Мир, созданный химиками. От философского камня до графена - Петр Образцов

Но это еще не все. Самое важное, пожалуй, то, что человек состоит все-таки не из элементов, а из их соединений, среди которых есть и дешевые — вода, фосфаты кальция в костях — и невероятно дорогие, стоящие намного дороже золота. К таким веществам относятся прежде всего ферменты, о которых благодаря рекламе стиральных порошков в последнее время узнали даже те, кто не имеет никакого отношения к химии.

Само слово «ферменты» происходит от латинского «fermentum», брожение или закваска. В научной литературе и в англоговорящих странах для этих соединений принято использовать другое название — энзимы, взятое уже из греческого языка. На упаковках порошков и этикетках косметических средств, произведенных за границей или на наших предприятиях, купленных иностранцами, часто используют именно этот термин ввиду лености переводчиков. Бороться с этим бессмысленно и, видимо, не нужно, тем более что исконно русское слово «ферменты» оказалось, увы, латинским.

Происхождение слов «фермент» и «энзим» говорит о давности знакомства человечества с этими веществами. И неудивительно — ведь без них не испечешь хлеб, не сделаешь вино или сыр. Однако только в 1897 году Эдуард Бухнер доказал, что для сбраживания сахара в спирт не требуются живые микроорганизмы дрожжей — вполне можно обойтись соком дрожжевой культуры с удаленными клетками. Кстати, так уж сложилось, что изобретенную им фарфоровую воронку, используемую в любом химическом кабинете или лаборатории, мы называем воронкой Бюхнера, а открывателя ферментов — Бухнером. Хотя это один и тот же человек и правильнее все-таки писать его фамилию через «у».

Итак, Бухнером было установлено, что брожение вызывают именно вещества, а не «существа», как полагал великий Пастер, являвшийся сторонником витализма (об этом учении коротко сказано в предисловии). Явление катализа, то есть резкого ускорения реакций в присутствии небольших количеств некоторых соединений, во времена Бухнера уже было хорошо известно, поэтому ученые поняли, что имеют дело именно с катализаторами, но биологической, органической природы. Ферменты и есть биологические катализаторы, поскольку с точки зрения химии они являются белками, важнейшими для биологии веществами. Кстати, поэтому ферменты съедобны — пивные дрожжи можно есть, их даже рекомендуют как важный источник витаминов.

Как индивидуальное соединение фермент (уреаза) впервые был выделен в 1926 году, а в 70-е годы прошлого века американские химики синтезировали фермент рибонуклеазу. Трудности этой работы связаны с тем, что ферменты имеют молекулы громадных размеров, в сотни раз больше размера того же фосфата кальция. Искусственный фермент оказался столь же работоспособным, как и природный, что наводит на грустную мысль о принципиальной возможности создания искусственного живого существа — не гениального механического робота, а именно андроида из мяса и костей.

К настоящему времени известно более двух тысяч ферментов. В человеческом организме обнаружены сотни ферментов. Их основными свойствами являются фантастическое ускорение реакций (в миллионы и миллиарды раз) и поразительная специфичность — умение ускорять именно данный конкретный процесс, и никакой другой. То есть фермент подходит для «своего» вещества, как «ключ к замку», и это даже не метафора, а вполне официальный термин, использующийся в науке энзимологии. Тоже вот любопытно, что объект науки мы называем ферментом, а ее саму — не ферментологией, а энзимологией.

Без ферментов жизнь невозможна, эти вещества принимают самое деятельное участие в протекании практически всех биохимических процессов в организме, осуществляют обмен веществ. Кусочек шоколада уже во рту обрабатывается слюной и встречается с ферментом амилазой, которая разлагает сахар на глюкозу и фруктозу; в желудочном соке содержится пепсин, реннин, липаза и другие ферменты, расщепляющие белки, жиры и прочее на легкоусвояемые вещества. В поджелудочном соке кишечника содержится масса других ферментов, довершающих переваривание пищи. Слюна кровососущих насекомых (типа наших комаров) придумана Природой еще хитрее: в ней содержится фермент, предотвращающий свертывание крови жертвы и не дающий закрыться отверстию, проделанному в коже летучей тварью.

