Теперь мы знаем, что при обмене веществ кровь играет важнейшую роль транспортного средства. Перенос газов, удаление чужеродных веществ, заживление ран, транспортировка питательных веществ, продуктов обмена, ферментов и гормонов являются главными функциями крови. Вся пища, которую человек съедает, подвергается в желудке и кишечнике химической переработке. Эти превращения осуществляются под действием особых пищеварительных соков — слюны, желудочного сока, желчи, поджелудочного и кишечного сока. Активным началом пищеварительных соков являются, главным образом, биологические катализаторы — так называемые ферменты, или энзимы. Например, ферменты пепсин, трипсин и эрепсин, а также сычужный фермент химозин, действуя на белки, расщепляют их на простейшие фрагменты — аминокислоты, из которых организм может строить свои собственные белки. Ферменты амилаза, мальтаза, лактаза и целлюлоза участвуют в расщеплении углеводов, тогда как желчь и ферменты группы липаз способствуют перевариванию жиров.
Действие желчи
Влияние желчи на переваривание жиров можно подтвердить следующим опытом. В две одинаковые склянки или колбы Эрленмейера вставим стеклянные воронки. В каждой из воронок слегка увлажним полоску фильтровальной бумаги водой. Затем в одной из воронок пропитаем бумагу желчью (коровьей, свиной или гусиной) и в обе воронки нальем по несколько миллилитров пищевого растительного масла. Мы увидим, что масло проникает только в ту полоску бумаги, которая была обработана желчью. Дело в том, что желчные кислоты вызывают эмульгирование жиров, дробление их на мельчайшие частицы. Поэтому желчь помогает в организме ферментам, способствующим перевариванию жиров. Особенно наглядно это проявляется в следующем опыте.
«Искусственный желудок»
Если удастся найти свиной желудок, его нужно вывернуть, промыть водой и тупым ножом соскоблить слизистую оболочку в химический стакан. Туда же нальем четырехкратное количество 5 %-ного этанола и оставим стакан на 2 дня. Полученную водно-спиртовую вытяжку профильтруем через кусок ткани. Фильтрование можно существенно ускорить с помощью отсасывания на нутч-фильтре водоструйным насосом. Вместо приготовления такой вытяжки можно купить в аптеке пепсин в порошке и растворить его в 250 мл воды.
В заключение натрем на терке белок куриного яйца, сваренного вкрутую (кипятить 10 минут), и смешаем его в химическом стакане со 100 мл воды, 0,5 мл концентрированной соляной кислоты и приготовленной вытяжкой, содержащей пепсин, или же с 50 мл раствора продажного пепсина. Соляную кислоту нужно добавить потому, что пепсин действует только в кислой среде — при pH от 1,4 до 2. Величина pH желудочного сока благодаря присутствию в нем соляной кислоты находится в пределах от 0,9 до 1,5.
Стакан выдержим несколько часов при температуре приблизительно 40 °C в теплом месте — дома около плиты иди печи либо в лаборатории в сушильном шкафу. В течение первой четверти каждого часа содержимое стакана будем перемешивать стеклянной палочкой. Уже через 2 часа мы заметим, что количество белка существенно уменьшилось. Через 6–8 часов весь белок растворится и образуется малое количество белой со слабым желтоватым оттенком кожицы. При этом яичный белок, имеющий сложное строение, гидролизуется водой и превращается в смесь соединений более простого строения — яичный пептон. То, чего химик может добиться только с помощью концентрированных кислот, нам в нашем искусственном желудке удалось осуществить при исключительно мягких условиях.
Неприятный кислый запах содержимого стакана близок к запаху не полностью переваренной пищи.
Теперь проведем самостоятельно еще несколько пробирочных опытов, связанных с исследованием переваривания пищи. Некоторые из них заслуживают краткого пояснения.
Расщепление крахмала можно провести в пробирке при действии слюны на жидкий крахмальный клейстер (37 °C, 30 минут —1 час). Образующийся сахар обнаруживается с помощью реактива Фелинга. Тот же результат можно получить при нагревании 10 мл крахмального клейстера с 5 мл вытяжки коровьей поджелудочной железы в течение 15 минут на водяной бане при 40 °C. Вытяжку готовят путем растирания поджелудочной железы с малым количеством пропантриола (глицерина).
