Белки, жиры, углеводы — основа жизни

|
Почему мы можем съесть кусочек сахара, но не можем кусочек дерева, хотя, казалось бы, основные вещества, которые входят в состав сахара и дерева, имеют похожие структуры (сахароза и целлюлоза соответственно)?
Молекула сахарозы
Фрагмент полимерной цепи целлюлозы
Дело в том, что в нашем организме существуют ферменты — особые вещества, представляющие собой углеродные цепочки белковой природы, которые избирательно расщепляют «сложные» молекулы, попадающие в наш организм, на более «простые» звенья. Именно с помощью этих «простых кирпичиков», полученных благодаря разложению крупных молекул, организм «создает» вещества, которые необходимы нам для жизни и которые часто мы не можем получить из пищи.
Все вещества, которые могут быть получены нашим организмом, можно разделить на несколько групп.
Органические вещества (то есть вещества, в основу которых входят углеродные цепочки), поступающие в наш организм, делятся на перевариваемые (к ним относятся белки, жиры, углеводы и витамины, которые в будущем организм будет расщеплять на более простые составляющие и использовать для синтеза новых соединений) и неперевариваемые (к ним относятся те вещества, которые ферменты нашего организма расщепить не могут; например, целлюлоза, содержащаяся в листве деревьев)
Неорганические вещества (то есть вещества, не содержащие углеродные цепочки) служат для регуляции баланса и содержания различных элементов в нашем организме. Они, в свою очередь, разделяются на вещества биогенные (те, что выделяются из остатков отмерших живых организмов) и абиогенные (те, что существуют в «неживой» природе)
К первым относятся различные кальций-, магний- и железосодержащие вещества; фосфаты, хлориды и т. д. Ко вторым относятся вещества, содержащие такие элементы, как мышьяк, алюминий и т. д.
Белки
Белки — это органические вещества сложного полимерного строения, состоящие из набора аминокислот. Всего в природе существуют 20 аминокислот, 8 из которых являются незаменимыми для нашего организма (валин, изолейцин, лейцин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин, лизин) и 12 из которых наш организм способен синтезировать самостоятельно (аргинин, аланин, глютамин, глицин, тирозин, пролин, аспарагин, серин, цистеин и т. д.).
Аминокислоты, получаемые организмом при расщеплении белков, используются как строительные материалы (например, для построения кератиновых покровов ногтя), также в крайнем случае белки могут расщепляться для высвобождения и получения энергии. Белки могут поступать в наш организм как с растительной, так и с животной пищей.
Сложная природная структура разрушается под воздействием различных внешних факторов (нагревание, облучение и т. д). Такое явление называется денатурацией, его можно наблюдать, например, тогда, когда мы жарим яичницу (прозрачный белок яйца при нагревании становится белым, происходит необратимая денатурация).

Денатурация белка
Однако денатурированный белок содержит все ту же исходную аминокислотную последовательность. Чтобы выделить отдельные аминокислоты, нужно провести его гидролиз («разрушение водой») в присутствии кислот, щелочей или желудочных ферментов.
Жиры
Жиры представляют собой соединения, состоящие из органического спирта глицерина и остатков органических карбоновых кислот. Жиры бывают твердые (содержат остатки насыщенных кислот, то есть тех, которые содержат в основном одинарные связи C-C) и жидкие (включают остатки кислот, содержащих в своих цепочках много кратных связей).

Строение молекулы жира
Жиры перерабатываются нашим организмом для получения энергии. Также жиры запасаются нашим организмом, чтобы в момент, когда потребуется «топливо», можно было бы их расщепить и высвободить энергию. Стоит отметить, что липиды (жиры) входят в состав оболочки наших клеток — клеточной мембраны.
Жиры, составляющие различного рода масла, полезны и важны для нашего организма, однако если начать нагревать их, то за счет процесса изомеризации из цисжиров начнут образовываться так называемые трансжиры; их наш организм не способен перерабатывать в полной мере, и в больших количествах перегретое масло оказывает вредное воздействие на него.

