тези въглехидрати започнат да формират по-дълги вериги, тяхната функция и ролите им се променят. Вместо източник на бърза енергия, те стават склад за енергия или структурни съединения. Това са полизахаридите. Вместо да са просто два или три монозахарида, свързани заедно, полизахаридите могат да съдържат хиляди прости захари. И понеже са толкова големи, те са чудесни за строеж. Растителната целулоза е най-разпространеният строителен материал. Това са множество глюкозни молекули, свързани заедно. И това е най-срещаното органично съединение на планетата. За съжаление е много трудно за разграждане. Кравите го могат, но хората определено не могат. Затова не ни харесва да ядем трева. Полизахаридите са също много добри за съхранение на енергия, не само структурно, но просто за енергиен източник. И тук идва хлябът. Наистина интересно нещо тук: хлябът е направен от скорбяла, най-простата от които се нарича амилоза. Амилозата и целулозата изглеждат почти идентични, но едното е трева, а другото е хляб. Химия. Растенията трупат глюкоза под формата на скорбяла и тя приема много различни форми – от корени и грудки до сладкото месо на плодовете и нишестените семена на пшеницата, които се мелят на брашно. Смляното зърно, разбира се, е главната съставка на хляба и повечето от калориите (или енергийното съдържание) идва от въглехидратите. Когато изям това (и ще го погълна цялото!), ще поема всичката химическа енергия, която пшеницата е взела от Слънцето, за да захрани следващото поколение семена, а ние складираме за наша си употреба. Всичко е за мен! Ние като хора не можем да раждаме плодове или грудки, затова трябва да трупаме енергията си по различни начини. Начинът, по който обикновено съхраняваме въглехидратна енергия, е като гликоген, който е много подобен на амилозата или скорбялата. Но той има повече разклонения и е по-сложен. Основно е изграден от глюкоза, която ни остава след като се нахраним и стои в мускулите ни, готова да бъде използвана. Също се съхранява в черния дроб. Това е доста кратко съхранение. Ако не се храним един ден, общо взето всичкият гликоген се изчерпва. Начинът за дългосрочно съхранение на енергията е чрез мазнини. Най-големият враг на нашите майки са мазнините, които всъщност са много важни. И са най-познатият вид от много важните органични молекули – липидите. Липидите са по-малки и по-прости от сложните въглехидрати, а са групирани заедно, защото споделят невъзможността да се разтварят във вода. Това е, защото химичните им връзки са почти неполярни. И, както научихме в предния епизод, водата презира неполярни молекули. И двете не се смесват. Като вода и олио. Всъщност е точно като олио и вода. Ако си чел/а някога етикета с хранителни стойности или гледал/а телевизия, сигурно добре познаваш начина, по който класифицираме мазнините. Но 99% от нас нямат идея какво означават тези класификации реално. Мазнините са изградени главно от две химически съставки: глицерол, което е вид алкохол, и мастни киселини, които са дълги въглеводородни вериги, които завършват с карбоксилна група. Когато вземеш три мастнокиселинни молекули заедно и ги свържеш с глицерола, се получава триглицерид. Откриваме ги в неща като кравето и фъстъченото масло, олиото и белите части на месото. Тези триглецириди могат да бъдат или наситени, или ненаситени. Знам, че като сложим думите мазнина и наситени в едно и също изречение, звучи като вечер в KFC, но тук говорим за насищане с водород. Надявам се, че си спомняш от първия ни епизод, че въглеродът е много сговорчив по отношение на четирите си електрона. Може да формира единични и двойни, или дори понякога тройни връзки. Това значи, че ако въглеродните атоми и мастните киселини са свързани едни с други в единични връзки, всички въглеродни атоми ще бъдат свързани поне с два водородни атома и един от тях си закача трети. Мастната киселина е наситена с водород. Но когато някои от въглеродните атоми са свързани с двойни връзки, всички тези въглеродни електрони са заети и не могат да се свържат с тези водородни атоми. Това означава, че не са наситени с водород. И това са ненаситени мастни киселини. За да демонстрирам това, ще насоча вниманието ти към този буркан с фъстъчено масло. Тук можеш да видиш двата вида мазнини. Течното нещо на повърхността тук е ненаситената мазнина, за която мислим основно като олио. Кремообразната част долу също съдържа доста ненаситена мазнина. Но също съдържа и наситена, която няма двойни връзки. Затова може да се събере по-плътно и да формира твърда маса на стайна температура. Има също и други класификации на мазнините. Трансмазнини, които всеки ти казва никога да не ядеш. И са прави. Не ги яж! Те не