Такая кашица из поджелудочной железы пригодится и для исследования переваривания жиров. С этой целью в пробирку, наполовину заполненную цельным молоком, добавим 0,5 %-ный раствор соды (карбоната натрия) до появления красного окрашивания с фенолфталеином. Если теперь добавить кашицу из поджелудочной железы и нагреть на водяной бане до 40 °C, то красное окрашивание снова исчезнет. При этом из жира натурального молока образуются свободные жирные кислоты. В заключение, используя сычужный фермент (сычужную закваску) или полоску очищенной слизистой оболочки телячьего желудка, мы можем выделить из сырого молока белок казеин. Химики и биологи открыли сотни интересных реакций, позволяющих обнаружить самые разнообразные вещества, содержащиеся в организме. С некоторыми из этих реакций мы познакомимся.
Обнаружение холестерина в яичном желтке
Холестерин присутствует во всех органах, но больше всего его содержится в мозгу, в желчи и в яичниках. Это важнейшее вещество относится к группе полициклических спиртов стеринов, к которой принадлежат также некоторые половые гормоны. Кроме, того, холестерин весьма близок по строению к эргостерину — промежуточному веществу, из которого получается витамин D. Первоначально холестерин был найден в желчных камнях и поэтому назван «твердой желчью». Позднее были открыты стерины растительного происхождения. Ранее холестерин был найден только у позвоночных животных, в том числе у человека. Поэтому его присутствие считалось признаком высокого уровня развития живых существ. Однако ученым ГДР впервые удалось обнаружить холестерин в бактериях. Из яичного желтка извлечем холестерин диэтиловым эфиром. Затем смешаем 0,5 мл ледяной уксусной кислоты и 2 мл концентрированной серной кислоты, подвергнем нагреванию в течение 1 минуты и в заключение тщательно охладим. В пробирке под слой вытяжки яичного желтка осторожно введем охлажденную смесь кислот — так, чтобы содержимое не перемешивалось. Оставим пробирку на некоторое время. Через некоторое время в ней образуется несколько зон с разной окраской. Над слоем бесцветной кислоты мы увидим красный, а над ним — синий слой. Еще выше находится желтоватая вытяжка, а над ней — зеленый слой. Эта красивая игра красок, вероятно, понравится читателям. Проведенная реакция называется реакцией Либермана (Часто холестерин определяют с помощью красивой цветной реакции Либермана-Бурхарда. К раствору 5 мг холестерина в 2 мл хлороформа добавляют 1 мл уксусного ангидрида и 1 каплю концентрированной серной кислоты. При встряхивании образуется розовое окрашивание, быстро изменяющееся до красного, затем синего и, наконец зеленого. — Прим. перев.).
Можно обнаружить холестерин и с помощью другой цветной реакции — по методу Сальковского. В этом случае несколько миллилитров вытяжки смешивают с равным объемом разбавленной (приблизительно 10 %-ной) серной кислоты. Слой кислоты флуоресцирует зеленым цветом, а вытяжка приобретает окраску от желтой до интенсивно-красной (Обе реакции — Либермана и Сальковского — могут не получиться с первого раза, если неудачно выбраны соотношения реагентов. Легче получается проба Сальковского. Если, например, вытяжка получена разбавлением 6 мл желтка до 50 мл эфиром, то лучше всего к 1 мл такой вытяжки добавить 2 мл 10 %-ной серной кислоты. — Прим. перев.).
Красивую цветную реакцию получают также при обнаружении желчного пигмента в моче. Для этого в пробирку, наполовину заполненную мочой, по стенке осторожно добавляют по каплям азотную кислоту. В результате в нижней части пробирки образуется зеленая зона, которая переходит в синюю, фиолетовую и красную.
Присутствие желчного пигмента в моче свидетельствует о заболевании человека. Вообще при распознавании некоторых болезней надежные выводы можно получить благодаря анализу мочи и кала — конечных продуктов обмена веществ в живом организме. Это шлаки, которые не нужны организму и поэтому должны выключаться из обмена веществ. Однако мы знаем, что эти вещества не пропадают бесполезно, а в качестве необходимого звена включаются в круговорот веществ в природе.