Поскольку переваривание пищи осуществляется при обязательном участии ферментов, эти биокатализаторы всегда интересовали диетологов. Именно на спекуляциях вокруг ферментов построена знаменитая диета Шелтона с раздельным питанием. Полуграмотный, а может быть, и сознательно лгавший с целью заработка, Шелтон говорил о необходимости поедания в одно время белков, в другое — углеводов и в третье — жиров. Причем есть помаленьку и много раз в день. Вместо трехразового питание по Шелтону становится примерно тридцатиразовым. Автор теории считал, что пищеварительные ферменты действуют при различных условиях, например при разной кислотности среды, и, таким образом, в момент переваривания белка углеводы «гниют» в сторонке. Только после завершения работы с белком начинается переваривание углеводов, уже заметно подгнивших к этому времени и изрядно отравивших организм.

Для подробного объяснения бредовости этой идеи потребовалось бы слишком много места — известно ведь, что один дурак может такое придумать, что десяти мудрецам потом не распутать. Поэтому просто поверьте, что теория Шелтона элементарно неверна уже хотя бы потому, что человек всю свою историю питался смешанной пищей и вполне себе выжил. К тому же несмешанной пищи просто не бывает: в любом куске мяса (белка) есть столько-то процентов жира, в горохе (углеводы) полно белка и так далее. Пищи, состоящей из одного-единственного компонента, не существует.

Однако даже теория Шелтона признает огромное значение ферментов. Недостаток некоторых из них вызывает появление специфических заболеваний. Например, генетически обусловленная недостаточность фермента лактазы приводит к непереносимости молока из-за содержания в нем молочного сахара — лактозы (брутто-формула такая же, как и у сахарозы). Обратите внимание: фермент лактаза предназначен для перерабатывания лактозы. Названия большинства ферментов так и устроены: берется основа названия вещества, на которое фермент действует, и прибавляется «аза».

Дефицит лактазы встречается почти у 20 % взрослого населения Северной и Средней Европы и почти у 100 % коренных народностей Америки, Африки и Юго-Восточной Азии. Сторонникам утверждения об отсутствии украинской нации как таковой вряд ли будет приятно узнать, что частота дефицита лактазы у русских составляет 15 %, а среди украинцев намного меньше — только 6 %. Так что мы, возможно, даже не родные братья, а двоюродные.

Отсутствие фермента, действующего на аминокислоту фенилаланин, приводит к накоплению этого вещества в крови и появлению тяжелого заболевания — фенилкетонурии, — по симптомам напоминающего слабоумие (см. главу 3, раздел о подсластителях). Современный заменитель сахара аспартам содержит данную аминокислоту и поэтому не может использоваться такими больными, об этом всегда предупреждают этикетки напитков и жевательной резинки с аспартамом.

А пониженным содержанием у некоторых народностей Севера фермента алкогольдегидрогеназы, перерабатывающей этиловый спирт, часто объясняют быстрое возникновение алкоголизма у оленеводов и рыболовов. Кстати, в одном из фантастических рассказов Каттнера про семью мутантов Хогбенов папаша «научил» свои ферменты превращать сахар в спирт прямо в собственной крови и поэтому был способен напиваться даже в отсутствие спиртного, производя алкоголь из любой углеводной пищи. В сущности, Хогбен повторял в своем теле традиционный процесс получения браги, известный уже не одно тысячелетие. Надо думать, что примерно столь же давно было изобретено сыроделие. Млековегетарианцы, включающие в свой «безубойный» рацион молоко и сыр, должны все-таки знать, что для получения последнего молоко обрабатывают сычужным ферментом, полученным из желудков телят. Впрочем, недавно появилось сообщение о разработке заменителя этих желудков, и теперь у млековегетарианцов отпадает нужда лицемерить.