От мышцы до мяса

Лет десять назад на рынке мне часто предлагали купить мясо, обещая самый лучший кусок со словами «Вот, парная говядина!». Разумеется, мясо то парным не было, но это даже и к лучшему.
Я уже много раз писал о стейках, о том, какие бывают степени прожарки, чем плох термин «мясо с кровью» и как sous vide позволяет получить идеальную прожарку. Продолжу тему мяса и расскажу о том, как мышцы животных становятся продуктом, который мы покупаем в магазине.

Предупреждение! В этой заметке вы можете встретить слова «трупное окоченение» в контексте еды. Тем, кому тяжело думать о том, что мясо когда-то было частью живого и дышащего существа, может быть некомфортно ее читать. Мое же мнение таково. Если уж мы решили забирать жизнь других живых существ, чтобы питаться, то нужно делать это так, чтобы результат того стоил.

Когда я только начинал учиться готовить, у меня на кухне был только один тип сковородок – с тефлоновым покрытием. Не то, чтобы я был против них (до сих пор активно пользуюсь), но потом я понял, что для каждого кулинарного применения есть свой оптимальный тип посуды. Ведь еще есть и чугун, и углеродистая сталь, и нержавейка, и медь, и много еще чего.
Сегодня в очередном выпуске подкаста «Физики и лирики» на радио «Маяк» обсудили в чем разница между этими типами посуды и какую лучше выбирать для конкретного типа готовки.

Что опасней - микроволновка, индукционная плита, тостер или посудомойка? Напрашивается, конечно, ответ "Все безопасно, о чем вы?", но к некоторых случаях неправильное использование кухонных приборов правда может привести к проблемам. И я даже не о своей привычке биться пальцами ноги об открытую дверцу посудомойки в процессе загрузки.
Вчера в очередном выпуске подкаста «Физики и лирики» на радио «Маяк» обсудили основные мифы, касающиеся этих приборов.

P.S. Поговорили не про всё, поэтому к главному выводу прийти не успели. Самый опасный - безусловно, тостер, просто за счет пожароопасности, особенно если из него не вытряхивать крошки. Но бояться его тоже не надо.

Культивируемое мясо – торжество клеточной биологии или необоснованный хайп?

После моей заметки про то, как мясо становится мышцей, мне захотелось отдельно написать про альтернативные варианты для мясоедов, не требующие выращивания и забоя животных. Я уже упоминал культивируемое мясо в лекции про «Еду будущего» , но эта тема – очень большая и интересная. Правда, чтобы в ней разобраться, мне придется напомнить основы биотехнологии и клеточной биологии, поэтому в одну заметку все не поместится. Но первая – уже готова.

Можно ли смешивать помидоры с огурцами? А белки с углеводами? Стоит ли запивать еду водой, а антибиотики – алкоголем? Все эти вопросы мы сегодня обсудили в новом выпуске подкаста «Физики и лирики» на радио «Маяк».

Сегодня записали еще один эфир подкаста «Физики и лирики» на радио «Маяк». В этот раз говорили про эмульгаторы и эмульсии.

Какие продукты и блюда являются эмульсиями и что это такое? Почему коровье молоко белое, а козье молоко – еще белей? Почему когда в греческое узо или в турецкую ракы добавляют воду, напиток становится белым и непрозрачным?

Все это – в новом выпуске.

Искусственное мясо: как размножаются мышечные клетки
 
В заметке про «культурное мясо» я описал несколько проблем, которые стоят перед желающими выращивать мясо животных в биореакторах. И закончил я ее тем, что сама идея «Возьмем у животного одну мышечную клетку и пусть она бесконечно делится в культуре» – нежизнеспособная. Чтобы понять, почему это так, нужно разобраться, а как, собственно, растут мышцы. Об этом – в новой заметке.

Вчера записали очередной подкаст “Физики и лирики” на радио “Маяк”. Обсудили функциональные продукты питания. Все эти омега-3 жирные кислоты, пробиотики-пребиотики, антиоксиданты и так далее. И это не только про продукты для “здорового питания” и белковые порошки для спортсменов.

Вы знали, например, что больше десяти процентов всего мирового вылова рыбы приходится на маленькую тихоокеанскую рыбешку, которую, в чистом виде, никто не ест? Действительно, перуанского анчоуса практически целиком перерабатывают на рыбную муку и рыбий жир, и все - спасибо тем самым омега-3.