Цис- и трансизомеры
Углеводы
Углеводы — это органические вещества, содержащие несколько гидроксильных групп. Название этого класса соединений происходит от слов «гидраты углерода», оно было предложено Карлом Шмидтом в 1844 г. Появление такого названия связано с тем, что первые из известных науке углеводов описывались брутто-формулой Cx(H2O)y, формально являясь соединениями углерода и воды.
Углеводы — основной источник энергии для организма человека. Они содержатся в основном в продуктах растительного происхождения. Все углеводы, содержащиеся в продуктах питания, разделяют на быстрые (простые), обладающие высоким гликемическим индексом, и медленные (сложные), с низким гликемическим индексом
Быстрые углеводы есть во всех продуктах питания, в состав которых входит сахар (кондитерские изделия, выпечка, фрукты и т. д.). Гликемический индекс показывает степень изначального повышения сахара в крови при приеме пищи. В ответ на скачок сахара организм выделяет гормон инсулин, который транспортирует глюкозу в кровь. Чем больше сахара, тем выше выделение инсулина. Если злоупотреблять пищей с высоким ГИ долгое время (например, часто лакомиться сладким), то появится постоянное чувство голода, и, как следствие, будет расти вес.
Медленные углеводы (или сложные, комплексные) расщепляются в организме гораздо медленнее и в течение дня постепенно расходуются на активную физическую деятельность, а не сразу превращаются в жиры. Польза медленных углеводов еще и в том, что они не увеличивают уровень сахара в крови. Их можно употреблять страдающим сахарным диабетом. Медленные углеводы содержатся в овощах, необработанных крупах и в продуктах, содержащих большое количество клетчатки.
Реакция Майяра
Во время приготовления происходит множество химических реакций. Одна из важнейших среди них — реакция Майяра, или сахароаминная конденсация. Коричневая хрустящая корочка на жареной картошке или мясе, характерный оттенок высушенных фруктов и аппетитный запах свежей выпечки — результат накопления продуктов сложной, не до конца изученной реакции, а точнее, целого комплекса химических процессов между аминокислотами и сахарами, которая протекает при нагревании без участия ферментов.
Углеводы содержат как гидроксильные группы -OH, так и карбонильные C=O. Строение белков, как было уже упомянуто, сложнее: это полимеры, цепи которых выстроены из различных аминокислот. В составе аминокислот имеется аминогруппа -NH2, которая при повышенной температуре легко вступает в реакцию с карбонильной группой углеводов. Получившееся нестабильное соединение гликозиламин самопроизвольно подвергается процессу, известному как перегруппировка Амадори, образуя кетозамины. В ходе сложнейших реакций, проходящих последовательно и параллельно, кетозамины превращаются в разнообразные химические соединения, отвечающие за цвет, аромат и вкус блюда. В научной литературе эти соединения обозначаются термином «конечные продукты гликирования».
Меланоидины отвечают за коричневую окраску приготовленного блюда. Их образование сопровождается появлением множества ароматических веществ, например альдегидов, таких как фурфурол, метилглиоксаль, ацетальдегид, формальдегид и др. Они придают блюду аппетитный запах. Пиразины — это аромат жареного мяса, а фураноны — запах карамели. Так как масло можно нагреть до гораздо более высоких температур, чем воду, при жарке реакция Майяра протекает активнее, чем при варке. Именно поэтому жареное, как правило, гораздо ароматнее и вкуснее вареного. Если блюдо подгорает, образуются алкилпиридины, которые придают пище горький и неприятный вкус.
Дополнительные материалы
Выражаем благодарность за содействие и выдачу разрешения на съемку Coffee3 и пространству «Кухня»
Присоединяйтесь к чату химиков в Telegram!
Для школьников 5−9 классов и их родителей
Химия вокруг нас
В этом курсе автор расскажет вам о базовых принципах химии, используя вещества, с которыми мы сталкиваемся ежедневно: еду, соки, моющие средства, разные виды пластика. После каждой лекции нужно будет выполнить небольшое практическое задание, реактивы для которого вы сможете найти у себя дома или в ближайшем магазине.
20 уроков с заданиями
Авторская подача: просто, понятно и c юмором
Свободное расписание: нет дедлайнов и сроков сдачи заданий
Все материалы доступны сразу, можно начать обучение в удобное время
Практические задания после каждого урока
Профессиональное видео и современная графика
Быстрая связь с техподдержкой и чат с автором
Сертификат о прохождении курса
Зачем
Научиться печь шарлотку, используя реакцию Майяра
Развить внимание, воображение и научное мышление
Расширить кругозор и задуматься о природе вещей
Что вы получите
Запишитесь на курс, чтобы общаться в чате с преподавателем, выполнять задания и получить сертификат. Вы получите доступ немедленно. Это бесплатно.
Новинка. Курс создан в 2021 г.
Узнать о бережном отношении к природе и экологии
Увидеть другой подход к преподаванию
«Пожалуйста, поделитесь вашими впечатлениями о курсе „Химия вокруг нас“. Это поможет нам в дальнейшей работе. Ругать или хвалить можно через чат-бота. Чтобы его запустить, выберите удобный вам мессенджер»
Facebook
Telegram
VK
Viber
Работает с мобильного
Работает с мобильного
Денис Байгозин, автор курса
Находясь на сайте, вы даете согласие на обработку файлов cookie. Это необходимо для более стабильной работы сайта
Понятно
Close