Разные фрукты содержат различное количество пектина, причем по мере созревания содержание пектина понижается. Больше всего пектина в недозрелых фруктах, а когда фрукт становится слаще, ферменты пектиназа и пектинэстераза начинают работу по разрушению пектина, и плод становится мягче и дряблее. Задача плода обеспечить воспроизводство растения, а из дряблого плода, сами понимаете, семечкам выпадать много проще, чем из упругого и богатого пектином.
Яблоки, смородина и цитрусовые отличаются высоким содержанием пектина, в то время как более мягкие земляника, вишня и абрикосы с персиками обычно содержат мало пектина. Именно поэтому при промышленном получении джемов из персиков или земляники увеличивают содержание пектина в смеси, либо добавляя плоды других видов с высоким содержанием пектина, либо закачивая в варку уже готовый пектин в порошкообразном виде или в виде раствора. Коммерчески доступный пектин обычно полают из отходов переработки яблок или цитрусовых – соответственно из сердцевинок или кожурок.
Помимо изготовления кондитерских изделий пектин применяется еще много где. Так, помимо загустителя в пищевой промышленности (добавка Е-440), пектин применяется в фармацевтике. Его способность к гелеобразованию лежит в основе его применения в изготовлении свеч для лечения геморроя (пектин ускоряет коагуляцию крови) или в качестве вещества для изготовления некоторых таблеток. Он также может использоваться для профилактики отравления солями тяжелых металлов (именно по этой причине химикам и химико-технологам, работающим с тяжелыми металлами, рекомендовано пить чай с мармеладом).
Итак, когда вы в следующий раз будете пить чай с вареньем, вспомните замечательное вещество пектин и его химические свойства, которые существенно снижают риск поставить трудно отстирываемое пятно на вашу любимую рубашку или блузку.
3.7. Молочная кислота
Каждый хоть раз ощущал на себе действие молочной кислоты. Эта та самая боль в мышцах после долгих физических нагрузок, к которым ваш организм непривычен, – перетренировка в спортзале, день с лопатой на огороде или просто слишком долгая пешая прогулка человека, вдруг оставшегося без автомобиля. Однако молочная кислота не просто щекочет наши мышцы, говоря нам о том, что мы несколько хилы, – она снабжает наше тело энергией.
Молочную кислоту (2-гидроксипропановую кислоту), которую в виртуальном виде можно найти практически в любых биологических тканях и жидкостях, впервые была выделена из скисшего молока в 1780 году шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле, более известным своими достижениями в области открытия химических элементов, в том числе и кислорода, равно как и тем, что последней записью в его лабораторном журнале была запись о вкусе синильной кислоты (было такое дело среди химиков: для описания свойств нового вещества мало было указать его цвет, температуры плавления и кипения, надо было обязательно указывать вкус и запах, и как раз после смерти Шееле эта традиция прекратилась). Одна из наиболее важных ролей, которую молочная кислота играет в организме, – обеспечение мускульной ткани энергией в ходе интенсивных физических нагрузок.
Позвоночные могут запасать энергию в форме полисахарида гликогена (благодаря исключительной близости структуры и свойств его называют еще «животным крахмалом»), который образуется в результате поликонденсации молекул глюкозы (поясняю: полимер из низкомолекулярного соединения можно получить двумя путями – полимеризацией, когда все низкомолекулярное соединение переходит в полимер, и поликонденсацией, когда из низкомолекулярного соединения кроме полимера получается еще один тип малых молекул – в биохимической поликонденсации, равно как и при получении технических полимеров «спутником» поликонденсационных полимеров чаще всего является вода). В организме животных гликоген в основном локализован в мышцах и печени, причем в печени его больше (именно поэтому печенка имеет слегка сладковатый привкус).
Для высвобождения энергии гликоген гидролизуется до глюкозы (этот процесс гидролиза является процессом обратным по отношению к поликонденсации глюкозы в гликоген), после чего глюкоза в несколько стадий превращается в пировиноградную кислоту. При нормальном аэробном (протекающем в присутствии достаточных количеств кислорода) дыхании пировиноградная кислота расходуется в цикле Кребса, на завершающей стадии которого образуется элементарная единица биохимической энергии – молекула АТФ, углекислый газ и вода.
Для аэробного дыхания нужен кислород, однако во время интенсивных физических нагрузок кислород расходуется организмом быстрее, чем он может достигнуть мышечной ткани. В этом случае включается «резервный» канал производства энергии и без поступления кислорода пировиноградная кислота превращается в молочную, при этом также образуя АТФ. КПД такого процесса добычи энергии клеткой ниже, но он протекает гораздо быстрее. Строго говоря, «молочнокислое дыхание» происходит в клетках всегда, но становится доминирующей формой образования АТФ только тогда, когда в ткани не поступает достаточное количество кислорода.
