Глюконика – энергетика изнутри / Наука / Независимая газета
Использовать в промышленных масштабах механизмы энергообеспечения, которые работают в живой клетке, – задача глюконики.
Иллюстрация из буклета «ДНК. Приближая будущее. 50 лет успеха». 2003
Всем известна легенда о Прометее, похитившем небесный огонь и давшем его людям. С тех пор на протяжении тысяч лет энергия огня являлась главной для человечества. Начиная с приготовления пищи до освещения помещений и их обогрева. С годами появились тепловые электростанции, преобразующие энергию огня в электрическую. Но в любом случае это был огонь. Сжигание нефти и газа – сжигание, а не что-то иное – опять-таки основано на использовании огня. Вопрос, а может ли цивилизация получать и запасать энергию, огня не используя, как бы даже не ставится.
Альтернатива электричеству
Человек, который первым понял, насколько универсально можно использовать в цивилизации электроэнергию (энергию электромагнитного поля), был абсолютным гением.
Однако использование электроэнергии имеет недостатки, главный из которых – электроэнергию нельзя запасать, как, например, уголь. Напротив: в углеводородах энергия может храниться многие миллионы лет. Создание аккумуляторов, даже таких, которые позволяли бы всего-навсего двигаться автомобилю, является проблематичным. Тем более проблематично запасти электроэнергию достаточную, чтобы, скажем, автономно в течение года обогревать дом: такие проблемы даже не ставятся.
Является ли электроэнергия универсальным видом, который должен обеспечивать стратегическое существование человечества в будущем? В значительной мере наверняка это так. Но не во всем. Электроэнергию в больших объемах необходимо потреблять сразу – что является существенным недостатком.
На земле существует универсальное преобразование энергии, кардинально отличающееся от всех ее видов использования человеком сегодня. В живой природе принципы получения, преобразования и использования энергии абсолютно иные. Они основаны на химических реакциях. Начиная с поглощения кванта света в процессе, именуемом фотосинтезом. При этом суммарное количество энергии, производимой фотосинтезом на земле, превышает мощность всех электростанций во много раз. С помощью биохимических процессов in vivo осуществляется все или почти все, что сегодня делает человек. В результате процессов, которые называют биохимическими, живые существа двигаются, видят, слышат, мыслят, наконец.
Для осуществления всего этого в живой природе имеется одно универсальное топливо – глюкоза. Производные глюкозы, и только они (или, чтобы на всякий случай быть более аккуратным: почти только они), обеспечивают энергетику всех видов растений и животных вот уже на протяжении 4 млрд.
лет. Универсальность и постоянство, которые поражают! И заставляют задуматься: а нельзя ли на тех же принципах, на которых энергетика существует in vivo, построить и энергетику, используемую человечеством?
Электрохимия живого
Современная техногенная цивилизация получает, хранит, распределяет и утилизирует энергию абсолютно не так, как эти процессы осуществляются в живой природе. Оценки показывают, что энергопотребление в биоценозе на порядки (как минимум в 10 раз) превышает энергию, утилизируемую человечеством при сжигании природных энергоносителей (нефти, газа и угля). При этом не только отдельные организмы, но и биоценоз в целом находятся в глобальном балансе с природой.
Универсальным первичным источником энергии в мире живого является солнце. Поглощение квантов света осуществляется в фотосинтезе, в результате которого синтезируется глюкоза. Для длительного хранения энергии глюкоза преобразуется в свои производные: в растениях в ветвящуюся (дендримерную) молекулу альфа-глюкозы (крахмал), у животных в дендример альфа-глюкозы – гликоген.
Кроме того, стволы и ветки деревьев более чем наполовину по массе состоят из линейной формы бета-глюкозы – целлюлозы.
Крахмал накапливается в клетках растений. Эти молекулы образуют запас питательных веществ, в то время как молекулы мономеров глюкозы не откладываются про запас, а либо преобразуются в полимерные (линейную целлюлозу, или дендримерную – крахмал и гликоген) формы, либо быстро расходуются. Крахмал содержится в больших количествах во всех зерновых злаках, а также в картофеле. В промышленности глюкозу получают гидролизом крахмала. Общая масса крахмала, синтезируемого в течение года in vivo, оценивается в сотни миллиардов тонн.
Гликоген – главная форма запасания углеводов у животных. Гликоген – полисахарид, откладывающийся в виде гранул в цитоплазме клеток и расщепляющийся до глюкозы при недостатке ее в организме. Гликоген запасается больше всего в печени (до 6% от массы печени) и в мышцах (порядка 1% массы мышц).
Целлюлоза – это клетчатка, главный строительный материал растительного мира, образующий клеточные стенки деревьев и других высших растений.
Целлюлоза, крахмал и гликоген имеют одинаковую химическую формулу (C6h20O5)n. Однако физические и биологические свойства их существенно отличаются. В организмах они утилизируются разными ферментами.
Гликолиз, цикл Кребса и Хемиосмосис
Согласно современным воззрениям, утилизация энергии, запасенной в углевородах, осуществляется в три этапа, каждый последующий из которых осуществляется только как результат предыдущего.
Гликолиз – анаэробное превращение глюкозы в пируват, в результате которого производится ATP.
Аэробный процесс окислительного фосфорилирования (также называемый циклом Кребса), сопряженный с конечным продуктом гликолиза, пируватом, путем его окисления.
Хемиосмосис (chemiosmosis), происходящий в мембранах митохондрий, контролируется несколькими ферментами при участии NADH и FADh3, приводит к образованию дополнительных молекул ATФ.
В результате этих трех процессов из одной молекулы глюкозы производится до 38 молекул АТФ.
