Микроэлементы в организме

Железо в организме | Марганец в организме | Цинк в организме | Йод в организме | Медь в организме | Кобальт в организме | Кремний в организме | Молибден в организме | Селен в организме | Ванадий в организме | Хром в организме

В состав тканей организма человека и животных входят почти все элементы, встречающиеся в природе. Одни из них — так называемые макроэлементы, содержащиеся в тканях в значительных количествах, а другие — микроэлементы — находятся в очень небольших количествах.

Известно, что твердые компоненты клеток состоят главным образом из следующих элементов: углерода, водорода, кислорода, азота, серы и фосфора. Однако после сжигания отдельной ткани или всего организма в образующейся золе (обычно она составляет по весу 3—5% всего твердого вещества, но в минерализованных тканях ее значительно больше) присутствуют и многие другие химические элементы.

В организме животных на долю кислорода приходится 53%, углерода — 20%, водорода — 10%, азота — 3%, кальция — 1,5%, фосфора — 1%, калия — 0,25%, натрия 0,1%, хлора — 0,1%. Обнаружены также и следующие элементы: магний — 0,04%, железо — 0,04%, медь — 0,0005%, марганец — 0,0002%, йод — 0,00004%, следы молибдена, цинка, фтора и некоторых других. Из этих элементов жизненно важными являются железо и цинк. Другие элементы, относящиеся к металлам, в организме человека присутствуют не менее 1 г каждого. Из них играют существенную роль медь, марганец и кобальт. Роль других элементов — хрома, олова и ванадия — для высших животных была выявлена лишь недавно.

По всей вероятности, необходимыми являются такие элементы, как свинец, никель и ряд других. Среди металлоидов в золе преобладают фосфор, сера и хлор. Помимо этих трех элементов, жизненно важных для всех организмов, высшим животным необходимы селен, фтор, кремний, йод, а растениям — бор.

11 элементов — углерод, водород, кислород, азот, сера, фосфор, натрий, калий, магний, кальций и хлор — составляют 99,9% массы тела человека. Но для жизнедеятельности высших организмов необходимо присутствие в следовых количествах еще 12 элементов — ванадия, хрома, марганца, железа, кобальта, меди, цинка, бора, кремния, фтора, йода и олова. Последние 12 элементов и относятся к микроэлементам. То есть микроэлементами называются минеральные вещества, обнаруживаемые в тканях, в том числе и в крови, в очень небольших количествах.

Железо

Железо является одним из элементов, наиболее распространенных в земной коре. В обычных почвах его содержание достигает 4%. Функции железа в живых клетках многочисленны и разнообразны. 70% из 3—5 г железа, содержащихся в организме человека, сосредоточено в эритроцитах, в основном они находятся в резервной форме. Суммарное содержание всех железосодержащих ферментов составляет небольшое количество. Хотя средние концентрации получаются низкими, железо сконцентрировано в окислительных ферментах мембран, и, следовательно, локальные его концентрации могут быть значительно выше.

В тканях человека и животных, а также в зеленых растениях и грибах значительная часть железа находится в форме ферритина, красновато-коричневого водорастворимого белка, представляющего собой резервную форму железа в растворимом и нетоксичном состоянии, легко пригодном для применения. Ферритин — несколько необычный белок. Содержание железа в нем составляет 17—23%, причем оно находится в виде расположенной в центре плотной массы гидратированной гидроокиси железа, заполняющей пространство. Масса эта окружена белковой оболочкой из 24 субъединиц. Молекулярный вес апоферритина 445 000, а каждая субъединица имеет вес 18 500.

Другая резервная форма железа — гемосидерин, по-видимому, состоит из молекул ферритина с добавочным количеством железа. Избыток железа может откладываться в тканях в виде метаболически инертного гемосидерина.

Недостаток железа в организме может вызвать нарушение последнего этапа синтеза гема — превращение протопорфирина в гем. Как результат этого развивается анемия, сопровождающаяся увеличением содержания порфиринов, в частности протопорфирина в эритроцитах. Таким образом, железо, входя в состав гемоглобина, способствует переносу кислорода от легких к тканям. В составе ферментов геминовой природы железо выполняет каталитическую функцию, участвует в окислительно-восстановительных реакциях (цитохромы, цитохромоксидаза, катализа, пероксидаза). Эта функция железа объясняется его свойством обратимо окисляться и восстанавливаться.

В среднем суточный рацион человека содержит 15 мг железа - из них в организм всасывается около 1 мг. Обычно этого достаточно, чтобы компенсировать небольшие потери железа (в основном с желчью). В организме человека нет, по-видимому, механизма, обеспечивающего выведение из организма избыточных количеств железа. Содержание железа регулируется только уровнем его поступления в организм. Механизм регуляции всасывания железа пока неясен, но установлено, что, оказавшись в организме, железо связывается трансферрином — белком, содержащим два центра связывания железа.

Марганец

Обычно его содержание в тканях составляет в пересчете на сухой вес менее одной части на миллион. Содержание марганца в костях несколько выше. Тем не менее этот элемент является необходимым компонентом пиши, и его недостаток приводит к заболеваниям с четко выраженными симптомами, в частности к дегенерации яичников и семенников, к укорочению и искривлению конечностей и к другим деформациям клеток. В костях и хрящах становится заметно меньше органического матрикса. Понижается содержание в хрящах галактозамина, а также гиалуроновой кислоты.

