Приготовление сахара в XVI в. Старинная гравюра.

В бескрайнем мире органических веществ есть соединения, о которых можно сказать, что они состоят из углерода и воды, т. е. имеют форму­лу С_n(Н₂О)_m. Они так и называются — углеводы.

Простейшие углеводы (моносаха­риды) с химической точки зрения представляют собой органические соединения, содержащие гидроксильные и карбонильные группы (альдегидоспирты, кетоспирты).

Из этих групп, как из отдельных звеньев, построены более сложные молекулы: дисахариды (с двумя моносахаридными фрагментами) и поли­сахариды (в их молекулах таких фрагментов больше двух). Состав дисахаридов и полисахаридов уже нель­зя выразить формулой C_n(Н₂О)_m, одна­ко по традиции их тоже относят к углеводам. Поскольку многие из них на вкус сладкие, этот класс веществ на­зывают ещё и сахарами.

Главная составная часть шоколада — масло, которое выделяют из какао-бобов. Плоды этого диковинного де­рева были завезены в Европу из Америки Христофором Колумбом. Ацтеки использовали их для приготовления особого напитка «чокоатль» («горькой воды»), отсюда и название «шоколад». Его употребляли в пишу с пер­цем. Испанские кондитеры уже в XVII в. научились го­товить и какао, и шоколад.

Сегодня плантации какао можно встретить не толь­ко в Америке, но также в Африке и Азии. Технология переработки плодов достаточно трудоёмка. Сначала высушенные на солнце какао-бобы очищают — поли­руют специальными машинами или ступнями ног (у на­родов островов Атлантического океана эта процедура получила название «танец какао»). В мельницах бобы истирают в порошок и прессуют его — так выделяют какао-масло. В среднем какао-бобы содержат 53—57% масла. Остаток от прессования, содержащий около 20 % масла, перерабатывают в какао-порошок. Полу­ченное какао-масло очищают и используют для произ­водства шоколада.

Роль жиров в питании часто пред­ставляют однобоко, считая их только поставщиками энергии. Однако они выполняют и другие функции. Жиры служат теплоизолятором, входят в состав клеточных компонентов, в том числе мембран, используются для синтеза очень важных для организма соединений — простагландинов, ко­торые принимают участие чуть ли ни во всех биологических процессах. Употребление пищи без жира ведёт к нарушениям деятельности централь­ной нервной системы, ослаблению иммунитета.

Жиры содержатся практически в любом продукте питания. В неболь­шом количестве они есть даже в кар­тофеле (0,4%) и хлебе (1—2%). В мо­локе обычно 2—3% жира, если оно специально не обезжирено, а вот в постном мясе — до 33%. Всё это так называемый скрытый жир, присутст­вующий в продукте в виде отдельных мельчайших частиц. К жирам же поч­ти в «чистом виде» относятся сало, сливочное и растительное масло, маргарин.

При длительном хранении жиры портятся — прогоркают: под действи­ем воздуха, света, микроорганизмов образуются свободные жирные кис­лоты и продукты их превращения, обычно с очень неприятным запахом и вкусом. Срок годности увеличивает­ся при низкой температуре и в при­сутствии консервантов — чаще всего это поваренная соль.

Физиологи установили, что при физической нагрузке, которая в 10 раз пре­вышает привычную, человек, соблюдающий жировую диету, лишается сил уже через полтора часа. А вот углеводная диета позволяет выдержать та­кую же нагрузку в течение четырёх часов. Оказывается, получение орга­низмом энергии из жиров — процесс длительный. Это объясняется малой реакционной способностью жиров, особенно их углеводородных цепей. Углеводы же, хотя и дают меньше энергии, чем жиры, однако выделяют её намного быстрее. Поэтому, если предстоит основательная физическая на­грузка, предпочтительнее подкрепиться сладким, а не жирным.

Известно, что верблюд в состоянии прожить без питья до полу­тора месяцев. Воду в это время он «добывает» за счёт постепен­ного окисления содержащихся в горбах запасов жира, которые могут достигать 120 кг. Если считать, что жир состоит из эфи­ра глицерина и самой распространённой жирной кислоты — сте­ариновой, то при полном его окислении выделится 133 кг воды: 2С₅₇Н₁₁₀О₆+163О₂=114СО₂+110Н₂О! При этом верблюды получают много энергии, вот почему они очень выносливы. Кста­ти, и для человека ограничение в питье (конечно, в разумных пре­делах) — один из эффективных способов избавиться от излиш­него жира, который будет окисляться, стремясь восполнить недостаток воды в организме.

