- •Глава 14. Водно-солевой и минеральный обмен
- •14.1. Водно-солевой обмен Содержание воды в организме и клетке
- •Роль и функции воды в процессе жизнедеятельности
- •14.2. Регуляция водно-солевого обмена
- •Регуляция рН
- •14.3. Минеральный обмен Минеральные вещества
- •Функции минеральных веществ
- •Минеральные вещества и обмен нуклеиновых кислот
- •Минеральные вещества и обмен белков
- •Минеральные вещества и обмен углеводов и липидов
- •14.4. Регуляция минерального обмена
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 Сu2 + 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.