Герман Понцер
Sapiens на диете. Всемирная история похудения, или Антропологический взгляд на метаболизм

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.

Следующая остановка на пути аминокислот – это построение тканей и других веществ, составляющих человеческий организм (см. Рис. 2.1). Как только белки из куска пиццы перевариваются в аминокислоты, они всасываются через стенки тонкого кишечника и попадают в кровоток. Из крови они проникают в клетки, чтобы построить белки, которые представляют собой цепочки аминокислот, связанных вместе. Построение белков из этих веществ – одна из основных задач ДНК. Ген – это участок ДНК, который выстраивает определенную последовательность аминокислот, чтобы сделать белок (некоторые гены являются регуляторными, то есть не собирают сами белки, а активируют или подавляют гены, собирающие их). Варианты в последовательности ДНК (последовательность нуклеотидов As, Ts, Cs и Gs) могут приводить к различным аминокислотным составам и, таким образом, к незначительно отличающимся белкам, из-за чего появляются биологические различия между людьми. Аминокислоты также используются для производства других молекул, таких как адреналин (гормон, отвечающий за реакцию «бей или беги») и серотонин, один из нейромедиаторов, используемых клетками мозга для общения.

Эти же ткани и молекулы со временем разрушаются. В итоге они превращаются обратно в аминокислоты и перемещаются по кровотоку в печень. Там все становится немного сложнее. Аминогруппа в аминокислоте имеет очень схожую структуру (NH2) с аммиаком (NH₃) (обратите также внимание на сходство в названиях). Точно так же, как употребление домашнего чистящего средства на основе аммиака наверняка убьет вас, накопление этого соединения от расщепления аминокислот будет смертельным. К счастью, у нас развился механизм его превращения в мочевину, которая затем проходит через кровоток в почки и выводится с мочой. Именно это вещество придает моче тот пикантный запах, от которого слезятся глаза, что очень логично, ведь в ней содержится аммиак.

Каждый день мы выводим с мочой около пятидесяти граммов белка. При физических упражнениях расход увеличивается (а вместе с ним ускоряется и мышечный распад). Нужно потреблять достаточное количество этого макронутриента, чтобы восполнить то количество, которые мы теряем каждый день, чтобы не возникло его дефицита. Если мы едим больше белка, чем нужно, лишние аминокислоты превращаются в мочевину и выводятся с мочой. А если переусердствовать с протеиновыми добавками, то ваша моча просто будет очень дорогой.

Последняя остановка на линии белкового поезда – сжигание аминокислот для получения энергии (см. Рис. 2.1). После того как азотсодержащая головка отрубается, превращается в мочевину и отправляется в путь, хвосты используются для производства глюкозы (процесс, называемый глюконеогенез, что буквально означает создание нового сахара) или кетонов, которые могут быть использованы для получения энергии, как мы увидим ниже. Белки, как правило, составляют незначительную часть ежедневного энергетического бюджета, обеспечивая около 15 % калорий каждый день. Но они являются жизненно важным аварийным источником топлива, если мы голодаем (это, как если бы мы сожгли мебель, чтобы протопить дом). Скелетообразные фигуры жертв концлагерей являются ужасающим примером этого процесса, доведенного до крайности: их тела поглощают себя в отчаянной попытке остаться в живых.

Сжигай, детка, сжигай

Все дороги на нашей карте метаболических поездов ведут в конечном счете к одной цели – созданию энергии (топлива для организма). Углеводы, жиры и белки содержат запасенную химическую энергию в связях, которые удерживают их молекулы вместе. Их разрыв высвобождает энергию, которую мы используем для того, чтобы наши тела правильно функционировали.

Во всех биологических системах, включая человеческий организм, энергия имеет одну фундаментальную, общую форму – аденозинтрифосфат (АТФ). Молекулы АТФ подобны микроскопическим батарейкам, которые «заряжаются» путем добавления фосфата к аденозиндифосфату (АДФ). Обратите внимание на приставки «три» и «ди», что означает три фосфата у АТФ и два – у АДФ. Один грамм АТФ содержит пятнадцать калорий энергии (это калории, а не килокалории), а человеческое тело содержит только около пятидесяти граммов аденозинтрифосфата в любой момент времени. Это означает, что каждая молекула проходит путь от АДФ к АТФ и обратно более трех тысяч раз в день для того, чтобы мы получали достаточно энергии. Таким образом, сжигание белков, жиров и углеводов – это процесс передачи химической энергии в молекулах сахара, жира и аминокислот к химической связи, которая удерживает третий фосфат в молекулах АТФ. Когда мы используем пищу для производства энергии, то получаем аденозинтрифосфат.