ATФ богата энергией потому, что содержит две фосфоводородные связи. Когда эти связи рвутся, освобождается энергия, которая может использоваться в метаболизме. Энергия гидролиза одного фосфата освобождает 30 кДж/моль, разрыв второго фосфата освобождает еще 30 кДж/моль.
АТФ постоянно потребляется организмом. За сутки в организме человека потребляется примерно 40 кг ATФ, в то время как общая масса ATФ в организме человека порядка 50 г. ATФ никогда не хранится долго: за сутки она может совершить сотни и даже тысячи циклов.
По типу функционирования пара ATФ–AДФ – это двухтактный молекулярный двигатель, который после каждого цикла возвращается в исходное состояние. Фундаментальное отличие двигателей in vivo от двигателей внутреннего сгорания или турбин состоит в том, что они: а) работают при температуре среды, б) с контролем за функционированием каждой молекулы, в) безотходно и г) намного более эффективно и экономно.
Глюконика как индустрия
В мире живого энергетика состыкована с множеством процессов, обеспечивающих жизнедеятельность.
В то время как поколения технологий в ключевых областях промышленности в начале XXI века сменяются каждые несколько лет, живая природа исключительно консервативна.
Одни и те же биологические механизмы, раз созданные, функционируют практически без изменений во всех организмах миллиарды лет. Фотосинтез, гликолиз, цикл Кребса, хемиосмосис и работа мышцы являются неизменными универсальными механизмами.
Можно ли создать двигатели, работающие по тому же принципу, что и мышцы? Бесспорно. Непреодолимых технологических трудностей нет. Название новой области энергетики – глюконика – представляется наиболее правильным и естественным. Даже если для этого потребуется (условно говоря) 100 млрд. долл. и 20 лет международных усилий, они окупятся. Так как мышцы функционируют: а) при комнатной температуре, б) исключительно эффективно и в) находясь в балансе с природой, не выбрасывая в атмосферу – и организм – никаких отходов вообще!
То же относится ко множеству других механизмов в живой природе, в которых используется универсальное топливо: глюкоза и ее производные.
Само собой разумеется, глюконика – комплексная проблема.
Подобно тому, как для развития электроэнергетики необходимо было создать целый ряд связанных друг с другом систем (генераторов, электромоторов, энергосетей, передающих энергию на большие расстояния, электростанций, трансформаторов и так далее), для создания глюконики как индустрии также необходимо будет создать целый ряд технологий, первое поколение которых должно быть завершено более или менее одновременно. Вот некоторые из них.
1. Получение глюкозы с помощью фотосинтеза не представляет проблем, так как на земном шаре в растениях и в фотопланктоне производятся десятки тысяч тонн глюкозы в секунду.
2. Перевод глюкозы в формы, способные сохраняться длительное время и удобные к перевозке или перемещению по глюкопроводам. Такими формами могут быть гликоген, крахмал и другие производные глюкозы. При этом целесообразно использовать ферментативные процессы, существующие в природе.
3. Утилизация глюкозы, ее разложение до ATP и NADH. Эти процессы, происходящие в митохондриях, а также в цикле Кребса и хемиосмосисе, необходимо выделить в отдельный процесс.
4. «Стыковка» полученной в результате разложения глюкозы энергии с технологиями. Прежде всего такими технологиями должны быть превращение химической энергии глюкозы и продуктов ее разложения в механическую и электрическую энергии.
В природе такие процессы известны. Мышца преобразует энергию, запасенную в гликогене, в механическую энергию. Электрический скат преобразует энергию глюкозы – универсального топлива in vivo – в электроэнергию. Возможны и другие формы стыковки, аналогичные тем, которые используются в живой природе. Например, превращение энергии глюкозы в цветовые картины и гаммы осуществляется в организме хамелеона. Восприятие зрительных сигналов происходит в глазу. И так далее.
Глобальная наноэнергетика
Особый интерес представляет стыковка гликолитической энергетики с нанотехнологиями. В случае, если такая стыковка будет осуществлена, молекулы, обеспечивающие снабжение энергией, и механизмы утилизации энергии будут иметь одинаковые масштабы – нанометры.
Это само по себе открывает колоссальные перспективы для технологий. Особенно с учетом того, что эти механизмы функционируют в живой природе исключительно эффективно.
Обычно под глобальной энергетикой понимают создание электростанций, имеющих колоссальные мощности. Премия «Глобальная энергия» вручается за физические принципы, ведущие к производству очень больших мощностей в результате того или иного физического процесса. Однако такое понимание глобальной энергетики представляется неоправданно узким.
Фотосинтез является не менее глобальным энергетическим механизмом на земле, чем процессы, обеспечивающие функционирование электростанций. Мощность, производимая в результате поглощения одним квантом света, действительно очень мала. Однако триллионы тонн фитопланктона и десятки миллиардов тонн растений осуществляют процесс фотосинтеза колоссальное число раз одновременно, производя мощности, превышающие утилизируемые человеком сегодня во много раз.
Создание индустрии глюконики, предлагаемое в настоящей статье, есть не что иное, как использование уже существующих механизмов запасания энергии in vivo в технике.
Поэтому в перспективе глюконика является ничуть не менее глобальной энергетикой, чем атомные, тепловые и гидроэлектростанции, по всем показателям.
Переход цивилизации к способам генерации и преобразования энергии, подобным тем, которые осуществляются in vivo, является естественным. Более того – в стратегической перспективе неизбежным. Такому переходу просто нет разумной альтернативы.
Симбиоз с мертвой природой
Само собой разумеется, создание глюконики потребует значительных финансовых средств и скоординированных усилий всего интеллектуального человечества. Перевод энергетики на глюконику – с использованием глюкозы и ее производных в качестве универсального топлива – может занять 20 и более лет. Перевод технологий на принципы, подобные тем, которые используются в живой природе, может потребовать и большее время, но тоже в масштабах не веков, а десятилетий.