Учёные долго не могли понять, как же усваиваются организмом жиры. В 60-х гг. XX в. сотрудники американ­ской фирмы Procter & Gamble Фред Матсон и Роберт Волпенхейм устано­вили, что жиры в пищеварительном тракте гидролизуются, но не до кон­ца. Две крайние эфирные связи в мо­лекуле триглицерида расщепляются под действием воды, а центральная остаётся неизменной. Гидролиз начи­нается уже в желудке под влиянием содержащегося в слюне фермента ли­пазы (от греч. «липос» — «жир»), кото­рого особенно много у маленьких де­тей. Затем в дело вступает липаза, вырабатываемая поджелудочной же­лезой. Из желудка жир периодически выбрасывается в тонкий кишечник. Этот процесс регулируется продукта­ми гидролиза — моноглицеридами и жирными кислотами, которые из ки­шечника «сигнализируют» желудку, что пора пропустить очередную пор­цию жира или же, наоборот, задер­жать её в желудке, чтобы облегчить переваривание в кишечнике. Как по­даются эти сигналы, пока неясно. Длительное чувство сытости («полно­го желудка») после жирной пищи как раз и связано с замедленным перехо­дом жиров из желудка в кишечник.

Жиры наряду с белками и углеводами составляют основу питания человека. Они — самый эффективный источ­ник энергии: 1 г жиров при полном окислении в клетках организма даёт 9,5 ккал (40 кДж) энергии. Это вдвое больше, чем можно получить из бел­ков или углеводов. Для сравнения: сгорание 1 г бензина даёт 42 кДж, 1 г каменного угля — 31 кДж, 1 г сухой древесины — 15 кДж. Так что жир по праву следует считать высококало­рийным «топливом». Оно расходует­ся преимущественно для поддержания нормальной температуры нашего те­ла, а также на работу различных мышц. Даже когда человек спит, ему на покрытие энергетических расхо­дов (так называемый основной об­мен) каждый час требуется около

350 кДж энергии; примерно такова же мощность электрической 100-ваттной лампочки.

Жирная пища с незапамятных вре­мён ассоциировалась с богатством и благополучием. В Библии она упоми­нается под названием «тук», причём нередко в иносказательном смысле — для обозначения отборных продук­тов. «...Я дам вам лучшее в земле Еги­петской, — говорит фараон Иоси­фу, — и вы будете есть тук земли» (Быт. 45.18). На средневековых пирах основным блюдом было жирное мя­со. Согласно словарю В. И. Даля, на Руси тучными называли упитанных, здоровых людей, а также обильные, плодоносные поля и луга. На кар­тинах Рубенса можно видеть мно­жество тучных фигур, в XVII в. оли­цетворявших красоту, богатство и благополучие. Прошло время, и вку­сы изменились: на пороге XXI столе­тия эталоном красоты и здоровья служат не тучные, как сотни лет на­зад, а стройные спортивные фигуры.

Знакомый каждому из нас маргарин получил своё название от греческого слова «маргарон» — жемчуг. Приду­мал его химик Мишель Эжен Шеврёль, а произошло это более чем за 50 лет до получения маргарина. Работая с са­мыми разнообразными жирами — от козьего сала до тюленьего жира, учёный смог выделить новые химиче­ские соединения — монокарбоновые (жирные) кислоты, которым сразу же давал названия. Иные из них не при­жились, но некоторые — например, олеиновая, стеариновая — стали общепризнанными.

В самом начале работы над жирами Шеврёль выделил из свиного сала кис­лоту, которую назвал маргариновой (вероятно, вещество в виде шариков на­помнило ему о жемчуге). Авторитет учёного был настолько велик, что поч­ти полвека никто не ставил под сомне­ние результаты его исследований. Мар­гариновую кислоту рассматривали как одну из самых распространённых в природе жирных кислот. При этом считалось, что её формула С₁₆Н₃₃СООН. Но когда в 1857 г. кислоту с таким со­ставом синтезировали в лаборатории, то обнаружилось, что она отличается от «маргариновой кислоты» Шеврёля. К ней на десятки лет потеряли интерес: кому нужна искусственно полученная в малых количествах кислота, когда по­добные ей можно извлекать тысячами тонн из природных жиров.

