3. Понятие о биогенных элементах.

В настоящее время считается, что в живых организмах содержатся все элементы, встречающиеся в природе. При формировании биосистем наибольшее значение имеют элементы, способные давать достаточно прочные и энергоемкие химические связи, которые в то же время достаточно лабильные, т.е. могут легко разрываться в результате биохимических реакций.

Из внешней среды химические элементы попадают в организм человека тремя путями: через желудочно-кишечный тракт (ЖКТ), дыхательную систему и кожу.

Химические элементы периодической системы, которые участвуют в процессах жизнедеятельности и развития организмов, называются биогенными. Около 60-65 элементов.

Существует несколько классификаций биогенных элементов. Мы рассмотрим – по количественному содержанию.

Итак, по количественному содержанию условно все биогенные элементы можно разделить на три класса:

• макроэлементы – содержание в организме более 10^–2 % от массы тела.

Это 11 элементов: O, C, H, N, P, S, Na, K, Ca, Mg, Cl.

Из них 6 элементов – органогены: O, C, H, N, P, S. Это s- и р-элементы малых периодов.

• микроэлементы – содержание в организме от 10^–3 % до 10^–5 % от массы

тела.

Наиболее важные из них: Fe, Mn, Zn, Cu, Co, Mo, J и т.д. – в основном d-элементы. Установлено, чем боль­ше заряд ядра, тем меньше содержание элемента в организме и тем токсичнее его соединения.

• ультрамикроэлементы – менее 10^–5 % до 10^–12 % от массы тела.

Это: Hg, Au, U, Ra и т.д.

4. Топография биогенных элементов и их биологическая роль.

Макроэлементы:

1. Органогены (с, н, о, n, s, р):

• составляют основу органов и тканей организма, входят в состав основных биоорганических веществ: белков, углеводов, нуклеиновых кислот, липидов, витаминов, гормонов и т.д. Поэтому они распределены по всему организму.

• кроме того Н и О образуют воду – «универсальный растворитель» в организме. Все физиологические, биохимические, физико-химиче­ские процессы протекают в водной среде. Содержание воды в организме зависит

• от возраста: младенцы 80-85%, взрослые 65-70%

• от вида ткани или биологической жидкости: плазма крови, лимфа 90%; моча 80%; мозг 80-90%; костная ткань 35%.

• элемент Р, кроме того, что входит в состав биоорганических веществ (фосфолипиды, нуклеиновые кислоты, АТФ и т.д.), а также в состав неорганических соединений (в виде фосфата кальция Ca₃(PO₄)₂):

• основа костной ткани или основа твердой ткани зубов

(Ca₅(PO₄)₃Х, где Х: ОН, Cl, F), причем это составляет 85% от массы всего фосфора в организме.

• в организме неорганический фосфор содержится в виде анионов фосфорной кислоты Н₂PO₄^– и НPO₄^2–, которые участвуют в фосфорилировании – важнейшем процессе тканевого дыхания. И, наконец, фосфатный буфер крови, для поддержания постоянства рН.

Более подробно о биологической роли органогенов – при изучении биохимической дисциплины.

2. Элементы Na, K, Ca, Mg, Cl находятся в виде ионов:

• образуют электролитный состав организма.

Электролиты в организме выполняют важную биологическую роль:

• осмотическое давление

• кислотно-щелочное равновесие

• водно-солевой обмен

• передача нервных импульсов

• активация ферментативных процессов

• они также распространены по всему организму, при этом Na⁺ и Са²⁺ – основные внеклеточные ионы, а К⁺ и Mg²⁺ – внутриклеточные ионы, Cl^– – содержится в плазме и лимфе.

• катионы этих металлов кроме общих свойств проявляют и специфические. Например:

• Na⁺ – обеспечивают удержание воды в организме (15 г NaCl удерживают 2 л Н₂О в организме). При уменьшении концентрации Na⁺ снижается количество воды, связанной с белками, а свободная вода легко выводится из организма.

• К⁺ – участвуют в синтезе белков, обмене углеводов (активация ферментов гликолиза), действуют на деятельность миокарда.

• Mg²⁺ – являются комплексообразователями, проявляя наибольшее сродство к фосфатсодержащим лигандам. За счет комплексообразования, они активизируют ферменты окисли­тельного фосфорилирования, репликации ДНК, минерализации костной ткани. Во внутриклеточной жидкости ионы Mg²⁺ образуют комплексы с АТФ и АДФ, способствуя их активному гидролизу: Mg²⁺ + АТФ^4–  [MgАТФ]^2–. Можно добавить, что Mg²⁺ комплексуется с атомами азота, так в хлорофилле растений Mg²⁺ занимает центральное место в протопорфириновом кольце, образуя четыре связи с его атомами азота. Mg²⁺ – подавляет в мозгу центры регуляции дыхания, снижает артериальное давление, усиливает перистальтику кишечника.

• Са²⁺ – образуют основной минеральный компонент костной ткани Са₅(РО₄)₃ОН; оказывают влияние на свертываемость крови, регуляции сердечного ритма; обладают антиаллергическим действием.

Микроэлементы:

Входят в состав ферментов, гормонов, витаминов и других биологически активных соединений. Они выполняют роль или комплексообразователей (200 металлоферментов) или активаторов, оказывая огромное влияние на обмен веществ, процессы размножения, кроветворения, костеобразования и т.д. Микроэлементы неравномерно распределены между тканями и органами. Большинство микроэлементов в максимальной концентрации содержатся в печени, это депо – микроэлементов.

Отдельные микроэлементы проявляют органную локализацию:

• J – щитовидная железа

• F – эмаль зубов

• Zn – поджелудочная железа

• Мо – почки

• Ва – сетчатка глаза

• Sr – кости

• Au – ногти, волосы

Для нормального протекания физиологических процессов в организме должен поддерживаться микроэлементный гомеостаз. Контролируют этот процесс гормоны. Изменение содержания микроэлементов в тканях различных органов является причиной развития патологии и следовательно может служить диагностическим тестом.

Подробно: Fe, Cu, Zn – сообщения 5-7 минут.

Что хуже избыток или недостаток микроэлементов?

И то, и другое. Недостаток – резкое нарушение процессов метаболизма; избыток – токсичность.