Однако такие усилия человечества и финансовые затраты окупятся сторицей.
Потому что после этого техногенная цивилизация сможет развиваться и существовать, находясь в гармонии с природой.
Между технологиями нашего времени и природой существует антагонизм, в то время как между живой и неживой природой – симбиоз. Слово «симбиоз» принято употреблять только для описания взаимодействия между живыми организмами. Между тем использование этого термина для описания взаимодействия биоценоза с natura morta (мертвой природой) совершенно оправданно.
Жизнь вписана в неживую природу. Она не только находится в балансе с неорганическим миром, но и в значительной мере влияет на его стационарное состояние, установившееся на протяжении ни много ни мало 4 млрд. лет! Если бы жизнь исчезла, состав атмосферы изменился бы очень быстро, а с ним и климат, и температурный баланс, и многие другие характеристики нашей планеты, настроенной как тончайший прибор. Тогда изменения климата, происходящие ныне, по сравнению с катаклизмами, которые произошли бы при полном исчезновении биосферы, показались бы незначительными флуктуациями.
Ключевым элементом перехода от антагонизма между техногенной цивилизацией и природой к гармонии между ними является создание глюконики. Это несравненно более перспективно и реально, чем, скажем, водородная энергетика. На нее было потрачено более 10 млрд. долл. – и почти совершенно впустую: не случайно финансирование, выделяемое на эту отрасль, которая якобы придет на смену нефти и газу, – идеология, широко разрекламированная в конце XX века, – повсеместно сворачивается.
В том, что касается глюконики, ситуация совершенно иная, потому что эффективность ее использования доказана жизнью в самом буквальном значении этого слова из всех возможных. Глюконика – это энергетика будущего человечества, так же как она является универсальной системой генерации, хранения и использования энергии в живой природе.
Использование в качестве универсального топлива глюкозы абсолютно необходимо для того, чтобы техногенная цивилизация существовала тысячи, а возможно, и миллионы лет, а не вымерла от нарастающего с каждым годом дисбаланса с природой.
Глюконике как универсальной энергетике цивилизации нет долговременной альтернативы. Она будет создана. Таково мое абсолютное убеждение.
Нью-Йорк
Пищевые вещества, витамины, витаминоподобные вещества
1. Пищевые вещества и их значение
Организм человека состоит из белков (19,6%), жиров (14,7%), углеводов (1%), минеральных веществ (4,9%), воды (58,8%). Он постоянно расходует эти вещества на образование энергии, необходимой для функционирования внутренних органов, поддержания тепла и осуществления всех жизненных процессов, в том числе физической и умственной работы.
Одновременно происходят восстановление и создание клеток и тканей, из которых построен организм человека, восполнение расходуемой энергии за счет веществ, поступающих с пищей. К таким веществам относятся белки, жиры, углеводы, минеральные вещества, витамины, воду и др., их называют пищевыми. Пища, для организма является источником энергии и пластических (строительных) материалов.
2. Белки
Белки — это главный пластический материал для построения клеток, тканей и органов, образования ферментов, многих гормонов, гемоглобина. Белки участвуют в обмене жиров, углеводов, минеральных веществ и витаминов, образуют антитела, которые защищают, человека от инфекции. При сгорании 1г белков образуется 4ккал энергии.
Белки — важнейшая составная часть пищи человека и животных; поставщик необходимых им аминокислот.
В состав белков входят углерод (50-55%), водород (6-7%), кислород (19- 24%), азот (15-19%), а так же фосфор, сера, железо и другие элементы.
Белок в организме человека образуется беспрерывно из аминокислот, поступающих в клетки в результате переваривания белка пищи. Для синтеза белка человека необходим белок пищи в определенном количестве и определенного аминокислотного состава. В настоящее время известно более 80 аминокислот, из которых 22 наиболее распространены в пищевых продуктах. Аминокислоты по биологической ценности делятся на незаменимые и заменимые.
Незаменимых аминокислот восемь — лизин, триптофан, метионин, лейцин, изолейцин, валин, треонин, фенилаланин; для детей нужен также гистидин. Эти аминокислоты в организме не синтезируются и должны обязательно поступать с пищей в определенном соотношении, т.е. сбалансированными. Особенно ценны незаменимые аминокислоты триптофан, лизин, метионин, содержащиеся в основном в продуктах животного происхождения, соотношение которых в пищевом рационе должно составлять 1:3:3.
Заменимые аминокислоты (аргинин, цистин, тирозин, аланин, серин и др.) могут синтезироваться в организме человека из других аминокислот.
Биологическая ценность белка зависит от содержания и сбалансированности незаменимых аминокислот. Чем больше в нем незаменимых аминокислот, тем он ценней.
Белок, содержащий все восемь незаменимых аминокислот называют полноценным. Источником полноценных белков являются все животные продукты: молочные, мясо, птица, рыба, яйца.
Растительные белки по сравнению с животными менее полноценны, так как они дефицитны по содержанию незаменимых аминокислот (прежде всего — лизину и треонину) и трудно перевариваемы из-за наличия оболочек из клетчатки и других веществ, препятствующих действию пищеварительных ферментов.
О состоянии белкового обмена в организме судят по азотистому балансу, т.е. по равновесию между количеством азота вводимого с белками пищи и выводимого из организма с мочой.
У здоровых взрослых людей, правильно питающихся, наблюдается азотистое равновесие.
У растущих детей, молодых людей, у беременных и кормящих женщин отмечается положительный азотистый баланс, т.к. белок пищи идет на образование новых клеток и введение азота с белковой пищей преобладает над выведением его из организма.