Давайте начнем с одной молекулы глюкозы, преобладающей формы сахара, которую тело использует для получения энергии (c галактозой и фруктозой все происходит точно так же). Одна молекула глюкозы может поступать непосредственно из углеводов, которые мы только что съели, или из запасенного гликогена, который был преобразован в это соединение. Как мы начали обсуждать в конце раздела, посвященного углеводам, сжигание сахаров для получения энергии происходит в два этапа. Во-первых, глюкоза (C₃H₄O₃) превращается в молекулу пирувата (C₆H₁₂O₆) – это уже процесс из 10 этапов, который подпитывается от двух молекул АТФ, но производит четыре, что приводит к чистому двойному выигрышу. Это относительно быстрый процесс, и именно он помогает при коротких всплесках энергии, когда, например, нужно пробежать 100 метровый спринт, или во время силовой тренировки в спортивном зале.

Первая стадия метаболизма называется анаэробной, потому что она не требует кислорода. Вы можете наблюдать ее, когда смотрите Олимпийские игры по телевизору: элитные спринтеры, кажется, вообще не дышат, а пауэрлифтеры^[16] задерживают дыхание. Если кислорода недостаточно либо потому, что мы не дышим эффективно, либо (что более вероятно) потому, что мышцы работают слишком интенсивно, чересчур быстро для того, чтобы снабжение O₂ покрывало количество производимого пирувата, последний превращается в лактат. Лактат может быть преобразован в пируват для использования для выработки энергии, но если его накапливается слишком много, то он может превратиться в молочную кислоту, которая заставляет мышцы гореть, когда мы усердно работаем на пределах своих возможностей.

На второй стадии (аэробной) нам нужен кислород. Если в клетке достаточно вещества, то пируват, образующийся в конце первой стадии, попадает внутрь органеллы, которую мы называем митохондрией.

В обычной клетке есть десятки митохондрий, и они известны как энергетические станции клетки, потому что основная часть производства АТФ происходит внутри них. Именно здесь начинается волшебство, которое поддерживает в нас жизнь.

В митохондриях пируват превращается в ацетил-коэнзим А, или ацетил-КоА (см. Рис. 2.1), который соперничал бы с АТФ за звание самого важного химического вещества, о котором вы, вероятно, никогда не слышали или полностью забыли. Ацетил-КоА подобен вагону поезда, набитому пассажирами, – атомами углерода, водорода и кислорода – без двигателя. Параллельно этому составу едет еще один – оксалоацетат, который присоединяется к ацетил-КоА и начинает тянуть его по круговому пути, который мы называем циклом Кребса. Поезд делает восемь остановок, и на каждой из них входят или выходят пассажиры с углеродом, водородом и кислородом. Миграция этих атомов порождает два АТФ. К конечной остановке остается только оксалоацетатный двигатель. Он подсоединен к другому ацетилу-КоА, и цикл повторяется.

15 калорий энергии содержится в каждом грамме АТФ. Его молекулы заряжаются путем добавления фосфата к АДФ.

Важно отметить, что некоторых пассажиров грабят: когда они входят и выходят из поезда цикла Кребса, никотинамидадениндинуклеотид (НАД) и флавинадениндинуклеотид (ФАД) крадут их электроны (см. Рис. 2.1). Эти молекулы снуют по задворкам митохондрий и выгружают украденные электроны в специальный рецепторный комплекс в мембране – дверь в стене. Митохондрии – это структуры с двойными стенками, как термос: между внутренней и внешней мембранами есть небольшое пространство, называемое межмембранным. Когда украденные электроны обосновываются во внутреннем мембранном комплексе, положительно заряженные ионы водорода (которых там достаточно) преследуют отрицательно заряженные электроны и в итоге попадают в ловушку в межмембранном пространстве. Ионы водорода подобны рыбам, пойманным в сеть: они пытаются проплыть через внутреннюю мембрану, притягиваемые электронами, только чтобы оказаться в ловушке и тесниться в межмембранном пространстве.

