Изобретенная растениями система сжигания глюкозы дала толчок к появлению всех живых существ, от динозавров до дельфинов и мышей. Через четыреста сорок девять миллионов лет после возникновения первого растения на Земле появился человек, существование которого тоже основано на сжигании глюкозы.

Для того чтобы жить, людям, животным и растениям требуется энергия, и приоритетным источником жизненной энергии является глюкоза. Ее использует каждая клетка организма для выполнения своей конкретной функции: клетки сердца – чтобы сокращаться, клетки мозга – чтобы активировать нейроны, клетки ушей – чтобы слышать, клетки глаз – чтобы видеть, клетки желудка – чтобы переваривать пищу, клетки кожи – чтобы заживлять порезы, красные клетки крови – чтобы доставлять кислород к вашим ногам, когда вам хочется танцевать всю ночь.

Каждую секунду ваше тело сжигает 8 квинтиллионов (квинтиллион = 10¹⁸) молекул глюкозы. Для наглядности представьте такую картину: если бы каждая молекула глюкозы была песчинкой, тогда вы за каждые десять минут сжигали бы все песчинки на всех пляжах планеты.

Другими словами, людям требуется огромное количество топлива.

Но тут есть одна маленькая загвоздка: мы не можем делать то, на что способны растения. Как бы мы ни старались, у нас не получится создавать глюкозу из воздуха и солнца. (Однажды я попробовала заниматься фотосинтезом на пляже – безрезультатно.)

Поэтому для нас самым распространенным (но не единственным) источником необходимой глюкозы является пища.

Когда мне было 11 лет, на уроке биологии мы провели эксперимент, который я помню по сей день. Каждому из нас вручили ломтик белого хлеба.

Пока мы озадаченно оглядывались по сторонам, учитель поставил перед нами задачу: ломтик нужно было положить в рот и жевать минуту, не поддаваясь желанию проглотить. Его предложение показалось странным, но заниматься этим было веселее, чем отвечать на вопросы, так что мы с энтузиазмом приступили к делу.

Произошло нечто удивительное: примерно 30 жевательных движений – и вкус хлеба начал меняться, он стал сладким!

Прямо во рту крахмал превращался в глюкозу.

Белый хлеб выпекается из пшеничной муки, которую получают путем измельчения зерен пшеницы. Как мы уже говорили, семена растений насыщены крахмалом. Поэтому любая пища, приготовленная из муки, содержит крахмал. Корочка пирога, печенье, пирожные, паста – все эти вещи готовятся из муки, следовательно, в них много крахмала. Употребляя эти продукты, мы расщепляем крахмал до глюкозы, используя альфа-амилазу – тот же фермент, с помощью которого растения выполняют такую же задачу.

Попадающий в наше тело крахмал преобразуется в глюкозу очень быстро. Основная часть этого процесса происходит в кишечнике, практически незаметно для нас. Фермент альфа-амилаза разрывает связи молекулярных цепочек и высвобождает молекулы глюкозы, которые «разбегаются» в стороны, словно дети на игровой площадке.

Ферменты, которые совершают эту жизненно важную работу, присутствуют и в нашей слюне. Когда мы достаточно долго пережевываем крахмалистую пищу, эти ферменты получают возможность приступить к выполнению своей функции. Этот процесс начинается у нас во рту и позволяет нам ощутить сладкий вкус глюкозы. В этом мы убедились в ходе эксперимента, проведенного в школе.

Что касается фруктов, то они изначально сладкие, поскольку содержат не только сладкие на вкус свободные молекулы глюкозы, но и еще более сладкую фруктозу, а также сахарозу, которая слаще глюкозы, но не такая сладкая, как фруктоза.

Глюкоза, которую мы получаем из фруктов, готова к использованию, и ее не нужно расщеплять. Сахарозу приходится расщеплять, и этим занимается фермент, который разделяет ее на молекулы глюкозы и фруктозы. С этой задачей он справляется очень быстро – за тысячные доли секунды.

С фруктозой дело обстоит немного сложнее. Частично она расщепляется на молекулы глюкозы в тонком кишечнике. Остальная часть остается в форме фруктозы. И те и другие молекулы проходят через слизистую оболочку кишечника и попадают в кровоток. Что происходит после этого, я расскажу немного позже, а пока хочу, чтобы вы запомнили одну вещь: наше тело может использовать в качестве топлива глюкозу, но не фруктозу. В рационе современного человека содержится очень много ненужной фруктозы, прежде всего потому, что мы употребляем слишком много сахарозы (которая, как уже говорилось, наполовину состоит из глюкозы и наполовину из фруктозы).

А как насчет клетчатки? У нее особая судьба.