съществуват в природата и са ненаситени мастни киселини, които вместо да се извиват, остават прави. И затова са супер вредни за теб. Не ги яж. Омега 3 мазнините, или мастни киселини, които са ненаситени в третата позиция, което е някъде там. Това е единствената разлика. Но те са важни, защото не можем да ги синтезираме сами. Те са есенциални мастни киселини. Което значи, че трябва да ги изядем, за да си ги набавим. От всичко това започвам да огладнявам. Но преди да стигнем до още хранителни неща, има някои неапетитни видове липиди, за които също трябва да си поговорим. Спомни си, че триглицеридите са три мастни киселини, свързани с глицерол. Замени една от тези киселини с фосфатна група и получаваш фосфолипид. Те изграждат клетъчните мембранни стени. След като фосфатната група дава полярност на този край, тя се привлича от водата. Другият край е неполярен и избягва водата. Ако поставиш фосфолипиди във вода, те автоматично ще се подредят по този начин – с хидрофобните краища един срещу друг и хидрофилните краища, обърнати към водата. Всяка клетка в тялото ти използва тази естествена структура, за да изгражда клетъчната стена. За да може да държи лошите неща навън, а добрите вътре. Друг вид липиди са стероидите. Стероидите имат гръбнак от четири свързани помежду си въглеродни пръстена, които могат да се използват за формирането на стотици вариации. Най-основната е холестеролът, който се свързва с фосфолипидите, за да помогне за изграждането на клетъчните стени. Но също може да бъде активиран, за да се трансформира в различни липидни хормони. Сега достигаме до най-сложните, мощни, многообразни, невероятни химикали в нашето тяло. Протеините. Под сложни имам предвид, че са вероятно най-сложните химични съединения на планетата. Всъщност те са толкова невероятни, че ще разгледаме тях и създаването им от ДНК в отделен епизод. Но сега ще кажем, че в теб има десетки хиляди протеини, които правят всичко възможно, за да поддържат живота ти. Те са ензими, регулиращи химичните процеси, помагащи ти да храносмилаш. Те са антителата, които се свързват с натрапниците като бактерии и вируси, така че имунната ти система да не ги получи. Те са протеините ендорфини, които ти разбъркват мозъка и те карат да усещаш емоции. Те са навсякъде. Те правят всичко. Протеините правят всичко това, като използват само 20 различни съставки. Това са аминокиселините. Както мастните киселини, аминокиселините имат карбоксилна група в единия край и в другия – амино група. Аминокиселина. Не знам дали ти е направило впечатление, но това е първият път, в който азотът се появява в храната ни. Това е много важно, защото макар азотът да е навсякъде, въпреки че съставлява 80% от въздуха, не можем просто да го извадим от там и да си го вкараме в телата. Трябва да си го набавим от храната. Затова трябва да ядем храни, богати на протеини, като това яйце. Защото цялата му бяла част е протеин, то съдържа добро количество азот. По средата между амино и киселинната група е въглеродът. Той поделя един от електроните си с добрия стар водород. Останалите електрони са свободни да бъдат споделени с R. Това е като "запълни празното място". Наричаме го R-група. или странична верига. Има 20 различни вида странични вериги. Това, което се вписва в празното място, ще определи формата и функцията на аминокиселината. Ако сложиш това, получаваш валин. Това е аминокиселина, която върши доста работа – защитава и изгражда мускулната тъкан. Ако сложиш пък това, получаваш триптофан, който може би е най-добре познат с ролята си да помага за регулирането на настроението и енергийните нива. Аминокиселините формират дълги вериги, наречени полипептиди. Структурата на протеините е нещо повече от последователността от аминокиселини. Те представляват тези наистина елегантни структури. Те се сгъват. Те се намотават. Те се усукват. Ако бяха скулптури, щях да ходя в музея всеки ден, само за да ги гледам. И ще подмина голите фигури без и да ги погледна. Синтезът на протеини е възможен единствено тогава, когато разполагаш с всички необходими аминокиселини. А има девет, които не можем да си направим сами. Хистидин. Изолевцин. Левцин. Лизин. Метионин. Фенилаланин. Треонин. Триптофан. Валин. Като ядем храна, богата на протеини, можем да ги разградим на основните им части и да използваме тези есенциални аминокиселини при строежа на нашите собствени протеини. Някои храни, особено съдържащите животински белтъчини, имат всички есенциални аминокиселини. В това число – това яйце. И това завършва този троен сандвич от биологично съвършенство, който е всичко, от което се нуждаем, за да сме щастливи, здрави хора. И затова съм сигурен, че ще е вкусен. Не е.