Роль мінеральних речовин в живих організмах

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

З неорганічних речовин організм крім води потребує постійного надходження мінеральних солей. І хоча вони становлять не більше 4 % від маси тіла, набір їх дуже різноманітний. За добу в організм людини має надходити з їжею і питвом не менше 8 г(Na), 5 г(СI), 3 г (К), 1 г (Са), 2(Р), 0,2 г(Fe). Ці речовини називають макроелементами. А мікроелементи необхідні людині в дуже малих дозах - частках міліграма, але нормальна життєдіяльність без них неможлива. До мікроелементів відносять мідь, йод, цинк, фтор, магній і багато інших речовин. Функції мінеральних солей в організмі людини різноманітні. Так, солі кальцію, фосфору і магнію входять до складу кісток; калій, натрій і хлор необхідні для збудження нервових і м'язових клітин; кальцій необхідний для нормального скорочення м'язів і згортання крові; фтор входить до складу дентину і емалі; залізо є компонентом гемоглобіну; фосфати включені до складу ДНК, РНК, АТФ, кісток; мідь міститься у складі цілого ряду ферментів, що забезпечують роботу нервової системи, кровотворення; йод входить до складу гормонів щитовидної залози; кобальт є частиною вітаміну В12.Мінеральні речовини розподілені в організмі вкрай нерівномірно. У крові, м'язах, внутрішніх органах вміст мінеральних речовин низька - близько 1%. А ось в кістках на частку мінеральних речовин припадає близько половини маси. Емаль зубів на 98% складається з мінеральних речовин.

Неорганічні, або мінеральні речовини знаходяться в клітинах у вигляді іонів. Неорганічні іони в живому організмі виконують різні біологічні функції: біологічний селен антиоксидант остеогенез

1) біоелектричну, пов'язану з виникненням різниці потенціалів на клітинних мембранах. Це властивість іонів використовується для регуляції функцій, особливо збудливих клітин (нервових, м'язових) і для проведення нервових імпульсів;

2) осмотичну, використовувану для регуляції осмотичного і гідроосмотіческого тиску;

3) структурну, обумовлену комплексообразующими властивостями металів. Іони металів входять до складу макромолекул (білків, нуклеїнових кислот, гема, хлорофілу і т.д.);

4) регуляторну, яка виявляється в тому, що іони металів, з'єднуючись з ферментами, впливають на їх активність і регулюють швидкість хімічних перетворень в клітці. Це пряме регуляторний дію катіонів. Непряма регуляторна функція полягає в тому, що іони металів необхідні для прояву дії іншого регулятора, наприклад гормону;

5) транспортну, засновану на участі деяких металів (в складі металопротеїдів) в перенесенні електронів або простих молекул. Наприклад, катіони заліза і міді входять до складу цитохромів, які є переносниками електронів, а залізо в складі гемоглобіну зв'язує кисень і бере участь в його перенесення;

6) енергетичну, пов'язану з використанням неорганічних фосфатних аніонів в освіті АТФ з АДФ;

7) механічну, або опорну.

8) синтетичну, пов'язану з використанням неорганічних аніонів для синтезу складних молекул.

Вода і розчинені в ній речовини, в тому числі мінеральні солі, створюють внутрішнє середовище організму, властивості якої зберігаються постійними або змінюються закономірним чином при зміні функціонального стану органів і клітин. Основними параметрами рідкого середовища організму є осмотичний тиск, рН і обсяг. Осмотичний тиск позаклітинної рідини в значній мірі залежить від солі (NaCl), яка в цій рідині міститься в найбільшої концентрації. Тому основний механізм регуляції осмотичного тиску пов'язаний зі зміною швидкості виділення або води, або NaCl, внаслідок чого змінюється концентрація NaCl в рідинах тканин, а значить, змінюється і осмотичний тиск. Регуляція об'єму відбувається шляхом одночасної зміни швидкості виділення і води, і NaCl. Крім того, механізм спраги регулює споживання води. Регуляція рН забезпечується виборчим виділенням кислот або лугів з сечею; рН сечі в залежності від цього може змінюватися в межах від 4,6 до 8,0. З порушенням водно-сольового гомеостазу пов'язані такі патологічні стани, як дегідратація тканин або набряки, підвищення або зниження кров'яного тиску, шок, ацидоз, алкалоз.В організмі людини міститься близько 3 кг мінеральних речовин, що становить 4% маси тіла. Мінеральний склад організму дуже різноманітний і в ньому можна виявити майже всю таблицю Менделєєва.