Сегодня сходил на запись очередного подкаста “Физики и Лирики” вживую в студию. Оказалось, что теперь выкладывают не только аудио, но и видео из студии! Правда плеер на smotrim.ru какой-то странный, у меня даже проматывание не работает, видимо, чтобы смотрели целиком и не переключались.

В этот раз говорили про мясо сухой выдержки, или, как элегантно выразился Александр Пушной, “полутухлое мясо”. Не так давно я писал про него большую заметку, но вживую, конечно, разговор ушел в сторону, и мы обсудили и другие темы - от ботулизма до войн бактерий.

P.S. Для тех, кто не любит слушать или смотреть, а предпочитает читать - несколько новых статей уже на подходе, так что я планирую скоро вернуться к более регулярному выкладыванию заметок.

В самый разгар сезона шашлыков выбор маринада для мяса – повод нешуточных споров в интернете и в реальной жизни. Единственного правильного рецепта, разумеется, не существует, но есть один (самый важный!) ингредиент, без которого не обходится ни один маринад. Об этом – в новой заметке.

На прошлой неделе сходил опять в студию радио “Маяк” на запись очередного выпуска подкаста “Физики и лирики” и совсем забыл выложить сюда запись.

В этот раз говорили про маринады. Сезон шашлыков еще не закончился, так что еще есть шанс попробовать что-то новое. Впрочем, как обычно бывает в ходе живого общения, мы ушли от обсуждения принципов действия конкретных маринадов к более общим вопросам, так что если хочется больше конкретики - у меня есть целая лекция на эту тему. Первая половина - про соль, а дальше уже про остальные компоненты маринадов.

Категорически не хватает времени, чтобы дописать несколько заметок, черновики которых у меня лежат уже пару месяцев. Вроде бы начинаешь писать что-то короткое, но при проверке фактов находишь новые интересные данные и начинаешь копать глубже. А пока я читаю новые источники, в канале не появляются новые заметки, поэтому к своим периодическим лонгридам я решил добавить формат еженедельной заметки «Молекула недели».
В этих коротких заметках я буду рассказывать только об одном единственном веществе, разумеется, относящемся к еде.

Молекула недели: изоамилацетат

Тем, кто химию не знал, а потом еще и забыл, название «изоамилацетат» может казаться пугающим, но на самом деле оно очень простое, и привычный взгляд легко делит его на понятные составляющие. Окончание «ацетат» говорит нам, что в соединение входит «кусок» уксусной кислоты (изображен на рисунке синим). Органические соединения такого строения называют «сложными эфирами», и «сложные» они потому, что собираются из двух «кусков» разной природы – один от кислоты, другой – от спирта (еще бывают простые эфиры, которые собираются из двух спиртов). В изоамилацетате за спиртовую часть отвечает «изоамил», так как в реакцию с кислотой вступал изоамиловый спирт (изображен на рисунке красным). Для тех, кто совсем-совсем не помнит органическую химию, на формуле выше каждая «палочка» – это химическая связь, соединяющая два атома углерода (C), а связанные с ними водороды (H) не рисуют для простоты.

Спирт и кислота реагируют друг с другом, в процессе теряя одну молекулу воды, и оказываются связанными общим атомом кислорода. Сложные эфиры встречаются в природе и за ее пределами очень часто как минимум потому, что разных кислот и спиртов достаточно много, а их возможных комбинаций, соответственно, еще больше. В малых количествах они, как правило, имеют приятный запах, а в больших – пахнут довольно резко. Впрочем, исходные компоненты пахнут еще хуже: резкий запах уксуса известен всем, а самая частая реакция не-химиков на запах изоамилового спирта – «Фу, сивуха!». Это очень верное определение, ведь изоамиловый спирт – главный компонент сивушного масла, побочного продукта спиртового брожения, запах которого характерен для плохо очищенного самогона.

Про изоамилацетат говорят, что он пахнет бананом и грушей, в которых он содержится. В промышленности его используют в качестве ароматизатора – «бананового масла». У изоамилацетата довольно низкий порог обнаружения (минимальное содержание, при котором его можно обнаружить), поэтому с его помощью иногда даже тестируют противогазы.