Поскольку все положительно заряженные ионы водорода соединены вместе, существует электрохимическая сила, выталкивающая их, чтобы уравновесить заряд по обе стороны внутренней мембраны. Но для ионов водорода есть только один способ покинуть эту западню: специальный портал во внутренней мембране, который работает как турникет. Ионы водорода проходят через турникет, приводимые в движение электрическим зарядом. Когда он вращается, то заставляет вместе молекулы АДФ и фосфата образовывать АТФ. Это настоящий мотор, производящий тридцать два АТФ. Сложная хореография электронов и ионов водорода, танцующих вдоль внутренней мембраны, называемая окислительным фосфорилированием, – это основной генератор энергии, который питает тело.

Но что же происходит с самой молекулой глюкозы, с атомами углерода, кислорода и водорода, о которых мы начали говорить в самом начале? Помните, что именно энергия удерживает их в связанном состоянии. А атомы углерода и кислорода, составляющие 93 % массы молекулы глюкозы, превращаются в углекислый газ (CO₂) при трансформации глюкозы и в пируват в цикле Кребса (см. Рис. 2.1). Водороды соединяются с кислородом в конце окислительного фосфорилирования, образуя воду, Н₂О (см. Рис. 2.1). Мы едим углеводы только для того, чтобы выдыхать их, наполняя воздух вокруг скелетами картофеля прошлого. Оставшаяся часть превращается в капли воды в океане нашего организма.

Сжигание и получение жира и переход на кето-диету

Мы используем точно такие же этапы аэробного дыхания для сжигания жира. Вместо того чтобы взяться за молекулу глюкозы, мы начинаем с триглицерида. Это может быть жир из свежей пиццы, которую мы только что съели, молекула, упакованная в хиломикрон или недавно выпущенная из обильных жировых запасов. Независимо от их источника, триглицериды расщепляются на жирные кислоты и глицерин и превращаются в ацетил-КоА (сначала глицерин трансформируется в пируват; Рис. 2.1). И точно так же, как глюкоза, атомы углерода, кислорода и водорода, которые составляют эти жирные кислоты и глицерины, выдыхаются в виде CO₂ или преобразуются в воду. Помимо небольшой доли, которая превращается в жидкость, жир, который вы сжигаете, покидает тело, выделяясь через легкие. Вы выдыхаете свою пищу.

Если мы сжигаем много жира, независимо от того, сидим ли мы на чрезвычайно низкоуглеводной диете или голодаем, часть образующегося ацетил-КоА преобразуется в молекулы, называемые кетонами. Большая их часть образуется в печени. Кетоны – это своего рода передвижная версия ацетила-КоА, и она может путешествовать в кровотоке к другим клеткам, превращаться в ацетил-КоА и использоваться для производства АТФ. Как и в случае многих метаболических преобразований, большая часть кетонов производится в печени, однако применение им находится во всем организме. Именно такой путь продвигают последователи кетогенных диет: они потребляют много жиров и белков и отказываются от углеводов. При прекращении движения углеводных поездов вся активность переключается на жировые и белковые пути (см. Рис. 2.1).

Поскольку кетоны путешествуют вместе с кровью, они появляются и в моче. Любопытные и скучающие могут купить тест-полоски без рецепта в большинстве аптек. Присутствие кетонов в моче сигнализирует о том, что организм находится на стадии кетогенеза и использует жир для получения энергии.

Как только вы познакомитесь с жировыми и глюкозными путями в организме (см. Рис. 2.1.), вы поймете, почему крайне низкоуглеводные, кетогенные рационы, такие как система питания Аткинса или модная палеодиета (которая, как мы увидим в Главе 6, вовсе не палео), могут привести к значительной потере жира. Без углеводов единственный способ получения ацетил-КоА – это сжигание жира. Конечно, вы также можете использовать белки, превращая аминокислоты в кетоны или глюкозу (некоторые аминокислоты даже образуют молекулы, которые могут скакать в середине цикла Кребса, как ребенок, прыгающий через двойную скакалку). Но белок, как правило, является второстепенным игроком с точки зрения ежедневных энергетических затрат. Жир является основным топливом на низкоуглеводной диете, и, если вы потребляете меньше калорий, чем тратите, дефицит будет восполнен сжиганием накопленного жира для получения энергии. Часть будет переработана в кетоны перед сжиганием. Например, мозг особенно разборчив в еде и обычно использует глюкозу только для метаболизма, но, если ее нет, он переключается на сжигание кетонов.