Мідь необхідна для нормального протікання багатьох фізіологічних процесів: кровотворення, остеогенеза, формування міеліна, репродуктивної функції і т.д. Іони міді впливають на перебіг жирового, вуглеводного, білкового і мінерального обміну. Найважливіша функція міді в організмі полягає в тому, що вона є каталізатором при утворенні гемоглобіну крові, хоча сама і не входить до його складу. Даний елемент підвищує всмоктування заліза в кишечнику і використання його запасів в тканинах, сприяє надходженню заліза в кістковий мозок, де вони спільно беруть участь в дозріванні еритроцитів. Мідь впливає на вуглеводний обмін, прискорює окислення глюкози.При недостатньому надходженні міді в організм або ж «витіснення» її з біогенних активних сполук антагоністами (Zn, Mo, S, Cd) у них розвивається захворювання - гіпокупроз.

Цинк. Біологічна роль цинку, в першу чергу, пов'язана з функцією ферментів. Входячи в структуру дегідрогеназ, цинк бере участь в окисно-відновних процесах клітин і тканин організму. У складі ДНК і РНК-полімерази, мікроелемент має значення в реалізації генетической інформації при біосинтезі білка. Цинк входить до складу деяких гормонів (інсулін, кортикотропний гормон. Таким чином, з наявністю даного елемента в організмі, пов'язані процеси клітинного дихання, обмін білків, нуклеїнових кислот, ліпідів, вуглеводів, плодючість, імунітет, а також енергетичний обмін.

Кобальт активує аргінази і в меншій мірі дипептидаза, піруваткарбоксілази, однак він знижує активність пепсину і уреази. Даний елемент бере участь в обміні жирних кислот, у вуглеводному обміні і реалізації функції фолієвої кислоти. Беручи участь в процесах гліколізу, іони Кобальта підвищують антитоксичну функцію печінки. Кобальт активізує захисну функцію епітеліальних тканин шкіри, кишечнику і бронхів щодо дії мікроорганізмів і їх токсинів. При дефіциті кобальту розвивається анемія.

Молібден. Данний елемент входить до складу ряду ферментів, які беруть участь в детоксикації чужорідних для організму речовин. Сприяє затриманню в органах фтору і таким чином перешкоджає розвитку карієсу, а також метаболізму заліза в печінці. Найбільша кількість молібдену містять ті органи, які приймають найактивнішу участь в обміні речовин, - печінка, нирки, менше його вміст у м'язах. При надлишку цього елементу деформуються суглоби, що ускладнює пересування, розсіяний склероз, при якому в спинному і головному мозку утворюються вогнища ураження нервових провідників. Також в високих дозах молібден пригнічує активність лужної фосфатази сироватки крові. Дефіцит же його є одним з факторів виникнення пухлин стравоходу.

Селен є потужним антиоксидантом. Він контролює окислювально відновні процеси на клітинному рівні (обмін глюкози, цикл Кребса, калієво-, натрієво-кальцієвий обмін і ін.), Пов'язаний з функцією понад 100 ферментів, які беруть участь в детоксикації продуктів метаболізму, регулює окислення жирних кислот, бере участь в синтезі найважливіших гормонів. Зміни, що відбуваються в організмі на тлі дефіциту селену, з патологоанатомічної та клінічної точок зору нагадують гіпо- та авітаміноз вітаміну Е.

