Минеральные вещества и их биологические функции - Обмен минеральных веществ и его нарушения

Неорганические или минеральные вещества находятся в организме в виде ионов, причем должно соблюдаться правило электронейтральности, согласно которому сумма положительных зарядов катионов и отрицательных зарядов анионов должны быть равны, хотя и могут быть колебания в содержании отдельных катионов и анионов.

Для всех живых организмов имеет место разница концентраций (градиент) основных неорганических ионов между внутриклеточной и внеклеточной средой, разделяемых клеточной мембраной, что является крайне важным для проявления многих биологических функций. Свою роль в организме неорганические компоненты могут осуществлять в результате комплексообразования с органическими молекулами, образуя более или менее прочные биокомплексы.

Неорганические ионы в живой клетке могут выполнять следующие биологические функции:

1. Механическую или опорную. В первую очередь это касается скелета, где сосредоточено более 80% неорганических солей организма. Катион кальция и анион фосфора входят в состав гидроксиапатита - основного минерального компонента кости - 3 Са3(Р04)2 * Са(ОН)2. На поверхности кристаллов гидроксиапатита могут происходить реакции замещения ионов кальция или фосфат - ионов другими, содержащимися в костях организма. Поэтому минеральный компонент кости не является чистым гидроксиапатитом, а содержит примеси карбоната (С03-2), фторида (F-), натрия (Na+), магния (Mg+2), стронция (Sr+2), кобальта (Со+2) и др.

Нерастворимые или труднорастворимые минеральные компоненты выполняют также механические функции, входя в состав волос, шерсти, роговых образований, перьев.

    2. Осмотическую функцию, заключающуюся в поддержании определенной величины осмотического давления в жидкостях организма, необходимого для нормальной жизнедеятельности. Осмотическое давление способствует перемещению воды и растворимых веществ в тканях организма. Осмотическое давление внеклеточных жидкостей определяется в основном ионами натрия, хлора, бикарбоната, а внутри клеток - калием, магнием и органическими веществами. Осмотическое давление регулируется задержанием или удалением из организма воды, а также осмотически активных веществ, в основном NaCl, которые выводятся через почки и потовые железы. 3. Регуляторную функцию, обусловленную способностью ионов металлов взаимодействовать с ферментами и оказывать влияние на скорость соответствующих химических реакций. Взаимодействие ионов металлов с ферментами является частным проявлением их способности к комплексообразованию. Все ферменты, нуждающиеся для проявления своей максимальной активности в металлах, делятся на 2 группы: метал - лоферменты и ферменты, активируемые металлом.

В металлоферментах металл образует стабильные координационные комплексы, и не удаляется диализом. В ферментах этого типа находятся обычно переходные металлы, они присутствуют всегда в сте - хиометрических количествах (обычно 1-8 атомов на молекулу фермента, иногда в молекуле фермента содержится 2 различных металла). Например, моноаминооксидаза из плазмы крови крупного рогатого скота содержит 1 атом меди на молекулу фермента, сукцинатдегидрогеназа из сердца свиньи - 4 атома железа на молекулу, алкогольдегидрогеназа из печени свиньи - 8 атомов железа и 2 атома молибдена, карбоангидраза из эритроцитов крупного рогатого скота -1 атом цинка.

В ферментах, активируемых металлами, металл связан с ферментом непрочно и может быть легко удален диализом. Активаторами одного или нескольких ферментов могут быть ионы Na+, К+, Rb+, Cs+, Mg2+, Са2+, Zn2+, Cd2+, Cr2+, Cu2+, Mn2+, Fe2+, Co2+, Ni2+. Катионы, имеющие, примерно, одинаковые ионные радиусы, электронную конфигурацию и электроотрицательность в ряде случаев могут заменять друг друга.

    4. Биоэлектрическую функцию, обусловленную возникновением разности потенциалов на клеточных мембранах. Это, так называемый, мембранный потенциал покоя, связанный с различием ионного состава по обеим сторонам мембраны, в частности ионов натрия и калия. Это различие поддерживается работой натриевого насоса, выкачивающего ионы натрия во внеклеточную среду и накачивающего ионы К+ внутрь клетки. Наличие такого потенциала в нервных клетках необходимо для возникновения и распространения нервного импульса. 5. Функцию поддержания рН жидкостей организма, связанную с вхождением неорганических ионов в состав буферных систем, например, таких как фосфатная или гидрокарбонатная системы. Особое значение имеет гидрокарбонатная буферная система (НС03-/Н2С0з). Нормальное протекание процессов обмена веществ в органах и тканях возможно только при строго определенной рН среды. 6. Структурная функция, обусловленная вхождением металлов в состав макромолекул. Например, обязательным структурным компонентом гема является железо, атомы меди являются неотъем - лимой частью молекулы церулоплазмина, атом магния - хлорофилла и т. д. 7. Энергетическая функция, так как для синтеза АТФ, которая является основным аккумулятором энергии в живых системах, необходимы неорганические фосфат - ионы.

На потребность животных в минеральных веществах влияет много факторов - возраст, пол, порода, уровень продуктивности, физиологическое состояние и др. Полноценное минеральное питание в соответствии с разработанными и утвержденными нормами - одно из необходимых условий нормального функционирования всех органов и систем организма животных. Например, суточная потребность лактирующих коров массой 500 кг в кальцин, фосфоре, магнии и натрии составляет 45, 37, 18 и 12 г. соответственно при удое 5 кг, а при удое 30 кг уже - 135, 85, 31 и 27 г. Минеральные вещества поступают в организм с кормом и питьевой водой, и в случае, если их не хватает, то их специально добавляют в рацион. Наиболее распространенные минеральные добавки - хлорид натрия (лизунец), фосфорнокислые соли, такие микроэлементы как кобальт, медь, железо, цинк, марганец, селен и др.

В кормах могут находиться вещества уменьшающие доступность минеральных веществ из кормов или ухудшающих их использование в тканях и органах после всасывания. Например, известно, что фосфор плохо всасывается из фитиновых соединений, которых особенно много в зерне. Существенно снижается использование минеральных веществ, при нарушенном соотношении их в кормах. Избыток в рационе кальция тормозит усвоение фосфора и наоборот. При избытке в рационе молибдена и сульфатов нарушается усвоение меди. В некоторых растениях содержатся так называемые, зобогенные вещества, которые тормозят использование иода щитовидной железой. Нарушения минерального обмена могут наблюдаться при недостатке витаминов в кормах (гиповитаминозах), высокой интенсивности обменных процессов в организме высокопродуктивных животных, заболеваниях желудочно-кишечного тракта и других расстройствах.

Поэтому необходим оперативный контроль за состоянием минерального обмена в организме животных, направленный на обнаружение несоответствия поступления минеральных веществ в организм его физиологическим потребностям и выявлению самых ранних предклинических стадий нарушения минерального обмена. При этом необходимо иметь в виду, что объективно оценить состояние минерального обмена можно лишь при комплексном изучении большого числа элементов, так как их обмен тесно связан между собой. Наиболее часто исследуют содержание минеральных веществ в сыворотке крови.

Похожие статьи




Минеральные вещества и их биологические функции - Обмен минеральных веществ и его нарушения

Предыдущая | Следующая