Темная сторона преобразования жиров в энергию заключается в том, что дорожки идут в обе стороны. Как показано на Рис. 2.1, молекула сахара (глюкоза или фруктоза) может превратиться в ацетил-КоА, а затем перейти на путь жирных кислот вместо того, чтобы войти в цикл Кребса, и вуаля! Сахар превращается в жир. Это тот же самый процесс, который используется для преобразования жира в КoA, просто в обратном направлении.

На самом деле, как и любая хорошая, гибкая транзитная система, наши метаболические пути эволюционировали, чтобы реагировать на условия движения и отправлять молекулы в наиболее разумные места назначения^[17]. Съели больше сахара, чем нужно? Организм превратит глюкозу и фруктозу в гликоген. Запасы гликогена полны? Излишки сахара превратятся в ацетил-КоА. Если поезд цикла Кребса переполнен из-за низкой потребности в энергии, начните посылать ацетил-КоА в жир. И всегда есть много свободного места. Запасы гликогена пополняются, и вы не можете хранить избыточный белок, но нет предела тому, сколько жира может накопить организм.

И именно поэтому мы должны очень осторожно подходить к любым диетам, нацеленным на одно конкретное питательное вещество (как к герою или злодею в вопросе похудения). Ничто не принесет вам пользу, если этого будет слишком много. Любые калории, которые не сжигаются, независимо от того, являются ли они крахмалом, сахарами, жирами или белками, превратятся в дополнительную ткань в теле. Если вы беременны или набираете массу в тренажерном зале, эта дополнительная ткань может быть полезной вещью, такой как органы или мышцы. Но если это не так, то эти лишние калории, независимо от их первоначального пищевого источника, в конечном итоге превратятся в жир. Это основа, которую мы должны понять, чтобы начать говорить обо всех реальных сложностях питания и метаболического здоровья. Мы еще поговорим о диетах и доказательствах того, что работает, а что нет, в Главах 5 и 6.

Отравленные растениями

Может быть, лучше жить в блаженном неведении? Я, конечно, вижу аргументы в пользу этого. Гораздо легче пережить день, когда чувствуешь, что мать-природа хочет наградить теплыми объятиеми и что естественный мир и даже твои собратья очень хорошие. Боль и смерть неизбежны, но только потому, что мы неуклюжи, подвержены ошибкам и не созвучны направляющим гармониям вселенной. Если бы мы только ощутили кармический поток, были щедрыми и добрыми, мир, несомненно, ответил бы взаимностью. Если бы только мы могли вернуться в естественное состояние, как наши предки, охотники и собиратели.

Верно?

Киноночь в саванне. Весь лагерь хадза собрался в темноте вокруг ноутбука Брайана. Там идет документальный фильм о природе, который всем нравится. Каждый раз, когда в кадре появляется новое животное-главный герой, толпа начинает перешептываться. О-о-о-о-о-о! Посмотрите на этого антилопу гну! О боже, это же огромный жираф! Затем в кадре появляется ночная сцена на краю водопоя. Слоны пришли попить, отчаянно нуждаясь в воде в самый разгар засухи. Но львы прячутся поблизости. Они набрасываются на слоненка, перегрызают его шею сзади, пока он в страхе пытается спастись. Маленький слоненок поднимает крошечный хобот и страдальчески плачет. Толпа поглощена этим зрелищем, включая меня. Взрослые слоны пытаются прогнать львов, но это бесполезно. Их слишком много, и они нападают, как ниндзя, один за другим, пуская все больше крови из жертвы. Наконец-то все закончилось. Слоненок! О боже, какой ужас! Несомненно, природа ошиблась. Это что-то настолько отвратительное, такого и быть не может!

В племени хадза раздались возгласы ликования. Ха! Львы взяли свое!