Накопление молочной кислоты в мышцах может привести к ощущению жжения во время самой нагрузки. Длительное время считалось, что мышечная боль на следующий день после изнуряющей физической тренировки это тоже происки молочной кислоты, однако это не так. Неприятные ощущения в мышцах после снятия нагрузки, увы, являются следствием микроповреждения и микровоспаления плохо развитой мышечной ткани, молочная кислота же непосредственно после прекращения упражнений, напрягающих мускульную ткань, не накапливается в мышцах – она может перейти обратно в пировиноградную кислоту, которая в условиях достаточного количества кислорода пойдет разрушаться по пути аэробного дыхания.
Еще один способ встретиться с молочной кислотой помимо накопления ее в мышцах – потребление кисломолочной продукции. Молочнокислые бактерии разрушают углеводы по анаэробному механизму, и, соответственно, молочная кислота образуется при случайном или намеренном скисании молока. Кисловатый запах йогурта или кефира как раз обусловлен присутствием молочной кислоты. Скисание молока происходит благодаря природной ферментации молочного сахара – лактозы – такими бактериями, как Lactobacillus bulgaris и Streptococcus thermophilus – это те самые молочнокислые бактерии, которые промимо всего еще и помогают нашим маркетологам продавать бутылку кефира по цене ящика.
Молочная кислота, чаще всего в форме натриевых или калиевых солей – лактатов, используется в пищевой промышленности в качестве пищевой добавки (Е-325 лактат натрия). Сама молочная кислота (Е-270) применяется для регулирования кислотности таких напитков, как фруктовые соки и пиво, а также благодаря не особо навязчивому вкусу и противомикробной активности – в качестве консерванта, увеличивающего срок хранения мясных и рыбных блюд, а также салатов.
Молочная кислота может вступать в реакцию поликонденсации, при этом образуется полимолочная кислота, на которую возлагаются большие надежды материаловедов. Дело в том, что полимолочная кислота биоразлагаема, что позволяет применять ее как практически неопасный для окружающей среды материал для изготовления пластиковой упаковки, так и в биомедицине. Например, полимолочная кислота сама по себе или в композициях с другим полимером – полигликолевой кислотой может использоваться для шовного материала или винтов, иммобилизующих поврежденные костные фрагменты. Такие хирургические нити или винты будут выполнять свою работу все время терапии: полимолочная кислота – полимер достаточно прочный, а со временем они будут разрушаться, образуя неопасную и в общем-то родную для организма молочную кислоту; соответственно процедура по удалению хирургических винтов или фиксаторов осколков костей уже не нужны.
Молочная кислота, как, впрочем, и любое другое вещество, многогранна – она заставляет мышцы болеть, обеспечивает их энергией; его производное может понадобиться для наложения швов на эти же мышцы или починки костей; ну и конечно же каждый из нас не раз поглощал молочную кислоту с йогуртами, кефиром, сметаной и, возможно, настоящей деревенской простоквашей.
3.8. Зеленый флуоресцирующий белок
«В своей стране он изучал свет и свечение разных тварей, но эта тварь здесь была особая. Она мерцала по-особому, и он нашел ее. Но сейчас он хочет изучить ее все больше и больше – эту новую тварь и белок, который заставляет ее светиться. В доках его ждут полные ведра медуз. Молодой ученый старается не улыбаться, показывая свои результаты своему наставнику, но в душе он улыбался так, что сдержать улыбку стоило немыслимых усилий». Это отрывок из короткого рассказа Тани Хершман, в котором она описывает, какие чувства одолевали молодого японского исследователя Осаму Симомуру, когда он открыл зеленый флуоресцирующий белок в 1960-х годов.
История зеленого флуоресцирующего белка и той революции, которую он совершил в науке, начинается в конце сороковых в послевоенной Японии. Родина молодого Симомуры оправлялась от последствий Второй мировой войны. И как это ни парадоксально, именно война и разруха подтолкнули Симомуру к науке и той научной теме, которая в итоге закончилась для него Нобелевской премией.
В результате атомной бомбардировки родного города Симомуры – Нагасаки – было разрушено главное здание фармацевтического колледжа, и учебное заведение переехало во временное здание около дома Симомуры. Он поступил в колледж и в итоге стал изучать причину, заставляющую странное морское создание – «морского светлячка» – светиться таким необычным светом.
Обнаружив, что флуоресцентное свечение вызывает определенный белок, Симомура отправился в США, где начал работу над новым исследовательским проектом. Его работа с морским светлячком продолжалась относительно недолго, но она хорошо подготовила его к работе в Принстонском университете, где он решал подобную задачу, решение которой и принесло ему известность.