При голодании, болезнях, когда белков пищи недостаточно, наблюдается отрицательный баланс, т.е. азота выводится больше, чем вводится, недостаток белков пищи ведет к распаду белков органов и тканей.
Уменьшение белков в пище в течение продолжительного времени вызывает тяжелые, иногда необратимые нарушения в организме. Белковая недостаточность ведет к ухудшению функций печени и поджелудочной железы, нарушениям кроветворения, обмена жиров и витаминов, функций нервной и эндокринной систем.
В результате ослабляется работоспособность, снижается сопротивляемость к инфекциям, ухудшается заживление ран. Особенно неблагоприятно сказывается недостаточность белков в питании на растущем организме: замедляется рост, нарушается костеобразование, задерживается умственное развитие. Ранним проявлением белковой недостаточности является снижение массы тела, позднее появляются отеки.
У строгих вегетарианцев, людей, подвергающих себя самолечению голоданием, стремящихся избавиться от полноты, могут возникнуть признаки белково-энергетической недостаточности. Длительное использование в питании только растительной пищи (вегетарианское питание) нежелательно, а у детей — недопустимо. Вегетарианское питание физиологически не оправдано, так как растительная пища не содержит ряда аминокислот, витаминов, поэтому длительное использование его вредно сказывается на состоянии здоровья.
С другой стороны, очевидна бесполезность, и даже вред избыточного поступления белков. При этом страдают печень и почки, усиливаются процессы гниения в кишечнике.
Избыток животных белков (мяса, рыбы) способствует образованию конечного продукта обмена пуринов — мочевой кислоты, возникает угроза развития подагры, мочекаменной болезни.
Переваривание белков. Белки пищи расщепляются ферментами в желудочно-кишечном тракте до составляющих их аминокислот (схема 1):
Схема 1. Переваривание белков
Переваривание белков осуществляется в результате последовательного действия сначала пепсина в кислой среде желудка, а затем трипсина и химотрипсина в тонком кишечнике при рН 7-8. Далее, короткие пептиды гидролизуются под действием ферментов карбоксипептидазы и аминопептидазы до свободных аминокислот, которые проникают в капилляры ворсинок и переносятся кровью в печень.
3. Жиры
Жиры это сложные органические соединения, состоящие из глицерина и жирных кислот, в которых содержатся углерод, водород, кислород. Липиды — подразделяются на нейтральные жиры и жироподобные вещества (лецитин, холестерин).
Нейтральные жиры состоят из глицерина и жирных кислот. Жирные кислоты по их химическому строению делят на предельные или насыщенные (т.е. до предела насыщенные водородом) и непредельные или ненасыщенные.
· насыщенные (до предела насыщены водородом), среди которых в пищевых продуктах преобладают пальмитиновая, стеариновая и миристиновая, капроновая, масляная и другие кислоты.
Насыщенные жирные кислоты обладают невысокими биологическими свойствами, легко синтезируются в организме, отрицательно влияют на жировой обмен, функцию печени, способствуют развитию атеросклероза, так как повышают содержание холестерина в крови. Эти жирные кислоты в большом количестве содержатся в животных жирах (бараньем, говяжьем) и в некоторых растительных маслах (кокосовом), обусловливая их высокую температуру плавления (40-50.С) и сравнительно низкую усвояемость (86-88%).
Ненасыщенные жирные кислоты (олеиновая, линолевая, линоленовая, арахидоновая и др.) представляют собой биологически активные соединения, способные к окислению и присоединению водорода и других веществ.
Наиболее активны из них: линолевая, линоленовая и арахидоновая, называемые полиненасыщенными жирными кислотами. По своим биологическим свойствам их относят к жизненно важным веществам и называют витамином Е. Они принимают активное участие в жировом и холестериновом обмене, повышают эластичность и снижают проницаемость кровеносных сосудов, предупреждают образование тромбов. Полиненасыщенные жирные кислоты в организме человека не синтезируются и должны вводиться с пищевыми жирами. Содержатся они в свином жире, подсолнечном и кукурузном масле, жире рыб. Эти жиры имеют низкую температуру плавления и высокую усвояемость (98%).
Суточная норма потребления жира для трудоспособного населения составляет всего 60-154г в зависимости от возраста, пола, характера труда и климатических условий местности; из них жиры животного происхождения должны составлять 70%, а растительного — 30%.
Переваривание жиров. Этот процесс осуществляется, главным образом, в тонком кишечнике липазой поджелудочной железы, поступающей в виде зимогена (пролипазы), который только в кишечнике превращается в активную липазу.
Схема 2. Переваривание жиров
Соли желчных кислот (производные холиевой кислоты) поступают из печени в желчь, а с ней — в верхнюю часть тонкого кишечника. После всасывания кислот и 2-моноацилглицеринов из эмульгированных капелек жира в нижнем отделе тонкого кишечника, происходит обратное всасывание солей желчных кислот, которые возвращаются в печень и используются повторно.
Кроме указанных, продуктами переваривания липидов являются легко всасывающиеся глицерин, фосфорная кислота, холин и другие растворимые компоненты. Продукты деполимеризации всасываются в лимфу, а оттуда попадают в кровь.
4. Углеводы
Это обширный класс органических соединений, состоящих из углерода, водорода и кислорода, синтезирующихся в растениях из углекислоты и воды под действием солнечной энергии. В соединении с белками и липидами углеводы образуют сложные высокомолекулярные комплексы, представляющие основу субклеточных структур, а, следовательно, и основу живой материи.
