Естественные технологии биологических систем - Александр Уголев

Ферменты, содержащиеся, в пище, могут иметь определенное значение в разрушении ее полимеров. Такое пищеварение можно было бы назвать аутолитическим. По-видимому, оно является древним и важным в развитии животного мира. Однако аутолиз не утратил своего значения и в питании современных животных. Например, при использовании травоядными свежих кормов расщепление пищи отчасти обусловлено ферментами, содержащимися в клетках растений. Некоторое значение в гидролизе пищевых веществ в желудочно-кишечном тракте новорожденных детей могут иметь гидролитические ферменты материнского молока. Наконец, «созревание» мяса есть не что иное, как частичный аутолиз, который можно рассматривать как некоторый элемент пищеварения.

Несколько лет назад нами опубликованы результаты исследований, позволившие предположить, что в основе начальных этапов расщепления пищи решающую роль играет индуцированный аутолиз (рис. 13).

Рис. 13. Схема, демонстрирующая роль индуцированного аутолиза в деградации клеточных структур.

А — многоклеточная структура; Б — влияние пищеварительных соков на многоклеточную структуру; В — влияние индуцированного аутолиза на многоклеточную структуру за тот же временной интервал. Стрелками на Б и Б показан временной интервал.

Суть этого механизма состоит в том, что кислый желудочный сок хищника индуцирует самопереваривание жертвы ее же ферментами. Под действием кислого желудочного сока происходит разрушение лизосом и выход в клетку многочисленных лизосомных гидролаз, разрушающих все структуры клетки при pH 3.5—5.5. Ионы водорода вызывают гибель клетки и нарушение мембранного барьера лизосом. По-видимому, механизм индуцированного аутолиза реализуется не только у хищных, но и у растительноядных организмов. Пищеварительные ферменты биотрофов, таким образом, дополняют индуцированный аутолиз пищевого объекта.

Итак, организм-ассимилятор индуцирует расщепление структур пищевого объекта его собственными ферментами, активируя их и создавая оптимальные условия среды, в том числе pH. В отличие от классических представлений о механизмах переваривания ферменты пищеварительных соков осуществляют свой эффект только поверхностно, причем скорость диффузии внутрь даже при низком диффузионном сопротивлении лимитирована их сравнительно большой молекулярной массой. Скорость диффузии гидратированного протона примерно в 1000 раз выше. При этом возникает множество центров гидролиза в каждой клетке, что Создает практически тотальное расщепление ткани. Следует добавить, что в кислых секретах организма-ассимилятора содержатся главным образом протеазы, тогда как ферментный спектр лизосом практически универсален. Однако в ассимилируемых объектах имеются структуры (белки соединительной ткани, жировые депо, в тканях растений — полисахаридные депо), лишенные лизосом и не подвергающиеся аутолизу. Следовательно, можно предположить, что ферменты пищеварительных соков (гидролазы, расщепляющие белки, жиры и углеводы) особенно важны для утилизации указанных структур с высокой скоростью.

Примеры индуцированного аутолиза обнаружены среди низших животных, в частности у простейших п плоских червей. После захвата пищевого объекта происходит образование новых вакуолей, обладающих кислой реакцией. Общепринято, что ацидификация окружающей среды связана с действием пепсин- или катепсинподобных ферментов. Хотя кислая фаза переваривания была интерпретирована как выполняющая лишь денатурацию структур пищевого материала, представленные данные свидетельствуют о значительном расщеплении пищи. Эти данные невозможно объяснить без гипотезы индуцированного аутолиза. В соответствии с этой гипотезой кислая среда пищеварительных вакуолей приводит к активации лизосомных ферментных систем двумя путями: 1) увеличивая проницаемость мембраны лизосом; 2) провоцируя адекватные условия для лизосомных ферментов, которые активны в слабокислой среде. Следовательно, возможен не только протеолиз, но и расщепление множества других пищевых веществ.

***

Обратим внимание на те особенности процессов переработки пищи, которые позволяют рассматривать их как естественную технологию. Несомненно, перед нами чрезвычайно сложная химическая технология, обеспечивающая извлечение из пищевого сырья важных компонентов и их перенос из кишечной во внутреннюю среду организма. В основном переработка пищевой массы сводится к механическим и гидролитическим (при участии многих ферментов) процессам.