Я был ошеломлен. Каким нужно быть психопатом, чтобы быть на стороне львов?^[18]

Однако затем ко мне пришло осознание. Испытывать жалость к слонам – это роскошь, порожденная городской жизнью, переживанием природы через телевизионный экран. Напротив, расти в пустыне и жить так каждый день – это значит понимать, что природа-мать не будет постоянно тебя спасать. Нет никакой величественной драмы, разыгрывающейся ради вашего духовного роста. Вместо этого вы являетесь частью огромного количества разных видов, некоторые из которых злобны, другие равнодушны, и ни один из них не является вашим другом. Хадза ненавидят слонов, потому что они массивные и злобные и иногда убивают кого-то из членов племени. Охотники и собиратели смотрят на них примерно так же, как и на змей, а они ненавидят змей.

Первой на планете формой энергии, так необходимой для жизнедеятельности любого живого организма, был фотосинтез.

Хадза не плачут по животным, на которых охотятся и которых убивают, так же как вы не плачете над стаканчиком йогурта. Они не циничны и не пресыщены, но знают свое дело. Быть частью экосистемы означает есть других: растения или животных. Дикие гиеновые собаки, которые учуют ваш запах на ветру и повернутся, чтобы последовать за вами, не почувствуют угрызений совести, когда будут раздирать ваши внутренности. Ничего личного, это просто вопрос выживания. Понимание жизни в реальной функционирующей экосистеме требует от нас отказа от романтических, диснеевских мифов, к которым мы привыкли, живя в защищенных пригородах.

Понимание мира через призму эволюции – это точно такой же дезориентирующий сигнал пробуждения. Именно Дарвин впервые отметил, что все виды в природе конкурируют за ограниченные ресурсы, пытаются найти пищу, не превратившись при этом в обед для кого-то другого. В природе нет ни «хорошего», ни «плохого» – мы проецируем эти культурные оценки на аморальных и безразличных животных. Даже вещи, которые кажутся явно сделанными для нашей пользы, движимы эволюционно эгоистичными скрытыми мотивами. Плоды, эти дары с деревьев, отяжелевшие от сладкой мякоти, – просто хитроумный способ рассеивать семена. Собаки эволюционировали, чтобы воздействовать на наши эмоции и заставлять нас любить их, потому что мы их кормим. А пышные зеленые растения, которые наполняют Землю жизнью? Они потихоньку отравляют нас уже два с половиной миллиарда лет.

Для жизни нам нужна энергия, и первой ее формой на развивающейся планете был фотосинтез. Самые ранние бактерии, которые использовали энергию солнца, полагались на водород и серу, а не на воду, чтобы запустить этот процесс. Затем, примерно 2,3 миллиарда лет назад, где-то в неглубоких прудах молодой скалистой земли появился новый «рецепт» фотосинтеза: теперь он превращал воду (H₂O) и углекислый газ (CO₂) в глюкозу (C₆H₁₂O₆) и кислород (O₂). Солнечный свет обеспечивал энергию, необходимую для этого преобразования, которая накапливалась в молекулярных связях глюкозы.

Этот новый тип фотосинтеза (он называется кислородным за счет того, что производит этот газ в виде отходов) полностью изменил все. Кислородная фотосинтетическая жизнь колонизировала планету, впитывая CO₂ и воду и выделяя O₂. Мы склонны думать о кислороде как о хорошей вещи, поддерживающей жизнь, но его истинная химическая природа разрушительна. Он крадет электроны и соединяется с другими молекулами, полностью изменяя их химический состав и часто разрывая на части. Кислород – это Шива-разрушитель^[19], уничтожающий все, к чему прикасается либо медленно с помощью ржавчины, либо яростно, сжигая все на своем пути.

Сначала новый кислород, вырабатываемый растениями, поглощался железом в грязи и горных породах, создавая массивные окисленные «красные пласты» в земной коре. Тогда океаны поглощали столько O₂, сколько могли вместить. После этого атмосфера начала заполняться, процент кислорода на планете поднялся от 0 до более чем 20 %, поскольку фотосинтезирующие растения по всему земному шару выделяли ядовитую дрянь безостановочно и безразлично. Когда уровень газа резко возрос, жизнь начала угасать. Это событие называется кислородной катастрофой, когда Земля почти превратилась в мертвую планету.