Йод, активно впливає на обмін речовин і посилює процеси дисиміляції, необхідні для ендогенного синтезу гормонів щитовидної залози, а також для забезпечення нормального морфофункціонального стану щитовидної залози. Характерна ознака йодної недостатності - збільшення щитовидної залози («зоб»).

Фтор. В організмі даний мікроелемент становить 0,009% від загальної маси. Бере участь в утворенні опорних тканин, особливо кісткової, і зубів. Надає дію на активність багатьох ферментів і на обмін речовин в цілому. Надлишок фтору призводить до захворювання флюороз, при якому розвиваються патологічні процеси в кістках, особливо в зубах. З'являється (плямистість) емалі, зуби руйнуються і випадають. Розвиваються симптоми остеомаляції, остеопороза, остеолізу, так як фтор взаємодіє з іонами кальцію, магнію і фосфору, що призводить до порушення мінерального обміну (виражена гіпокальцемія). Він пригнічує активність ферментів, є біологічним конкурентом йоду. При тривалому надходження фтору у великих дозах зменшується відтворна функція. Доведено імунодепресивну дію фтору.

Хром активує фосфоглюкомутаза, трипсин, глікогенсинтетазу і утворює ком комплекси з РНК. У зв'язку з цим вважають, що хром стимулює біосинтез глікогену і білка, а також нормалізує ліпідний обмін. Біологічну активність проявляє тільки тривалентний хром. Він сприяє підтримці рівня цукру в крові, профілактиці атеросклерозу і серцево-судинних порушень, знижує рівень тримання в крові холестерину.

Майже всі елементи, що зустрічаються в земній корі, знаходяться в рослинних або тваринних організмах. Недостатнє або надмірний вміст мінеральних речовин в ґрунті або воді неминуче впливає на зміст їх в рослинах, рослинних кормах, а через них і в тканинах тварин (ґрунт і вода -> рослини - >корми і продукти харчування рослинного походження -> організм тварин і людини).

Вперше теоретичні основи вчення про зв'язок хімічного складу живих організмів і земної кори створив академік В.І. Вернадський. У 1940 році він вперше поставив питання про роль мінеральних речовин, як факторів зовнішнього середовища і поклав початок розвитку нової науки - біогеохімії (область науки, що вивчає міграції атомів і геохімічні процеси в біосфері). Працями його учня академіка А.П. Виноградова було доведено, що хімічний склад живої речовини залежить від хімічного складу природного середовища, а пізніше створено вчення про біогеохімічні провінції. Біогеохімічні провінції - це області на земній поверхні, де окремих елементів в ґрунтах і природних водах або недостатньо, або надлишково. У таких зонах у тварин і рослин розвиваються важкі захворювання, звані Біогеохімічні ендемії. Вчення про біогеохімічні провінції дозволило пояснити причину багатьох ендемічних захворювань якось: рахіт - виникає при нестачі кальцію в раціоні, сухотка - при нестачі кобальту в ґрунтах і на пасовищах, недолік марганцю є основною причиною таких захворювань домашньої птиці, як перозис і хондродистрофия, лізуха розвивається при нестачі міді, недолік йоду в ґрунті і воді є головною причиною ендемічного зобу, надмірне поглинання з травою молібдену викликає сильний виснажливий пронос, який спостерігається у корів, анемія розвивається при нестачі заліза в ґрунті і воді. Елементарний склад організму тварин. Загальна маса всіх живих організмів, що населяють Землю, становить приблизно 1013-1015 т. Порівняння хімічного складу живих організмів і неживої природи (атмосфери і земної кори) свідчить про те, що живі організми пристосували для своєї діяльності не всі найпоширеніші елементи земної кори (літосфери ). Наприклад, один з найбільш поширених елементів літосфери - кремній - лише в невеликих кількостях міститься в деяких видах рослин, а в організмі тварин присутні лише його сліди. Відомо, що до складу органів і тканин тварин і людини входять понад 70 елементів з періодичної системи Д.І. Менделєєва. За кількісним вмістом в організмі їх можна розділити на макроелементи (їх концентрація вище 0,001%), мікроелементи (концентрація яких складає 10-6 - 10-3%) і ультромікроелементи (концентрація менше 10-6%).