Углеводы, обладая способностью окисляться, служат основным источником энергии, используемой в процессе мышечной деятельности человека. Энергетическая ценность 1г углеводов составляет 4ккал. Они покрывают 58% всей потребности организма в энергии. Кроме того, углеводы входят в состав клеток и тканей, содержатся в крови и в виде гликогена (животного крахмала) в печени.
В организме углеводов мало (до 1% массы тела человека). Поэтому для покрытия энергетических затрат они должны поступать с пищей постоянно. В случае недостатка в питании углеводов при больших физических нагрузках происходит образование энергии из запасного жира, а затем и белка организма. При избытке углеводов в питании жировой запас пополняется за счет превращения углеводов в жир, что приводит к увеличению массы человека.
Источником снабжения организма углеводами являются растительные продукты, в которых они представлены в виде моносахаридов, дисахаридов и полисахаридов.
Моносахариды — самые простые углеводы, сладкие на вкус, растворимые в воде.
К ним относят глюкозу, фруктозу и галактозу.
Глюкоза содержится во многих плодах и ягодах (виноград) и образуется в организме при расщеплении дисахаридов и крахмала пищи. Она быстро и легко из кишечника всасывается в кровь и используется организмом как источник энергии, для образования гликогена в печени, для питания тканей мозга, мышц и поддержания необходимого уровня сахара в крови.
Фруктоза, обладая теми же свойствами, что и глюкоза, более благоприятна для организма человека. Она втрое слаще глюкозы и вдвое сахарозы, что позволяет, не снижая уровня сладости пищи, употреблять меньше сахаров, а это необходимо при заболевании сахарным диабетом и тучности. Фруктоза не повышает содержания сахара в крови, так как в кишечнике медленно всасывается в кровь, в печени быстро превращается в гликоген, легко вовлекается в обменные процессы. Содержится фруктоза в меде, яблоках, грушах, арбузе, смородине и т.п.
Галактоза в свободном виде в пищевых продуктах не встречается, является составной частью молочного сахара (лактозы), обладает слабо выраженным сладким вкусом.
Как и фруктоза, благоприятна для организма, не повышает содержание сахара в крови.
Дисахариды (сахароза, лактоза и мальтоза) — это углеводы, сладкие на вкус, растворимые в воде, расщепляются в организме человека на две молекулы моносахаридов с образованием из сахарозы — глюкозы и фруктозы, из лактозы — глюкозы и галактозы, из мальтозы — двух молекул глюкозы.
Сахарозу (свекловичный сахар) человек употребляет в основном в виде сахара, в котором ее 99,9%, кроме того, она содержится в свекле, моркови, сливах, абрикосах, бананах.
Лактоза (молочный сахар) в организм поступает с молоком и молочными продуктами, благоприятно действует на жизнедеятельность молочнокислых бактерий в кишечнике, подавляя тем самым развитие гнилостных микробов.
Мальтоза (солодовый сахар) в природных пищевых продуктах не содержится. В организме человека в процессе пищеварения мальтоза образуется как промежуточное вещество при гидролизе крахмала до глюкозы.
Моно- и дисахариды легко усваиваются организмом и быстро покрывают энергетические затраты человека при усиленных физических нагрузках.
Избыточное потребление простых углеводов может привести к повышению содержания сахара в крови, следовательно, к отрицательному действию на функцию поджелудочной железы, к развитию атеросклероза и ожирению.
Полисахариды — это сложные углеводы, состоящие из многих молекул глюкозы, не растворимые в воде, обладают несладким вкусом. К ним относят крахмал, гликоген, клетчатку.
Крахмал в организме человека под действием ферментов пищеварительных соков расщепляется до глюкозы, постепенно удовлетворяя потребность организма в энергии на длительный период. Благодаря крахмалу многие продукты, содержащие его (хлеб, крупы, макаронные изделия, картофель), вызывают у человека чувство насыщения.
Гликоген поступает в организм человека в малых дозах, так как он содержится в небольших количествах в пище животного происхождения (печени, мясе). В процессе пищеварения гликоген пищи расщепляется до глюкозы. В организме человека гликоген образуется глюкозы и накапливается в печени в качестве запасного энергетического материала.
При снижении содержания сахара в крови гликоген превращается в глюкозу, тем самым поддерживается постоянный процент его (80-120мг% или 4,4-6,6ммоль/л).
Клетчатка в организме человека не переваривается из-за отсутствия в пищеварительных соках фермента целлюлозы, но, проходя по органам пищеварения, стимулирует перистальтику кишечника, выводит из организма холестерин, создает условия для развития полезных бактерий, способствуя тем самым лучшему пищеварению и усвоению пищи. Содержится клетчатка во всех растительных продуктах (от 0,5 до 3%).
Суточная норма потребления углеводов для трудоспособного населения составляет всего 257-586г в зависимости от возраста, пола и характера труда. Легкоусвояемые углеводы для людей умственного труда и пожилых должны составлять 15%, а для людей физического труда 20% суточной нормы углеводов; 75% этой нормы — полисахариды, в основном в виде крахмала; 5% пектиновых веществ и клетчатки.
Переваривание углеводов. Из углеводов у человека перевариваются, в основном, полисахариды — крахмал, содержащийся в растительной пище, и гликоген, содержащийся в пище животного происхождения.
Этапы переваривания этих полисахаридов сходны и иллюстрируются на примере переваривания крахмала в схеме 4:
Схема 4. Переваривание углеводов
В эпителиальных клетках тонкого кишечника D-фруктоза, D-галактоза, а также D-манноза частично превращаются в D-глюкозу. Смесь простых гексоз поглощается выстилающими тонкий кишечник эпителиальными клетками и доставляется кровью в печень.