Возможно, большое значение имеет специфическая адсорбция. Следует учитывать также, что ряд необходимых веществ вырабатывается в желудочно-кишечном тракте бактериальной флорой. В современном понимании работа пищеварительного аппарата не может ограничиться лишь извлечением полезных пищевых веществ, т.е. нутриентов, из пищевых продуктов, а включает в себя также их образование под влиянием симбионтов. У организмов многих видов этот механизм является решающим. Таким образом, процесс экзотрофии представляет собой сочетание механических, физических и химических преобразований, поражающих совершенством координации и высокой эффективностью. Так, приблизительные подсчеты показали, что из 10 молекул мальтозы лишь одна или две возвращаются в полость тонкой кишки, тогда как 8 или 9 немедленно утилизируются благодаря совершенной системе взаимодействий фермента и транспортера в пределах пищеварительно-транспортного комплекса.

Пищеварительные процессы управляются очень точно. Интенсивность переваривания пищи, а также скорость ее перемещения вдоль желудочно-кишечного тракта контролируются нервными и гормональными механизмами. Кроме того, пищеварение как многоступенчатый процесс складывается из ряда операций.

Для понимания удивительной целесообразности естественных технологий, сформировавшихся в ходе эволюции, перейдем к характеристике питания. 

Глава 3.

ЭКЗОТРОФИЯ. НОВАЯ ТЕОРИЯ АДЕКВАТНОГО ПИТАНИЯ

Питание — одна из центральных проблем, решение которой составляет предмет постоянных забот человечества. Эта проблема актуальна для большинства биологических наук. Однако первоначально наука о питании имела антропоцентрический подход и формировалась как теория и практика питания человека.

Как говорил И.П. Павлов в своей Нобелевской речи (1904), кусок хлеба насущного является, был и останется одной из самых важных проблем жизни, источником страданий, иногда удовлетворения, в руках врача — могучим средством лечения, в руках людей несведущих — причиной заболеваний. По-видимому, едва ли не самое большое заблуждение — убеждение в том, что вопрос правильного питания человека может быть решен путем создания- достаточного количества качественных пищевых продуктов. Обширный анализ свидетельствует, что свободный выбор таких продуктов в большинстве случаев приводит к нарушениям структуры питания, которые в зависимости от многих гено- и фенотипических характеристик провоцируют развитие тяжелых заболеваний (табл. 2). Различные формы патологии, вызванные неправильным питанием, распространены гораздо шире, чем сердечно-сосудистые заболевания и злокачественные опухоли, в происхождении которых дефекты питания также играют немаловажную роль. Не исключено, что в значительной мере заболевания, связанные с нарушениями питания, обусловлены неправильным вскармливанием детей на ранних стадиях онтогенетического развития.

Синдромы, связываемые преимущественно с нарушениями питания

Избыточное питание углеводами, рафинированными крахмалом и сахарами белками Патогенез Эпидемиологические и клинические данные Клинические данные Болезни, нарушения Заболевания сердечно-сосудистой системы (инфаркт миокарда, гипертония, атеросклероз, варикозное расширение вен, тромбоз и др.) Заболевания сердечно-сосудистой системы (гипертония, атеросклероз, тромбофлебит, эмболия, микроангиопатия и др.) Хронический бронхит, эмфизема легких Заболевания желудочно-кишечного тракта (язвы, гастрит, энтерит, язвенный колит, геморрой) Аппендицит, холецистит, пиелонефрит, вызванные кишечной палочкой Холецистит Желчно-каменная болезнь Почечно-каменная болезнь Диабет Гиперлипидемия Токсикоз беременности Эпилепсия, депрессия Рассеянный склероз Парадонтоз Диабет Гиперхолестеринемия Токсикоз беременности Профилактика Уменьшение потребления легко усвояемых и рафинированных углеводов Уменьшение потребления белков

Следует иметь в виду, что в области теории питания многое остается неизвестным. Именно поэтому представляется необходимым охарактеризовать современные достижения науки, важные для лучшего понимания этой проблемы.