Клетчатка также питает микробиоту, оживленную экосистему организмов, которые живут в кишечнике и помогают переваривать пищу. Большая часть бактерий обитает в толстом кишечнике, где они переваривают клетчатку и другие вещества, которые организм не способен расщепить самостоятельно в тонком кишечнике. Мы только начинаем осознавать важность микробиоты, но ее масштабы ошеломляют. С триллионами бактерий, у каждой из которых тысячи генов, микробиота подобна двухкилограммовому суперорганизму, живущему внутри вас. Эти микробы переваривают большую часть клетчатки, которую мы едим, используя ферменты, которые наши клетки не могут синтезировать, и производят короткоцепочечные жирные кислоты, которые они поглощают и используют для получения энергии. Микробиота также переваривает другие вещества, которые выходят из тонкого кишечника, укрепляет иммунную систему, помогает вырабатывать витамины и другие необходимые питательные вещества, а также поддерживает работу пищеварительного тракта. С каждым днем науке становится известно все больше о последствиях дисбаланса микробиоты, от ожирения до аутоиммунных заболеваний – результаты очень разнообразны. Но мы уже знаем точно, что если кишечные бактерии находятся в плачевном состоянии, то и вы несчастливы.

Основная причина, по которой мы едим углеводы и жаждем их, т. е. цель их существования (по крайней мере, так думают наши клетки), заключается в том, чтобы питать наши тела. Углеводы – это чистая энергия. Как только сахар попадает в кровоток, остается два пути – сжечь его сейчас или сохранить на будущее (Рис. 2.1). Именно здесь вступает в действие гормон инсулин, вырабатываемый поджелудочной железой. Большинство клеток нуждаются в нем, чтобы молекулы глюкозы попадали внутрь них через их мембраны.

Сжигание углеводов для получения энергии – это двухэтапный процесс, который мы подробно обсудим ниже. Сахар в крови, который не пускается в дело немедленно, «упаковывается» в запасы гликогена в мышцах и печени (Рис. 2.1). Гликоген – это сложный углевод, подобный растительному крахмалу. Его легко использовать, когда требуется энергия, но он относительно тяжелый, потому что содержит равное количество углерода и воды (отсюда и термин «углевод»). Это как консервированный суп: быстро готовится, но тяжелый и громоздкий, потому что хранится с водой. У эволюционировавших людей, как и других животных, выработались жесткие ограничения на количество гликогена, которое может удерживать наш организм. Как только этот лимит исчерпан, сахар в крови должен деться куда-то еще. И единственный путь – это преобразоваться жир.

Когда потребности организма в энергии удовлетворены и запасы гликогена полны, избыток сахара в крови превращается в жир, о чем мы поговорим ниже. Жировые запасы немного труднее использовать в качестве топлива: нужно больше промежуточных шагов, чтобы преобразовать их в сжигаемую форму. Но это гораздо более эффективный способ хранения энергии, чем гликоген, потому что он очень плотный и не содержит воды. И, как мы уже знаем, практически нет предела тому, сколько жира способно хранить человеческое тело.

Жиры

У жиров довольно простой маршрут: они перевариваются до жирных кислот и глицерина, а затем встраиваются в тот жир, который уже есть в вашем теле и который в итоге вы потом сожжете. Проблема заключается в том, что они трудно перевариваются. Все дело в элементарной химии: масло и вода не смешиваются. Жиры (включая масла) являются гидрофобными молекулами, что означает, что они не растворяются в воде. Но, как и вся жизнь на Земле, системы нашего тела основаны на воде. Разбить большие куски жира на микроскопические кусочки просто водой невозможно – это все равно, что пытаться отмыть жирную кастрюлю без мыла. Какое же решение придумала эволюция? Желчь.

Долгое время считалось, что желчь влияет на настроение и темперамент, ведь именно она была одним из «четырех жизненных соков». Это один из примеров, когда умные люди верили в абсурдные вещи. Главные умы человечества, начиная с Гиппократа и заканчивая врачами и физиологами XVIII века, считали, что наличие слишком большого объема желтой желчи в организме делает людей агрессивными. Врачи пускали кровь людям, используя пиявок, если им казалось, что у человека нарушен гуморальный баланс. Это, кстати, одна из причин, почему медики, вероятно, убили больше людей, чем спасли до появления современной медицины около столетия назад. Сегодня мы знаем, что желчь – это вещество, которое помогает жиру перевариваться.

Желчь – это зеленый сок, вырабатываемый печенью и хранящийся в желчном пузыре. Последний представляет собой мешочек размером с большой палец, расположенный между печенью и тонким кишечником, соединенный с обоими короткими протоками. Когда жиры попадают в тонкий кишечник из желудка, желчный пузырь впрыскивает немного желчи в пищу. Желчные кислоты (также называемые желчными солями) действуют как моющие средства, разбивая шарики жира и масла на крошечные капельки эмульсии. После того как жир эмульгирован, к смеси добавляется фермент под названием липаза, вырабатываемый поджелудочной железой, который разбивает их на еще меньшие капли, микроскопические мицеллы, чей размер не превышает одной сотой диаметра человеческого волоса. Они формируются, распадаются и снова собираются, как пузырьки в газированном напитке. Каждый раз, распадаясь, они высвобождают отдельные жирные кислоты и глицериды (жирные кислоты, прикрепленные к молекуле глицерина), которые удерживали, – основные строительные блоки жиров и масел.