5. Витамины
Общие сведения об витаминах. Их не видно и у них нет вкуса; несмотря на это, мы не можем от них отказаться, так как они являются именно тем, что обеспечивает слаженность процесса нашего обмена веществ и сохранность нашего здоровья. Они необходимые помощники нашего организма и поставщики энергии, обеспечивающие его работу. Каждый нуждается в витаминах и минеральных веществах.
Витамины должны поступать в организм в минимальных количествах, поэтому их часто называют также микроэлементами.
Витамины — низкомолекулярные органические соединения различной химической природы, катализаторы, биорегуляторы процессов, протекающих в живом организме.
Для нормальной жизнедеятельности человека витамины необходимы в небольших количествах, но так как в организме они не синтезируются достаточном количестве, то должны поступать с пищей в качестве ее необходимого компонента. Для многих людей витамины являются воплощением здорового образа жизни и самого здоровья. В целом для нашего здоровья и хорошего самочувствия нам необходимо 13 витаминов.
Отсутствие или недостаток в организме витаминов вызывает гиповитаминозы (болезни в результате длительного недостатка) и авитаминозы (болезни в результате отсутствия витаминов). При приеме витаминов в количествах, значительно превышающих физиологические нормы, могут развиваться гипервитаминозы.
Свое название (витамины) они получили по предложению польского биохимика К. Функа (от лат. vita — жизнь) в 1911 году. Сейчас известно свыше тридцати соединений, относящихся к витаминам. Различают собственно витамины и витаминоподобные соединения (полная незаменимость которых не всегда доказана). К последним относятся:
· биофлавоноиды (витамины Р),
· пангамовая кислота (витамин В15),
· парааминобензойная кислота (витамин H),
· оротовая кислота (витамин В1З),
· холин (витамин В4),
· инозит (витамин В8),
· метилметионинсульфонийхлорид (витамин L липоевая кислота, карнитин (витамин В5).
По растворимости в воде витамины делят на две группы:
· водорастворимые С, Р, В1, В2, В6, В9, РР и др. и жирорастворимые А, D, E, K;
· витаминоподобные вещества U, F, В4 (холин), В15 (пангамовая кислота) и др.
Водорастворимые витамины:
Витамин С (аскорбиновая кислота) необходим для нормальной жизнедеятельности человека; противоцинговый фактор, участвует в окислительно-восстановительных процессах, положительно действует на центральную нервную систему, повышает сопротивляемость человека к экстремальным воздействиям. Норма потребления в сутки витамина С 70-100 мг. При недостатке аскорбиновой кислоты наблюдается характерная картина заболевания цингой, разрыхление и кровоизлияния десен, выпадение зубов.
Витамин В1 (аневрин, тиамин) участвует в регулировании углеводного обмена. Недостаток вызывает нарушение в работе нервной системы, полиневрит (бери-бери).
Необходим при ряде сердечно-сосудистых заболеваний.
Витамин В2 (рибофлавин) участвует в качестве кофермента в ферментных системах, катализирующих транспорт электронов в окислительно- восстановительных реакциях, которые протекают в живом организме. При недостатке рибофлавина возникают заболевания кожи, воспаление слизистой оболочки ротовой полости, появляются трещины в углах рта, развиваются заболевания кроветворной системы и желудочно-кишечного тракта.
Витамин В6 (пиридоксин, адермин) участвует в синтезе и превращениях амино- и жирных кислот, входя в состав соответствующих ферментов. Необходим для нормальной деятельности нервной системы, органов кроветворения, печени. Недостаток витамина В6 вызывает дерматиты.
Витамин РР (ниацин, витамин В3). Под этим названием понимают два вещества, обладающих витаминной активностью: никотиновая кислота и ее амид (никотинамид). Ниацин является коферментом большой группы ферментов (дегидрогеназы), участвующих в окислительно-восстановительных реакциях, которые протекают в клетках.
Никотинамидные коферменты играют важную роль в тканевом дыхании.
Фолиевая кислота (витамин B9, фолацин, от лат. folium – лист) участвует в процессах кроветворения, перенося одноуглеродные радикалы, а также в синтезе амино- и нуклеиновых кислот, холина, пуриновых и пиримидиновых оснований.
Цианкабаламин (витамин B12) участвует в процессах кроветворения, превращениях аминокислот, биосинтезе нуклеиновых кислот. При недостатке витамина B12 появляется слабость, падает аппетит, развивается злокачественное малокровие, нарушается деятельность нервной системы. Для эффективного усвоения организмом человека витамина B12 необходим внутренний фактор мукополисахарид слизистой желудка (внутренний фактор Косла), недостаток которого препятствует его всасыванию.
Биотин (витамин Н, от нем. Haut — кожа) входит в состав ферментов, катализирующих обратимые реакции переноса (карбоксилирования, декарбоксилирования), участвуя в обмене липидов, аминокислот, углеводов, нуклеиновых кислот.
При недостатке возникают пигментация и дерматит, нервные расстройства. Потребность в биотине удовлетворяется за счет продуктов питания и биосинтеза его микрофлорой кишечника. Биотин содержится в большинстве пищевых продуктов.
Пантотеновая кислота (витамин В5). Входит в состав ферментов биологического ацилирования, участвует в окислении и биосинтезе жирных кислот, липидов, в превращениях сахаров. Отсутствие пантотеновой кислоты в организме вызывает вялость, онемение пальцев ног. Признаки гиповитаминоза наблюдаются редко. Пантотеновая кислота широко распространена в природе.
Жирорастворимые витамины:
Витамин А (ретинол) участвует в биохимических процессах, связанных с деятельностью мембран клеток. При недостатке витамина А ухудшается зрение (ксерофтал — сухость роговых оболочек; «куриная» слепота). Замедляется рост молодого организма, особенно рост костей, наблюдается повреждение слизистых оболочек дыхательных путей, пищеварительных систем.
