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)?

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.

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.

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 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.

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 C_x(H₂O)_y, формально являясь соединениями углерода и воды.

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.

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.