В 1811 г. французский химик Луи Ни­кола Воклен принёс в лабораторию образец прогорклого жира и предло­жил своему ученику Мишелю Эжену Шеврёлю (1786—1889) сделать его анализ. Шеврёль занялся исследова­нием этой новой, в сущности, темы, серьёзно увлёкся и... стал основопо­ложником химии жиров.

Он первым выяснил строение жи­ров и изучил процесс их омыления, а также получил в индивидуальном ви­де многие жирные кислоты.

Ко времени начала его исследова­ний о жирах было известно немного. В XVII в. немецкий учёный, один из первых химиков-аналитиков, Отто Тахений (1652—1699) выступил с гипо­тезой о том, что жиры содержат «скрытую кислоту». В середине следу­ющего столетия французский химик Клод Жозеф Жоффруа (1685—1752) обнаружил, что при разложении мы­ла (его готовили тогда варкой жира со щёлочью) кислотой образуется жир­ная масса. А в 1779 г. знаменитый шведский химик Карл Вильгельм Шееле, нагрев оливковое масло с влажным глётом РbО, получил новое жидкое вещество сладко­ватого вкуса. Повторив опыты со свиным салом, сливочным маслом и другими жирами, учё­ный убедился в том, что обнару­женное им вещество входит в состав и растительных, и живот­ных жиров, и назвал его «сладким началом масел». Кроме того, Шее­ле выявил в продуктах гидролиза жиров неизвестные ранее химиче­ские соединения — монокарбоновые (жирные) кислоты.

Последовательность аминокислот в белках кодируется генами, которые хранятся и передаются по наследству с помощью молекул ДНК (см. статьи «Хранитель наследственной инфор­мации. ДНК» и «Экспрессия генов»). Пространственную структуру белка задаёт именно порядок расположе­ния аминокислот. Получается, что не только первичная, но и вторичная, третичная и четвертичная структуры белков составляют содержание на­следственной информации. Следо­вательно, и выполняемые белками функции запрограммированы гене­тически. Громадный перечень этих функций позволяет белкам по праву называться главными молекулами жизни. Поэтому сведения о белках и есть то бесценное сокровище, кото­рое передаётся в природе от поколе­ния к поколению.

Интерес человека к этим органи­ческим соединениям с каждым годом только увеличивается. Сегодня учёные уже расшифровали структуру многих белковых молекул. Они выясняют функции самых разных белков, пыта­ются определить взаимосвязь функ­ций со структурой. Установление сходства и различий у белков, выпол­няющих аналогичные функции у раз­ных живых организмов, позволяет глубже проникать в тайны эволюции.

Конская грива содержит белок кератин.

...Служат питательными веществами. В семенах многих растений (пшени­цы, кукурузы, риса и др.) содержатся пищевые белки. К ним относятся так­же альбумин — основной компонент яичного белка и казеин — главный белок молока. При переваривании в организме человека белковой пищи происходит гидролиз пептидных свя­зей. Белки «разбираются» на отдель­ные аминокислоты, из которых орга­низм в дальнейшем «строит» новые пептиды или использует для полу­чения энергии. Отсюда и название: греческое слово «пептос» означает «переваренный». Интересно, что гид­ролизом пептидной связи управляют тоже белки — ферменты.

Полный набор аминокислот живой организм получает с пищей, содержащей белки и свободные аминокислоты.

В холодных водах Перуанского течения в Тихом океане обитает кальмар Dosidicus gigas. Его сигарообразное те­ло вместе со щупальцами достигает в длину 3,5 м, а масса гиганта может пре­вышать 150 кг. Мощные мышцы выбра­сывают струю воды с силой, с какой она бьёт из пожарного рукава, благодаря чему кальмар способен двигаться со скоростью до 40 км/ч. Клювом, очень крепким и острым, он может перебить стальной кабель. По свидетельству оче­видцев, кальмар буквально в клочья раз­дирает 20-килограммовую рыбину. Этот свирепый хищник очень опасен и для человека. В книге Фрэнка Лейна «Цар­ство осьминога» утверждается, что «че­ловек, упавший за борт в местах, где обитает много кальмаров, не проживёт и полминуты».

Чтобы «зарядиться» энергией, это­му обитателю океана требуется много кислорода — не менее 50 л в час. По­ступающий из морской воды кислород разносится по телу кальмара с помощью особого белка, содержащего медь, — гемоцианина (от греч. «гема» — «кровь» и «кианос» — «лазурный», «голубой»).