Существует мнение, что ароматизатор «банан» не похож на настоящий банан потому, что бананы сейчас уже не те. Речь о том, что в начале 20-го века был распространен совсем другой сорт бананов (сорт Грос Мишель), а не тот, который мы едим сейчас (сорт Кавендиш). Вспышка так называемой панамской болезни, вызванной грибком Fusarium oxysporum, «под корень» выкосила почти все плантации Грос Мишель в мире. С тех пор любителям бананов пришлось перейти на устойчивый к этой болезни сорт Кавендиш, в котором изоамилацетата меньше, из-за чего «банановый» запах у него слабее. Те, кто готов заплатить 17 долларов за один банан Грос Мишель, могут в этом убедиться. Правда, по отзывам нежадных любителей бананов (сам я 17 долларов зажал) совсем принципиальной разницы с запахом текущих бананов все же нет.

Другой природный источник изоамилацетата, как ни странно, довольно далек от мира фруктов. И это – пиво! Мы помним, что изоамиловый спирт – побочный продукт спиртового брожения, а дрожжи легко могут его превратить в изоамилацетат. Например, некоторый банановый привкус является важной особенностью пшеничного пива (Weissbier, Hefeweizen), и пивоварам приходится играть с составом сусла, температурой ферментации и другими условиями варки, чтобы этот привкус держать под контролем.

В Германии, на родине Weissbier, во многих барах можно еще и заказать Bananaweizen, в котором к пшеничному пиву добавили немного бананового сока. В отличие от других немецких коктейлей с пивом (например, Colaweizen) этот напиток приятен на вкус, возможно, потому что и в пшеничном пиве, и в бананах есть изоамилацетат.

Как вам такой более «химический» формат заметок? Напишите в комментариях, стоит ли продолжать в том же духе или в неделю по химической формуле – это уже перебор.

​​Молекула недели: аскорбиновая кислота

Я решил облегчить себе регулярный выбор молекулы недели, выбирая их по алфавиту. Заранее предчувствую проблемы с некоторыми буквами (на ь, ы и ъ точно ничего не найду, увы), но так даже веселее будет.
Итак, аскорбиновая кислота, она же витамин С, пожалуй, самый известный из витаминов. На картинке сверху формула аскорбиновой кислоты нарисована в том виде, в котором ее обычно рисуют химики, а снизу явным образом изображены все атомы углерода и водорода. В первом варианте подразумевается, что на каждом пересечении химических связей-палочек есть атом углерода, если не показано иное, и если у каждого углерода есть не занятые другими атомами связи (углерод четырехвалентен, то есть в него могут «входить» четыре связи-палочки), то они заполняются водородами.

В организме у аскорбиновой кислоты масса функций. Она и за синтез коллагена (белка соединительной ткани) и различных
нейромедиаторов отвечает, и от активных форм кислорода защищает, и на метаболизм железа влияет. В общем, нужная молекула, без которой нам быстро становится плохо.
 
Некоторые животные производят аскорбиновую кислоту самостоятельно, то есть для них она – не витамин. Им не обязательно получать ее с пищей, чтобы прекрасно себя чувствовать. Но некоторые животные, которые употребляли много растительной пищи, разучились ее производить в ходе эволюции. Конечно, зачем тратить на это силы, если ты без вариантов получишь аскорбиновую кислоту с едой? Такие экономные животные – морские свинки и их старшие сестры капибары, питающиеся фруктами разновидности летучих мышей и некоторые приматы, включая людей. Правда, потом оказалось, что у людей может не быть доступа к овощам и фруктам ввиду объективных обстоятельств, например, в ходе длительных мореплаваний. Отсюда и множество смертей от цинги в эпоху великих географических открытий.
 
Любопытно, но животные источники витамина С тоже существуют. Народы крайнего севера (чукчи, эскимосы) растительную пищу, как правило, не употребляют, а от цинги не умирают. Дело в том, в мясе животных витамин С есть (они же его используют в некоторых биологических процессах), но он разрушается при приготовлении. Если есть мясо и некоторые органы (например, печень тюленя) сырыми, то нужную дозу витамина С так получить можно. На всякий случай, это не является диетической рекомендацией!
 
