Минеральные вещества и обмен нуклеиновых кислот

Как уже было сказано выше, катионы металлов принимают не­посредственное участие в поддержании вторичной и третичной структур ДНК и РНК. В частности, это катионы Fe²⁺, Mn²+, Cu²⁺, Zn²⁺, Co²⁺,Ni²⁺. Предполагают, что стабилизация структур нуклеиновых кислот достига­ется благодаря возникновению межмолекулярных сшивок через ионы металлов. Аналогично этому ионы металлов принимают участие в по­строении нуклеопротеидов, связывая молекулы белков и нуклеиновых кислот.

Большинство ферментов обмена нуклеиновых кислот являются металлозависимыми. Особенно велика роль Мg²⁺ , он активирует действие более 10 ферментов нуклеинового обмена. Ионы Са²⁺ и Ва²⁺ увели­чивают, a Zn²⁺ уменьшает активность рибонуклеазы. Распад ДНК под действием дезоксирибонуклеазы усиливается в присутствии Мn²⁺, Са²⁺, Fe²⁺ и Со²⁺. Ионы Мn²⁺ активируют фосфодизстеразы, ионы Мо⁶⁺ усили­вают, а ионы меди тормозят действие ксантиноксидазы.

Интересна роль бора в обмене нуклеиновых кислот. При его от­сутствии сильно тормозится биосинтез нуклеиновых кислот и усиливается их распад вследствие повышения активности рибонуклеазы. Полагают, что влияние бора связано с его участием в окислительном фосфорилировании и синтезе нуклеозидтрисросфатов - исходных веществ для биосин­теза нуклеиновых кислот.

Минеральные вещества и обмен белков

Распад и синтез белков зависят от ряда неорганических ионов. Ионы Mn²⁺, Fe²⁺, Со²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺ повышают активность пептидгидролаз и аргиназы, т.е. способствуют деструкции белков. Биосинтез белков идёт при участии ионов Мg²⁺ и Мn²⁺. Ион магния необходим для протекания реакции активации аминокислот и поддержания целостности рибосом.

Ион Мn²⁺ обеспечивает осуществление аминоацилтрансферазной реакции при сборке полипептидной цепи. В процессах обмена аминокис­лот важную роль играют ионы Со²⁺, Мg²⁺, Мn²⁺, Fe²⁺ и др.

Минеральные вещества и обмен углеводов и липидов

В процессе обмена углеводов огромное значение имеют ионы Мg²⁺: они активируют большинство ферментов гликолиза. В ряде случаев они могут быть заменены ионами марганца. Одна из основных реакций гликолиза - окисление З-фосфоглицеральдегида - протекает при участии Zn²⁺ . Ионы Са²⁺ имеют огромное значение для поддержания структуры фермента амилазы, необходимого при переваривании углеводов.

Образование углеводов в процессе фотосинтеза невозможно без участия ионов Mg²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Сu²⁺, In³⁺, Со²+, В³⁺.

Распад липидов активируется ионами Са²⁺, так как эти ионы усиливают действие ферментов: липазы, фосфолипаз, липопротеинлипаз. Процессы - β-окисления ацил-КоА идут активнее в присутствии ионов Сu^{2 +} и Fe²⁺, а при синтезе ацетил-КоА, фосфохолина и холинфосфатидов необходим Мg²⁺.

Заключительный этап распада углеводов и липидов - Цикл Кребса осуществляется при участии Мn²⁺, который активирует почти все фер­менты цикла Кребса. Аналогично в некоторых случаях могут действовать Mg²⁺,Co²⁺ и Zn²⁺.

14.4. Регуляция минерального обмена

Многие минеральные вещества, поступая в живой организм, об­разуют там специфические соединения и в таком виде задерживаются и накапливаются в организме. Причём концентрирование элементов в жи­вой природе видоспецифично и наследственно. Так, например, свыше 150 растительных видов накапливают литий, плауны - АI, водоросли - йод (в виде производных тирозина), обыкновенный мухомор - селен (в ви­де Se - цистеина) и т.д. Макроэлементы Са и Р у высших животных и че­ловека образуют фосфат кальция - основу костной ткани. Сера в боль­шом количестве входит в состав органических соединений (HS - группы аминокислот, пептидов и белков, SO₃H группы в гетерополисахаридах). Фосфор также накапливается в виде органических соединений (фосфор­ные эфиры, фосфопротеиды и др.). Мg, К, Na существуют в организме в ионной форме, нейтрализуясь анионами СI, фосфата, гидрокарбоната. Мg и Fe содержатся в составе хлорофилла и гемоглобина. Микроэлемен­ты, как правило, вступают во взаимодействие с белками и нуклеиновыми кислотами. Минеральные вещества, безполезные для организма, чаще всего не усваиваются. Например, кремнекислоты, содержащиеся в кор­мовой зелёной массе, совершенно не усваиваются животными.

Обмен ряда минеральных веществ протекает очень энергично. Это особенно ярко проявляется, когда элемент выводится из организма в составе какого-либо нормального продукта жизнедеятельности. Напри­мер, у млекопитающих большие количества Са и Р выводятся в процессе лактации. Характерной особенностью обмена минеральных веществ яв­ляется, с одной стороны, взаимозаменяемость ряда из них (о чём уже говорилось) и антагонизм действия - с другой. Так, в ферментативных процессах, там где К⁺, NH₄⁺ или Rb⁺ - активаторы, Na⁺, Li⁺ или Cs⁺ - ин­гибиторы. В таких же отношениях находятся Мg²⁺ и Са²⁺, Мn²⁺ и Zn²⁺ и т.д.

Минеральные вещества относятся к незаменимым пищевым факторам. Хотя и возможна относительная взаимозаменяемость некото­рых минеральных веществ, но невозможность их взаимопревращений в организме является причиной незаменимости этих веществ. Суточная потребность взрослого человека в отдельных минеральных веществах сильно колеблется: от нескольких граммов (макроэлементы) до нескольких миллиграммов или микрограммов (микро- и ультрамикроэлементы) (табл. 19).

Таблица 19. Средняя потребность взрослого человека в главных минеральных веществах

Минеральные вещества	Суточная потребность	Минеральные вещества	Суточная потребность
Вода	≈2л	NaCI	≈10 г
Кальций	0,8-1 г	Фосфор	1- 1,5 г
Калий	2,5-5г	Магний	0,3-0,5 г
Железо	15 мг	Цинк	10 -15 мг
Марганец	5-10 мг	Медь	2 мг
Молибден	0,5 мг	Селен	0,5 мг
Иод	0,1-0,2 мг

Регуляция минерального обмена осуществляется центральной нервной системой по принципу «плюс-минус» межгормональных взаимо­отношений (см. главу 16). Обмен главных минеральных веществ (воды, ионов натрия, калия, хлора, гидрокарбонат-ионов, фосфат-ионов и др.) регулируется главным образом действием гормонов надпочечников, а именно минералокортикоидов.