Ферменты успешно разрывают связи в молекулярных цепочках крахмала и сахарозы, но фермента, способного сделать то же самое с клетчаткой, не существует, поэтому она и не превращается в глюкозу. Съеденная нами клетчатка остается клетчаткой. Она перемещается из желудка в тонкий и толстый кишечник. И это хорошо. Хотя клетчатка не преобразуется в глюкозу и, следовательно, не может обеспечивать клетки энергией, она является неотъемлемой частью нашего рациона и играет очень важную роль в пищеварении, опорожнении кишечника, сохранении здоровой микробиоты и т. д.

Крахмал, клетчатка, фруктоза и сахароза подобны четырем отпрыскам одного родителя – глюкозы. У каждого из них свой характер, но они остаются близкими родственниками, невзирая на яростные споры о том, кто у кого позаимствовал одежду.

Поэтому вполне логично, что ученые дали этому семейству родовое имя.

В 1969 году комиссия Международного союза теоретической и прикладной химии представила научному сообществу 20-страничный проект «Предварительных правил номенклатуры углеводов».

После опубликования данного документа было решено называть это семейство углеводами, или карбогидратами. Почему? Потому что эти вещества образуются путем соединения углерода (carbo) и воды (hydrate) в процессе фотосинтеза.

Как видите, в семействе углеводов (которое включает крахмал, клетчатку, глюкозу, фруктозу и сахарозу) ученые выделили отдельную подгруппу сахаров, в которую вошли самые мелкие молекулы углеводов (глюкоза, фруктоза и сахароза). Научный термин «сахара» не следует отождествлять с обычным столовым сахаром, хотя сахароза, из молекул которой состоит столовый сахар, тоже входит в группу сахаров.

В разных растениях представители семейства углеводов присутствуют в разных пропорциях. Например, брокколи содержит много клетчатки и немного крахмала, в картофеле много крахмала и немного клетчатки, а в персиках в основном присутствуют сахара и немного клетчатки (прошу отметить, что в каждом растении есть хотя бы немного клетчатки).

К сожалению, когда люди говорят о питании, они обычно включают в понятие «углеводы» только крахмал и сахара, упуская из виду клетчатку, потому что она не абсорбируется в кровь, как другие дети этого семейства. Этим объясняются привычные нашему слуху утверждения типа: «В брокколи мало углеводов, но много клетчатки». Хотя с научной точки зрения правильно говорить: «Брокколи содержит много углеводов, в основном клетчатки».

В этой книге я буду оперировать привычными большинству из нас понятиями, которые чаще всего используются в повседневной жизни. (Но все же прошу вас не забывать об их отличии от строго научных формулировок!) Например, под углеводами я подразумеваю продукты, богатые крахмалом (картофель, пасту, рис, хлеб и так далее) и сахаром (фрукты, пироги, пирожные и многое другое), но не овощи, потому что они преимущественно состоят из клетчатки и содержат очень мало крахмала. По той же причине обычный столовый сахар здесь фигурирует как просто сахар.

Утверждение о необходимости глюкозы для жизни может вызвать у вас вопрос о том, как выживают плотоядные животные, а также те, которые не питаются растениями (например, дельфины, которые едят рыбу, кальмаров и медуз). И как эволюция смогла создать людей в таких местах, как покрытые вечной мерзлотой районы Крайнего Севера, где фрукты и овощи вообще не растут – у них просто не было возможности употреблять в пищу растения.

Глюкоза настолько необходима нашим клеткам, что если мы по каким-то причинам не получаем ее извне, то организм находит способы вырабатывать ее внутри себя. Да, мы не наделены способностью к фотосинтезу и не производим глюкозу из воздуха, воды и солнечного света, но можем получать ее из тех продуктов, которые едим, а именно из жиров или белков. Эту задачу решает наша печень посредством процесса, который носит название глюконеогенез.

Кроме того, в арсенале нашего тела есть еще одно средство: когда доступ к глюкозе ограничен, многие клетки при необходимости могут переключаться на использование жира в качестве топлива. Эта способность называется метаболической гибкостью. (Всегда полагаются только на глюкозу лишь красные кровяные тельца, или эритроциты.)

Некоторые диеты, такие как диета Аткинса и кето-диета, предусматривают ограничение потребления углеводов для того, чтобы концентрация глюкозы поддерживалась на предельно низких уровнях, тогда тело вынуждено сжигать жир в качестве топлива. Это состояние называется нутриционным кетозом и служит ярким примером метаболической гибкости в действии.

Короче говоря, углеводы не являются биологической жизненной потребностью (то есть нам не нужно употреблять сахар, чтобы выживать), но служат источником быстрого получения энергии и вкусной частью рациона питания людей, которые потребляют их на протяжении миллионов лет. Ученые установили, что в рацион питания доисторических представителей человечества входили как животные, так и растения, что люди ели растения всегда, когда те были доступны. Их меню зависело от места проживания. Они адаптировались к уникальному ассортименту продуктов питания в окружающей их среде. Но в наши дни мы питаемся совсем не так, как планировала природа.