15.2. Электролиты тканей

Обмен воды тесно связан с обменом электролитов. Значение минеральных солей в питании животных и человека изучено дос­таточно подробно. Животные получают минеральные вещества в составе кормов и питьевой воды. Поэтому имеется прямая связь минерального питания с окружающей средой. Почти все элемен­ты земной коры встречаются в составе растений и животных тка­нях. Недостаточность или избыточное содержание отдельных элементов в окружающей среде, и как результат —в кормах — приводит к различным нарушениям (учение В. И. Вернадского, А. П. Виноградова, Я. В. Пейве, В. В. Ковальского и др.). Пробле­мы биогеохимии изучались особенно интенсивно в последние де­сятилетия. Отдельные области земли различаются между собой химическим составом почв и природных вод — в них может быть повышенное или пониженное содержание отдельных химических элементов. На этой почве у животных и человека развиваются эн­демические заболевания (от гр. endemos — домашний). В нашей стране изучены районы, эндемичные по зобу из-за недостатка иода. В районах Нечерноземья РФ зарегистрировано пониженное содержание кобальта, иода, меди, в результате чего развиваются акобальтозы, авитаминоз В₁₂, анемия, эндемический зоб. Между отдельными элементами при их действии на организм существует антагонизм, например между Са⁺² и Zn⁺²; Zn⁺² и Cu⁺²; Cu⁺² и Мо⁺²; Мо⁺² и S⁺²; Со⁺² и Мп⁺² и т. д. Нарушение минерального обмена у животных возникает в связи с загрязнением окружаю­щей среды, интенсивной технологией земледелия.

Ионы металлов в организме рассматриваются в качестве комп- лексообразователей. Они входят в состав ферментов; в настоящее время известно свыше 300 металлосодержащих ферментов. В од­них случаях (истинные металлоферменты) ион металла прочно связан с ферментом, являясь коферментом (к ним относятся фер- менты-металлопротеины, содержащие ионы Cu⁺², Fe⁺² — железо- серные белки, цитохромы и т.д.); в других случаях эта связь не­прочная, т. е. ион металла является кофактором.

Истинные металлоферменты участвуют в окислительно-восста­новительных процессах. В активные центры этих ферментов, как правило, входят строго определенные катионы, которые не удает­ся заменить другими. В составе истинных металлоферментов чаще всего находятся медь, молибден, цинк (Cu²⁺, Мо⁺², Zn⁺²). В фер­ментах, где металл с апоферментом связан непрочно, минераль­ный компонент не является строго специфичным и может заме­няться другими близкими по химическим свойствам металлами.

Биологическая активность элементов в организме во многом зависит от их атомного строения: с нарастанием атомной массы, как правило, увеличивается токсичность элементов, уменьшается их процентное содержание.

В организме всего 2...3 % минеральных веществ, но они рас­пределяются неравномерно. Натрий содержится в больших коли­чествах в различных жидкостях организма; калий — внутри кле­ток; кальций, фосфор, магний, фтор — в костной ткани.

Минеральные вещества усваиваются в основном в тонкой киш­ке, а некоторые ионы всасываются в желудке, а также в толстой кишке. Всасывание их —активный, контролируемый, сложный процесс. После всасывания солей их ионы откладываются избира­тельно.

Кальций, магний, фтор, фосфор, стронций, цезий, рубидий, бериллий, алюминий, свинец, олово, титан откладываются в кост­ной ткани; натрий, калий — в мышцах, коже; железо, медь, ко­бальт, марганец, никель, молибден, селен накапливаются в пе­чени.

Основное значение минеральных веществ — это регуляция фи- зико-химических процессов в тканях организма. Они принимают участие в формировании третичной и четвертичной структуры биополимеров, что обеспечивает нормальные ферментативную и гормональную активность; реализацию генетической информа­ции, заложенной в нуклеиновых кислотах; формирование надмо­лекулярных структур клеточных образований. Например, актив­ная форма инсулина образуется с ионами цинка; биологическая активность рибонуклеиновых кислот проявляется с участием ионов цинка, марганца, никеля; диссоциация рибосом на субъе­диницы 60S и 40S и ассоциация этих субъединиц; образование третичной структуры транспортных рибонуклеиновых кислот свя­заны с ионами магния; окислительное фосфорилирование в мито­хондриях и свободное окисление происходят с участием ионов железа и меди.

Минеральные вещества принимают участие в ферментативном катализе. В виде комплекса с металлом фермент проявляет макси­мальную активность, приобретая соответственную пространствен­ную конфигурацию: ион металла участвует в образовании третич­ной и четвертичной структуры белков и нуклеиновых кислот. Из­вестно около 100 ферментов, активность которых обусловливается ионами Na⁺, К⁺, Cl~, Zn⁺²; ферменты мультимеры образуются с участием ионов металлов Mg⁺², Mn⁺², Zn⁺², Са⁺² и др.

Минеральные вещества тесно связаны с обменом нуклеиновых кислот. Так, вторичная и третичная структура ДНК и РНК под­держивается ионами Fe⁺², Cu⁺², Mn⁺², Mg⁺², Co⁺². Ферменты, ус­коряющие распад и синтез нуклеиновых кислот, нуклеотидов, нуклеозидов, пуринов, пиримидинов, активируются ионами ме­таллов, где особенно важную роль играют ионы магния. Важную роль играют металлы в обмене белков, липидов, углеводов.