Жирные кислоты и глицериды всасываются в стенку кишечника и преобразуются в триглицериды (три жирные кислоты, прикрепленные к молекуле глицерина), стандартную форму жиров в организме. Здесь организм сталкивается со следующей проблемой переваривания жиров: плохо смешиваясь с водой, они имеют тенденцию собираться вместе в растворах на водной основе, таких как кровь. Густая кровь убьет вас, закупорив мелкие сосуды в мозге, легких и других органах. Эволюция нашла решение этой проблемы: триглицериды собираются в сферические формы, которые называются хиломикронами. Это удерживает жиры от слипания, но приводит к тому, что сферическое образование слишком велико, чтобы быть пройти через стенки капилляров и попасть в кровоток, откуда оно должно распределяться по всему телу.

Вместо этого молекулы жира, упакованные в хиломикроны, попадают в лимфатические сосуды. Эти сосуды, выполняя как надзорную роль, так и роль сборщика «мусора» в организме, образуются в сеть по всему телу, собирая мусор, бактерии и другие «обломки» и доставляя их в лимфатические узлы, селезенку и органы иммунной системы. Они хорошо подходят для сбора крупных частиц мусора, таких как хиломикроны, наполненные жиром. Лимфатические сосуды также собирают всю плазму, которая вытекает из кровеносных сосудов (около 2,8 л в день) и возвращают ее в кровеносную систему – так они играют роль своеобразного пропускного пункта в кровоток. Специализированные лимфатические сосуды (они называются хилусными, или млечными^[15]) в стенке кишечника втягивают хиломикроны в лимфатическую систему, а затем сбрасывают их непосредственно в кровеносную, прямо туда, где находится сердце.

Белые наполненные жиром хиломикроны настолько раздуваются после жирной пищи, что могут придать крови кремовый оттенок. В конце концов, однако, они разрываются на части, и их содержимое втягивается в ожидающие клетки для хранения или использования. Фермент липопротеинлипаза в стенках кровеносных сосудов сначала расщепляет триглицериды на жирные кислоты и глицерин, которые втягиваются в ожидающие клетки, метко названные молекулами-переносчиками жирных кислот, прежде чем снова собираются в триглицериды. Большая часть жира хранится в жировых клетках (адипоцитах) и мышцах, образуя резервный топливный бак. Накопленные триглицериды – это жир, который мы ощущаем на животе и бедрах или видим на куске мраморной говядины. Проблемы возникают, когда организм начинает накапливать значительное количество жира в печени и других органах, что может привести к печеночной недостаточности и целому ряду проблем со здоровьем. Причины жирового гепатоза (ожирения печени) не всегда ясны, но избыточный вес является основным фактором риска.

Небольшая часть жиров, которые мы едим, используется для строительства таких структур, как клеточные мембраны, миелиновые оболочки, которые покрывают нервы и части мозга. Некоторые из жирных кислот, необходимых для построения этих тканей, не могут быть получены путем перестройки других и поэтому считаются незаменимыми – их нужно получать из пищи. Вот почему производители продуктов питания часто говорят о содержании омега-3 жирных кислот (незаменимых жирных кислот) в рыбе, молоке или яйцах.

Как и в случае углеводов, конечное назначение жира – причина, по которой вы жаждете его и по которой ваше тело прилагает усилия, чтобы переварить и сохранить его, – это сжигание в качестве топлива для работы организма. Все животные эволюционировали, чтобы хранить энергию в виде жира, потому что он содержит невероятное количество энергии: 9,1 килокалорий на грамм. Это, наравне с реактивным топливом, более чем в пять раз превышает плотность энергии нитроглицерина и почти в сто раз лучше, чем обычная щелочная батарейка. К счастью, процесс расщепления жиров для получения энергии происходит медленнее, чем взрыв динамита. Некоторые вещества этого типа сжигаются сразу после переваривания. Но большую часть времени между приемами пищи ваше тело использует накопленные жиры в качестве топлива. Триглицериды, из которых состоит накопленный жир, расщепляются на жирные кислоты и глицерин и используются для производства энергии (Рис. 2.1), что мы рассмотрим ниже более подробно.

Белки

Белки проходят интересный маршрут. В отличие от жиров и углеводов, они не являются главным источником энергии (если только вы не хищник). Основная роль этих веществ заключается в том, чтобы строить и восстанавливать мышцы и другие ткани, поскольку они разрушаются каждый день. Тело действительно сжигает белки для получения энергии, но это небольшая часть ежедневного энергетического бюджета.

Переваривание белков стартует в желудке с фермента, называемого пепсин, который начинает расщеплять их. Клетки в стенке желудка вырабатывают предшественник этого фермента, называемый пепсиногеном, который преобразуется желудочной кислотой в пепсин и затем, как Эдвард Руки-ножницы, измельчает все белки, с которыми вступает в контакт. Этот процесс продолжается в тонком кишечнике, когда пища покидает желудок, а ферменты выделяются поджелудочной железой.

Все белки усваиваются вплоть до их основных строительных блоков – аминокислот (Рис. 2.1). Аминокислоты – это класс молекул, имеющих форму воздушного змея: их головка как будто приклеена к хвостику. Голова у всех одинаковая – азотсодержащая аминогруппа, соединенная с карбоновой кислотой. Аминокислоты отличаются хвостами, которые всегда представляют собой конфигурацию атомов углерода, водорода и кислорода. На Земле существуют сотни веществ этого класса, но только двадцать одно используется для создания белков в растениях и животных. Девять из них считаются незаменимыми для человека, то есть наши тела не могут производить их самостоятельно – нужно получать их из пищи (не волнуйтесь: если вы еще не умерли, то получаете их). Другие аминокислоты тело может производить, если это необходимо, обычно путем расщепления и перестройки других веществ этого типа. Но мы забегаем вперед.