Меня еще часто спрашивают, правда ли, что после приготовления в овощах не остается витаминов. В случае аскорбиновой кислоты в этом есть доля правды. С одной стороны, аскорбиновая кислота изначально нестабильна. Она – антиоксидант, то есть ее задача – схватив активные формы кислорода, превратиться в другое соединение, чтобы не дать им повредить что-нибудь ценное в организме. С другой стороны, аскорбиновая кислота растворяется в воде. Если овощи варить, то аскорбинка получает двойной удар: часть просто разлагается из-за нагревания (все реакции, в том числе и разложения, ускоряются при повышении температуры), а часть – растворяется в воде, и если потом эту воду слить, то витамин С уйдет вместе с ней.
 
Поэтому, если уж очень хочется сохранить аскорбинку в овощах, то надо их готовить в минимальном объеме воды и само время нагревания свести к минимуму. Приготовление на пару и быстрая обжарка овощей   в воке будут более щадящими методами, чем длительное тушение и особенно отваривание. А лучше всего – использовать микроволновку! Несмотря на сказки о том, что микроволны убивают все витамины, именно тут воздействие высоких температур самое короткое и нет лишней воды, в которой может раствориться витамин С. Раскладываем тонко нарезанные овощи в один слой на тарелке, чуть солим и накрываем влажным бумажным полотенцем, ставим на 3-5 минут в микроволновку (точное время зависит от мощности вашей печки и выбора овощей) и готово! Впрочем, я так часто делаю не потому, что пытаюсь сохранить витамин С, а просто это быстро и удобно.
 
Наконец, популярно мнение, что ударные дозы витамина С способны вылечить все: от простуды до проказы. Но убедительных медицинских подтверждений этому нет. Хотя передоз витамина С маловероятен, в некоторых странах есть верхняя рекомендуемая доза, после которой появляется шанс побочных эффектов. Если в вашей диете присутствуют фрукты и овощи, закидываться аскорбинкой просто на всякий случай не стоит.
 
Ну, а если вам интересна история открытия витамина С (с дальними мореплаваниями, серной кислотой в качестве лекарства, коррупцией в военно-морском флоте, торговлей рабами и итальянской мафией!), у меня есть отдельная большая заметка на эту тему. Всем рекомендую!

​​Молекула недели: бета-каротин

Бета-каротин часто называют «провитамином А», так как в организме он – предшественник этого витамина. Взгляните на формулу сверху. Я специально ее покрасил в два цвета, чтобы было видно, что молекула бета-каротина симметричная. Если ее повернуть на 180 градусов по часовой (или против часовой) стрелки, ничего не поменяется. А ровно посредине у нее двойная связь, которую умеет разрывать на части фермент с замечательным названием бета-каротин-15,15'-монооксигеназа (прямо слетает с языка, не правда ли?). Два одинаковых «осколка» бета-каротина (синий и красный) после еще одной реакции превращаются в две молекулы витамина А. Тем, кому интересно узнать про роль витамина А в организме, придется пождать, когда я в заметках дойду до буквы Р, потому что «по науке» он называется ретинолом, а осколки, получившиеся после разрезания бета-каротина на две части, ретиналем. Если кто-то из вас подумал о «ретине» (сетчатке глаза), вы абсолютно правы. Ретиналь – важная часть зрительного пигмента родопсина, который позволяет нашим глазам «видеть» свет. Но про влияние бета-каротина на зрение мы еще поговорим.

Посмотрите еще раз на формулу бета-каротина, которая ниже. Как и раньше, на ней я в явном виде изобразил каждый атом углерода и водорода, который в эту молекулу входит. Видите, насколько сложнее она выглядит? Поэтому химики всегда пользуются верхним вариантом, в котором подразумевается, что все связи («палочки») связывают атомы углерода, если не указано обратное, и все свободные «места» у каждого углерода заняты водородами.

В таком виде у бета-каротина сразу видна цепочка двойных связей, разделенных одинарными. Химики называют такие двойные связи «сопряженными». Они замечательны тем, что электроны, из которых эти связи состоят, как бы «размазаны» по всей цепочке, благодаря чему бета-каротин и подобные ему соединения борются с активными формами кислорода, то есть являются антиоксидантами. Такая цепочка двойных связей еще и придает соединениям насыщенный яркий цвет (мы еще встретимся с этим эффектом, когда я дойду до буквы Л и расскажу, почему помидоры красные).