До групи макроелементів відносяться: кисень, водень, вуглець, азот, сірка, фосфор, кальцій, натрій, калій, магній, хлор і залізо.

До мікроелементів - йод, фтор, марганець, цинк, мідь, молібден, кобальт, селен, бор, бром та ін. І до ультромікроелементам відносяться: літій, алюміній, кремній, олово, миш'як, титан, ванадій, хром, срібло, вольфрам і інші.

Майже 99% від перерахованих елементів припадає на частку кисню, водню, вуглецю і азоту, в той час як зміст трьох останніх в земній корі мізерно. Вони є складовими компонентами води, білків, ліпідів і мінеральних речовин тваринного організму.

Наприклад, катіон кальцію і аніон фосфору входять до складу гідроксиапатиту і фосфату кальцію кісток і визначають їх механічну міцність;. Наприклад, Йод- бере участь в синтезі іодтіронінів в клітинах щитовидної залози; Відомо, що макро- і мікроелементи є з одного боку, синергистами, а з іншого - антагоністами. У зв'язку з цим слід знати про антагонізм, існуючому між кальцієм і цинком, натрієм і літієм і т.д. Явище антагонізму між хімічними елементами в живому організмі обумовлено їх фізико-хімічними і електрокінетичні властивостями. Форми існування мінеральних речовин в організмі також різноманітні.

В кістках мінеральні речовини зустрічаються в формі нерозчинних солей.Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Мінеральні елементи можутРазмещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

ь входити до складу органічних з'єднань.

Мінеральні елементи можуть знаходитися в організмі у Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

вигляді іонів.

Добова потреба в мінеральних речовинах невелика і надходять вони в організм з їжею. Їх кількості зазвичай в їжі досить. Однак в окремих випадках їх може не вистачати. Наприклад, в деяких місцевостях не вистачає йоду, в інших надлишок магнію і кальцію.

Виводяться з організму мінеральні речовини трьома шляхами в складі сечі, кишечником - в складі калу і з потом - шкірою.

Потреба організму в мікро- та мікроелементах залежить від віку, статі, фізіологічного стану, фізичного навантаження, стану ЦНС. Усі елементи потрапляють в організм з їжею в вигляді солей комплексів та в складі органічних речовин. Вони всмоктуються в кишечнику. Легше всмоктуються розчинні солі з катіонами натрію та калію, а солі з катіонами магнію та кальцію всмоктуються гірше. З аніонів найкраще всмоктуються іони хлору, повільніше всмоктуються іони брому, нітрат- та сульфат-іони. Деякі хімічні елементи всмоктуються в складі органічних сполук: так, наприклад, сірка в складі цистеїну, йод в складі тиронину. Після всмоктування мінеральні речовини потрапляють до різних органів та тканин. Значна кількість мінеральних речовин депонується в печінці, але є окремі депо, де відкладаються окремі макро- та мікроелементи: залізо в кістковому мозку, в селезінці; фосфор, кобальт, магній в кістковій тканині; цинк в підшлунковій залозі; йод в щитовидній залозі. Подібна особливість характерна для рослин: плауни нагромаджують алюміній, отруйні гриби - селен. Шляхи виділення елементів різні: основна частина виходить через нирки з сечею, певна кількість - через кишечник (важкі елементи) та шкіру. При високій температурі та вологості втрати мінеральних речовин з потом значні, що негативно впливає на сольовий баланс. Регулюється сольовий обмін ЦНС та ендокринною системою (мінералокортикоїди, адреналін (знижує потовиділення), тироксин (підвищує потовиділення)).

Размещено на Allbest.ru