Кальцuферол (витамин D), под этим термином понимают два соединения — эргокальциферол (D2) и холекальциферол (Dз). Регулирует содержание кальция и фосфора в крови, участвует в минерализации костей. Отсутствие приводит к развитию рахита у детей и разрежению костей (остеопороз) у взрослых.
Токоферолы (витамин Е) предотвращают окисление ненасыщенныx жирных кислот в липидах, влияют на биосинтез ферментов. При авитаминозе нарушаются функции размножения, сосудистая и нервная система.
Витамин К (филлохинон) действует на свертываемость крови. Суточная потребность его 0,2-0,3мг. Содержится в зеленых листьях салата, шпината, крапивы. Этот витамин синтезируется в кишечнике человека.
Витаминоподобные вещества:
Витамин F ( линолевая, линоленовая, арахидоновая жирные кислоты) участвует в жировом и холестериновом обмене. Норма потребления 5-8г в сутки. Содержится в свином сале, растительном масле.
Витамин U действует на функцию пищеварительных желез, способствует заживлению язв желудка.
Содержится в соке свежей капусты.
Холин (холинхлорид) входит в состав некоторых фосфолипидов. Участвует в биосинтезе многих биологически важных соединений. При авитаминозе наблюдается жировое перерождение печени, кровоизлияния во внутренних органах.
Необходимость в витаминных препаратах. В настоящее время почти для всех возрастных групп рекламируются препараты, дополняющие питание. Разнообразное и одновременно сбалансированное питание обычно делает излишним дополнительный прием витаминов и минеральных веществ в виде таблеток. Тем не менее существует ряд показаний, когда необходимо дополнять питание препаратами.
Например, во время беременности и кормления грудью потребность в витаминах и минеральных веществах повышается, поэтому чаще всего рекомендуется поддержка материнского организма и полноценного развития плода путем приема таблеток с витаминами и минеральными веществами. Дополнительный прием витаминов и минеральных веществ должен осуществляться только под контролем врача.
Пожилые люди, дети в период роста и спортсмены также нуждаются в больших количествах определенных микроэлементов, потребность в которых часто не покрывается за счет ежедневного приема пищи.
Водорастворимые витамины всасываются из тонкого кишечника в кровь, где образуют комплексы с соответствующими белками, и в таком виде транспортируются к различным тканям.
БИОГЛИКОГЕН™ | Глико Питания
БИОГЛИКОГЕН
БИОГЛИКОГЕН представляет собой ферментативно синтезированный гликоген, полученный из кукурузного крахмала путем последовательного действия с использованием уникальных ферментов. БИОГЛИКОГЕН используется в качестве ингредиента в косметике.
■ Меню ■
Что такое гликоген?Структура и производственный процессХарактеристикиЗащита от УФ-излученияУвлажняющий эффектТехнические характеристикиКонтакты
Что такое гликоген?
Гликоген представляет собой запасной полисахарид, который широко встречается в природе и присутствует в мидиях, сладкой кукурузе и т.
д. Гликоген функционирует как энергетический компонент в организме человека и запасается в коже и других тканях. Согласно нашему исследованию (см. рисунок ниже), количество гликогена в коже с возрастом уменьшается; поэтому мы считаем, что гликоген является важным фактором для функции кожи.
(Метод)
Образцы кожи брюшной полости человека солюбилизировали в 30% KOH (100 ℃ в течение 30 минут). Затем из этого раствора собирали гликоген путем осаждения этанолом, гидролизовали до глюкозы и измеряли как эквивалент глюкозы.
Структура и производственный процесс
БИОГЛИКОГЕН производится из кукурузного крахмала с помощью разработанных нами ферментов.
Характеристики
- Высокая растворимость в воде (легко до 20%) с опалесцирующим цветом в растворе
- Высокая стабильность (1% водный раствор стабилен при 80 ℃; pH > 3,8)
- Легко сочетается с другими ингредиентами, кроме спирта более 10%, в составе косметических средств
- Молекулярная масса, примерно 5000 кДа
Анти-УФ-эффект
Механизм функций кожи под воздействием БИОГЛИКОГЕНА
Гипотетический механизм формирует исследования in vitro,
БИОГЛИКОГЕН усиливает выработку NQO1 и HO-1 для защиты от УФ-В излучения и выработку гиалуроновой кислоты и керамидов для увлажнения.
＜ in vitro ＞
1. БИОГЛИКОГЕН ингибирует накопление активных форм кислорода (АФК), индуцированное УФВ
(Метод)
Нормальные эпидермальные кератиноциты человека (NHEK) стимулировали БИОГЛИКОГЕНОМ в дозе 400 или 600 мкг/мл в течение 24 часов. Затем клетки облучали УФ-В (20 мДж/см 2 , 302 нм) и культивировали в течение 30 минут. Были измерены уровни накопления
АФК, и относительные уровни накопления показаны на графике (среднее значение ± стандартное отклонение). Стержни, отмеченные разными буквами, значительно отличаются друг от друга ( p < 0,05, по Тьюки-Крамеру).
БИОГЛИКОГЕН снижает накопление АФК в зависимости от концентрации.
2. БИОГЛИКОГЕН повышает экспрессию антиоксидантных белков
(Метод)
NHEK стимулировали БИОГЛИКОГЕНОМ в дозировке 300 или 600 мг/мл в течение 24 часов. Уровни экспрессии связанных с антиоксидантами белков (Nrf2, HO-1 и NQO1) в клетках анализировали с помощью вестерн-блоттинга.