Ярко оранжевый цвет бета-каротина знаком всем, ведь из-за него морковка оранжевая. Собственно, даже его название отсылает нас к carota («морковь» на латыни) или carrot (то же на английском). Именно из моркови бета-каротин впервые извлекли аж в 1831 году.

Забавно, что оранжевый цвет морковки – результат селекции, природные ее предшественники чаще были фиолетовыми или желтыми. Есть легенда, что оранжевую морковь вывели голландские фермеры в честь правящей королевской семьи Оранских-Нассау (в оригинале их фамилия пишется как Oranje-Nassau, то есть как бы намекает на оранжевый цвет). Но серьезных исторических подтверждений этой легенды, насколько я знаю, нет.

Другая история про бета-каротин и большую политику более свежая. Думаю, каждый хоть раз слышал, что для хорошего зрения нужно есть морковь. Эта история, судя по ряду архивных документов, была придумана пропагандистами британских военно-воздушных сил во время Второй мировой войны. В начале сороковых годов в Британии создали радар, который можно было поставить на самолет. Разумеется, никто не хотел, чтобы в Германии узнали, почему вдруг британские пилоты стали легко находить и сбивать нацистские самолеты даже в полной темноте. Для этого была запущена целая пропагандистская кампания, убеждавшая всех, что есть морковь – крайне полезно для зрения, особенно при плохом освещении. Как обычно, разные источники смотрят на эту ситуацию по-разному. Существует даже мнение, что так в военные голодные годы власти просто пытались убедить население активней есть морковь как недорогой продукт. Тем не менее, во влиянии моркови (и бета-каротина) на ночное зрение есть доля правды. Как известно, первый признак недостатка витамина А – «куриная слепота», резко ухудшение зрения в темноте, и поедание моркови отлично решает эту проблему. Но большинству людей поедание морковки в индустриальных количествах зрение не улучшит. После того, как организм получил необходимую ему порцию витамина А, ни к чем особенно полезному морковь не приведет.

Наоборот, с морковью можно переборщить! Существует вполне реальное медицинское состояние, называемое каротинемией, которое вызвано избыточным количеством каротина в пище. При нем кожа человека становится желто-оранжевого цвета. У одной моей знакомой, которая очень любит морковь, такое было. Пооранжевение в большинстве случаев не опасно, но оно еще раз подтверждает всем известную фразу о том, что все хорошо в меру.

​​Молекула недели: ванилин

Ванилин очень легко опознать по запаху, а вот по его химической формуле – уже не каждый справится, хотя сама молекула вроде и не большая. Правда, в ней много разных групп: и гидроксильная -OH, и метоксильная -O-CH3, и альдегидная -CH=O. Если не любите органическую химию, не обращайте внимания на эти страшные слова, они тут не главные. А главное – шестичленное (то есть образованное шестью атомами углерода) кольцо с чередующимися двойными связями -С=С-. На самом деле, молекула устроена чуть сложнее, потому что никакого чередования связей в таких кольцах нет. Двойные связи можно нарисовать и в другом порядке, как на формуле справа, где я, как обычно, обозначил все атомы углерода и водорода. Иногда в центре кольца просто рисуют кружок, чтобы подчеркнуть, что все связи в нем равноценны. Соединения с такими кольцами достаточно давно, когда химики еще не знали, как они устроены, назвали ароматическими из-за их сильного запаха (не всегда приятного). Со временем оказалось, что не все ароматические соединения чем-то пахнут, но название осталось.

Ванилин – одно из самых распространенных душистых веществ в промышленности. Помимо выпечки и самого популярного типа мороженного в мире (ванильного, конечно же) он входит в состав Кока-колы и других напитков, йогуртов, многих видов шоколада, сиропов и кукурузных хлопьев. А еще его добавляют в чистящие средства, порошки для стирки, шампуни, гели для душа, освежители воздуха и парфюмерные композиции. Даже у вин, которые выдерживали в деревянной бочке, есть небольшой аромат ванили, который приходит туда из дерева после ряда химических реакций, а, конечно, не добавляется виноделами в виде ванилина или, тем более, натуральной ванили.

Хотя многие слышали про «Мадагаскарскую ваниль» (Мадагаскар сейчас является главным мировым производителем ванили), родина растения Vanilla planifolia – Мексика. Еще ацтеки добавляли плоды этого растения в шоколад, потому что так было вкуснее. Любителям десертов наверняка приходилось иметь дело с ванилью в стручках, но не все знают, как она растет в природе.

У нас стручки чаще всего ассоциируются с бобовыми вроде гороха, но ваниль – совсем другое растение. Она – орхидея, которая прекрасно растет и плодносит в Мексике! Когда же ваниль привезли в Старый Свет, давать плоды она перестала, как потом оказалось, из-за проблем с опылением цветов. Ученые до сих пор спорят, кто опыляет ваниль в природе (в Википедии пишут, что это – местная пчела вида Melipona, но это не так), но ясно одно – этих опылителей в Европе, Азии и Африке нет.

В начале девятнадцатого века один бельгийский ботаник научился опылять цветы ванили вручную, но это была очень трудоемкая процедура из-за того, что пестик и тычинки в цветах разделены своего рода мембраной, препятствующей опылению. Ситуация изменилась, когда на острове Реуньон (тогда – Бурбон, отсюда название «Бурбонская ваниль») двенадцатилетний Эдмон Альбиус, рожденный в семье рабов, придумал легкий способ опыления, который принес острову огромные деньги. Бурбон даже обогнал Мексику по объему производимой ванили! Правда, сам Эдмон все равно умер в бедности.

Но даже его «легкий» способ опыления оказался совсем не из легких. В каждом соцветии – несколько десятков цветов, но в период цветения каждый день открывается лишь один, рано утром, еще до рассвета. И у работников плантаций есть где-то 8 часов, пока цветок восприимчив к опылению, после чего он закрывается и увядает. Но не только этим вызвана высокая стоимость натуральной ванили. До того, как выросшие плоды (а это занимает десять месяцев!) будут готовы к употреблению, они должны пройти длительную процедуру обработки.

Как и бананы, плоды ванили дозревают даже после их срезания с растения. Перезрелые стручки расщепляются и становятся визуально менее привлекательными для потребителя. Поэтому такое дозревание нужно прекратить, остановив биологические процессы в клетках, по сути, «убив» бобы ванили. Для этого их ненадолго окунают в горячую воду либо замораживают (иногда даже в жидком азоте!), сушат или месяц вымачивают в роме. Такие бобы, которые дозревать уже не могут, готовы к следующей процедуре – ферментации.

Дело в том, что свежие стручки ванили совсем не пахнут ванилью. Ванилин в них находится в молекулах глюкованилина («глюко-» означает, что он связан с глюкозой), нелетучего и поэтому не имеющего запаха соединения. Зато в стручках ванили еще есть фермент бета-глюкозидаза, которая умеет расщеплять глюкованилин на ванилин и глюкозу. Обычно этот фермент и глюкованилин обитают в разных частях стручка, но описаная выше обработка разрушает клетки, из-за чего две молекулы (фермент – тоже молекула, только большая) находят друг друга и стручки начинают пахнуть.

Конечно, ванилин – не единственное сильно пахнущее вещество в ванили. Понюхайте сначала обычную ваниль или натуральный экстракт ванили, а потом – упаковку ванильного сахара, в который добавили только ванилин. Натуральная ваниль имеет более сложный и интересный запах, однако это не связано с тем, что ванилин в ванильном сахаре «химический», а в стручках – «натуральный» Просто в натуральной ванили к одной яркой ноте ванилина добавляется целый аккорд других запахов.

К сожалению, во всем мире не производят столько натуральной ванили, чтобы добавить во все продукты с ее запахом (не хватит даже на Кока-колу или мороженное). Поэтому ванилин – недорогая альтернатива ванили, которая отлично подходит для большинства применений. Я сам, конечно, при выпечке с удовольствием использую ванильные стручки или хороший ванильный экстракт (попробуйте залить ромом пяток разрезанных стручков и оставить на месяц –шикарный продукт!). Но даже обычный ванильный сахар обеспечит 90% результата за крохотную часть цены.