На графиках показаны относительные уровни экспрессии (среднее значение ± стандартное отклонение). Стержни, отмеченные разными буквами, значительно отличаются друг от друга ( p < 0,05, по Тьюки-Крамеру).
БИОГЛИКОГЕН увеличивает экспрессию белков, связанных с антиоксидантами, в зависимости от концентрации.
| *1 Nrf2 (фактор 2, связанный с NF-E2): | Фактор регуляции транскрипции, который активирует элементы антиоксидантной реакции и индуцирует гены HO-1, NQO1 и другие. |
| *2 HO-1 (гемоксигеназа-1): | Фермент, расщепляющий гем на биливердин, CO и Fe 3+ . Биливердин обладает сильным антиоксидантным свойством. |
| *3 NQO1 (НАД(Ф)Н;хиноноксидоредуктаза): | T Защищает клетки от индуцированной хиноном токсичности АФК. |
3. Сравнение анти-UVB-эффекта биогликогена с нативными гликогенами
(метод)
NHEKS стимулировали биогликогеном при дотаге 600 мкг/мл в течение 24 часов. Затем клетки облучали УФВ (20 мДж/см 2 , 302 нм) и культивировали в течение 30 минут.
Были измерены уровни накопления АФК, и относительные уровни накопления были показаны на графике (среднее значение ± стандартное отклонение).
Подавлять накопление АФК могут только БИОГЛИКОГЕНЫ с молекулярной массой 3000–7000 кДа, в то время как нативные гликогены, например, содержащиеся в мидиях и кукурузе, этого эффекта не оказывают.
＜ in vivo ＞
4. Влияние БИОГЛИКОГЕНА на состояние кожи
(Метод)
- Субъект исследования: 17 здоровых добровольцев
- Образец для испытаний: крем 0,5% БИОГЛИКОГЕН; Плацебо крем
- Лечение: наносить два раза в день (утром, вечером) в течение 1 месяца
- Дизайн: Рандомизированное плацебо-контролируемое двойное слепое исследование
- УФ-излучение: 1.
2MED - Оценка: значение эритемы
2MEDБИОГЛИКОГЕН Подавляет усиление эритемы, вызванное УФ-облучением.
Увлажняющий эффект
＜ in vitro ＞
1. БИОГЛИКОГЕН усиливает выработку АТФ и гиалуронана
(Метод)
NHEK стимулировали БИОГЛИКОГЕНОМ в различных концентрациях и культивировали в течение 4 часов. Определяли концентрацию АТФ в клетках и гиалуроновой кислоты в культуральном супернатанте (* p < 0,05, *** p < 0,001).
БИОГЛИКОГЕН усиливал выработку АТФ и гиалуроновой кислоты в NHEK в зависимости от концентрации (рис. A, рис. B).
Трехмерную модель эпидермиса обрабатывали БИОГЛИКОГЕНОМ в течение 24 часов, а затем готовили замороженные срезы. Гиалуронан окрашивался флуоресцентно и наблюдался с помощью конфокального лазерного сканирующего микроскопа (рис. C).
2. БИОГЛИКОГЕН увеличивает выработку керамидов
(Метод)
NHEK стимулировали БИОГЛИКОГЕНОМ (2% масс.
/об.) в течение 7 дней. Затем собирали клеточные липиды и анализировали с помощью тонкослойной хроматографии. Каждое пятно было подвергнуто количественному анализу и представлено на графике (контроль, 2% БИОГЛИКОГЕН; п=5-7, р < 0,05).
БИОГЛИКОГЕН, обогащенный керамидами NHEK, в концентрации 2%.
＜ in vivo ＞
3. Влияние БИОГЛИКОГЕНА на состояние кожи
(Метод)
- Объект исследования: 20 здоровых мужчин и женщин в возрасте от 45 до 59 лет, постоянно ощущающие недостаток влаги в коже
- Тестовый образец: лосьон и крем, включая 1% БИОГЛИКОГЕН или плацебо
- Лечение: Нанесение на одну сторону лица, Плацебо на другую сторону два раза в день в течение 1 месяца
- Оценка: состояние кожи.
BIOGLYCOGEN улучшает состояние кожи, например, гидратацию, морщины и размер пор.
Технические характеристики
Технические характеристики
Для получения дополнительной информации свяжитесь с нами.
Имя
| Торговое наименование | БИОГЛИКОГЕН |
| Название INCI | ГЛИКОГЕН |
| Китайское название INCI | 糖原 |
Другая информация
| Номер CAS | 9005-79-2 |
| Сертификация | ИСО |
Свяжитесь с нами
| по вопросам обращаться по телефону | Отдел глобальных продаж, Отдел технических продаж, Glico Nutrition Co. , Ltd. 4-6-5, Utajima, Nishiyodogawa-ku, Osaka 555-8502 Japan ФАКС: +81 6-6477-8673 E-MAIL: g [email protected] |
- Дом
- Товары
- Чистый химикат
- Косметические ингредиенты
- БИОГЛИКОГЕН™
Hinarbeit zu Methodenpaper über Zyklisierungstest
%PDF-1.4 % 1 0 объект >/Metadata 2 0 R/Outlines 5 0 R/OutputIntents 6 0 R/PageLabels 4802 0 R/PageLayout/OneColumn/Pages 3 0 R/StructTreeRoot 7 0 R/Type/Catalog>> эндообъект 2 0 объект >поток 2013-08-28T15:21:23+02:002013-08-28T15:13:01+02:002013-08-28T15:21:23+02:00Acrobat PDFMaker 10.1 для Worduuid:61c35ce2-e34d-44a3-b41c- б1фе9f355ba4uuid:a4b65eb3-28be-4a23-a185-f0526d2026afapplication/pdf