Молекула недели: гем

Даже если вы ничего не знаете про гем, вам наверняка знаком содержащийся в крови гемоглобин. «Гемоглобин» - это белок семейства глобинов, в состав которого помимо четырех связанных вместе белковых молекул входят четыре сравнительно небольшие молекулы гема. Именно благодаря гему кровь имеет красный цвет, а гемоглобин хватает кислород в легких и переносит его к остальным органам.

На самом деле, гем — это не одно вещество, а целый набор похожих по строению молекул. На рисунке выше — так называемый гем B, который входит в состав белков, связывающих кислород, таких как гемоглобин и миоглобин. Находящийся в мышцах миоглобин придает красный цвет говядине и баранине, а также тунцу. Я уже много раз писал, что в «мясе с кровью» крови на самом деле нет, а розоватое оно как раз из-за наличия миоглобина.

Бывают и другие виды гема, но все они содержат железо, заключенное в красивую симметричную структуру, выделенную на рисунке более темным цветом. В предыдущей заметке про ванилин я писал о его важной структурной особенности – ароматическом шестичленном кольце. В молекулах гемов тоже есть кольцо, но гораздо большего размера, которое в общем случае называют макроциклом , а в конкретном случае гема – порфирином.

Гемы и похожие на них молекулы участвуют во многих биологических процессах в организме. Например, гем входит в состав не только гемоглобина, но и других белков, таких как цитохромы , которые играют важную роль в метаболизме потенциально опасных веществ и лекарств. Название «цитохром» («цито» — клетка, «хром» — цвет) намекает на то, что эти белки окрашены, как и сам гем. Цвет молекулы зависит от её строения. Если вместо железа взять магний и слегка изменить структуру макроцикла, получится хлорофилл , благодаря которому растения ярко-зеленые.

Вещества, содержащие органическую молекулу (в данном случае порфирин) и ион металла (в случае гема — железо), проявляют свойства, за которые отвечает как ион металла (например, связывание кислорода), так и макроцикл. В хлорофилле макроцикл отвечает за поглощение света, с которого начинается фотосинтез. Свет «возбуждает» молекулу, то есть повышает её энергию, а она передаёт эту энергию другим молекулам. В итоге растения используют энергию солнечного света, чтобы из воды и углекислого газа делать сахар.

Однако иногда способность порфирина и подобных соединений поглощать свет приводит к нежелательным последствиям. Моя любимая история про «сельдерея-убийцу» – яркий пример нежелательной фотоактивности веществ в обычных продуктах. У некоторых людей с порфирией (это семейство редких заболеваний) в организме производится слишком много порфиринов, которые не превращаются в гемоглобин. В одном из типов порфирии они накапливаются в коже и, поглощая свет, начинают генерировать активные формы кислорода  из обычного кислорода. Эти небольшие молекулы повреждают клетки кожи, приводя к появлению волдырей, из-за чего люди с таким заболеванием вынуждены избегать солнечного света, например, переносом своей активности на ночное время. У них также часто бывают проблемы с деснами, которые оголяются и визуально удлиняют зубы. А ещё есть мнение, что некоторые продукты, особенно чеснок, ухудшают их состояние из-за влияния на метаболизм гема (хотя убедительных научных доказательств этому я не нашел). Наконец, я читал, что таким пациентам может стать легче, если они будут получать гем, например, из крови, потому что это временно блокирует синтез порфиринов в организме.

Ничего не напоминает? Люди с удлиненными зубами, которые активны по ночам и покрываются волдырями на свету, избегают чеснока и нуждаются в крови для улучшения состояния? Да, есть мнение (хотя не все с ним согласны), что именно порфирия породила легенды о вампирах.

К счастью, такие случаи достаточно редкие. С другой стороны, от способности порфиринов и их аналогов поглощать свет и производить активные формы кислорода бывает и польза. Например, фотодинамическая терапия рака основана на том, что фотоактивные вещества (фотосенсибилизаторы, часто близкие по структуре к хлорофиллу и гему) накапливаются в раковых клетках. Затем ткани облучают лазером, и активные формы кислорода убивают раковые клетки, при этом здоровые клетки, в которых фотосенсибилизатора меньше, остаются неповрежденными.

Вот такие замечательные свойства есть у макроциклических соединений! Думаю, что мы с ними еще встретимся, когда я дойду до букв К (кобаламин – витамин B12), Ц (те самые цитохромы) и Х (конечно же хлорофилл).