Большую роль в функционировании некоторых ферментов играет, по всей вероятности, менее устойчивый ион марганца, который, возможно, участвует также в процессе высвобождения кислорода при фотосинтезе.

Специфическую потребность в марганце испытывают ферменты, участвующие в синтезе мукополисахаридов, а также лактозосинтезе. Пируваткарбоксилаза содержит четыре прочно связанных иона марганца, по одному на каждую из молекул биотина. Ион марганца необходим для каталитического действия фермента на стадии транскарбоксилирования.

Марганец активизирует биологическое окисление и имеет отношение к биосинтезу аскорбиновой кислоты в растениях.

Цинк

В среднем человек поглощает 10—15 мг цинка в день. Несмотря на то что цинк всасывается плохо, его концентрация в тканях относительно высока, причем этот металл имеет очень важное значение для активности многих ферментов. Общее содержание цинка в организме человека весом 70 кг составляет 1,4—2,3 г. Ионы цинка необходимы для функционирования термолизина, дипептидаз, щелочной фосфотазы, РНК-полимераз, ДНК-полимераз, карбоангидразы (цинк эритроцитов целиком принадлежит карбоангйдразе), некоторых алкогольдегидрогеназ. Известно, что цинк связывается и с гексамерами инсулина, участвующего в обмене углеводов, способствует активизации адренокортикотропного гормона гипофиза и половых гормонов.

Йод

Входит в состав гормонов щитовидной железы — тироксина и трийодтиронина, играющих важную роль в обмене веществ. 65—76% йода крови находится в органически связанной форме. В крови тироксин содержится главным образом в связанной с белками форме.

Медь

Несмотря на многообразие функций меди в живых организмах, лишь в 1924 г. стало ясно, что этот элемент является необходимым компонентом пищи. Медь настолько широко распространена в пищевых продуктах, что не было зарегистрировано случаев, чтобы у человека наблюдались признаки ее недостаточности. Недостаточность меди изредка встречается у животных: иногда вследствие того, что поглощению меди препятствует цинк, а иногда из-за связывания меди молибдатом в виде инертного комплекса. Имеются бедные медью пустынные земли в Австралии, где не выживают ни растения, ни животные.

У животных с недостатком меди развиваются нарушения в костях. Обесцвечиваются волосы, нарушается и синтез гемоглобина. Белок эластин из артериальных стенок имеет мало поперечных связей, и артерии оказываются непрочными. Организм взрослого человека получает 2—5 г меди в день, из которых усваивается около 30%. Общее содержание меди в организме человека составляет 10Q мг, причем как поглощение, так и выделение меди (в составе желчи) строго регулируются. Поскольку избыток меди оказывает токсическое действие, эта регуляция очень важна. Известно заболевание (болезнь Вильсона), при котором медь накапливается в печени и в мозге. Нормальное содержание меди в этих тканях составляет 10~4 г-атомов на 1 л. Роль меди заключается в стимулировании биосинтеза, красящего вещества.

Медь активирует гонадотропные гормоны гипофиза, что влечет за собой - быстрое созревание фолликулов яичника.

Кобальт

Обнаруживается в крови в белково-связанной форме и лишь частично как структурный компонент витамина B12, играющего важную роль в синтезе гемоглобина крови, участвует в процессах переноса метильных групп и других важных биохимических реакциях.

Кремний

Общеизвестно, что в клетках диатомовых водорослей, панцирь которых построен из оксида кремния, идет активный метаболизм кремния. Накапливать кремний способны радиолярии, некоторые высшие растения и губки, у моллюсков, именуемых блюдечками, он составляет основу зубцов. Несмотря на все эти факты, метаболизм кремния не очень интересовал исследователей, и лишь недавно было показано, что этот элемент жизненно важен для роста и развития высших животных, в частности у цыплят кремний обнаружен в местах активного обызвествления формирующихся костей. Во внутренних органах млекопитающих кремний присутствует лишь в небольших количествах, однако в коже, хрящах и связках его содержание достигает 0,01%. Исходя из этих результатов, носящих, правда, предварительный характер, можно предположить, что биологическая роль кремния в соединительной ткани состоит в его способности обеспечивать образование поперечных связей.

Молибден

Уже давно признано, что молибден относится к элементам, необходимым растениям для роста, однако никаких убедительных данных об обязательном его присутствии в пище животных пока не получено. Тем не менее обнаружен по крайней мере в трех ферментах животных и, кроме того, еще в четырех ферментах растений и бактерий.

Альдегидоксидаза, ксантиноксидаза печени и родственные ксантиндегидрогеназы некоторых бактерий содержат молибден, существенный для проявления каталитической активности. Сульфитоксидаза печени, нитратредуктаза растений и бактерий, бактериальная формиатдегидрогеназа и нитрогеназа — вот список известных ферментов, актйвность которых зависит от присутствия молибдена.

Молибден в составе фермента ксантиноксядазы печени способствует окислению пуриновых оснований в мочевую кислоту. Поэтому при избытке молибдена в питьевой воде может развиться «молибденовая подагра».

Селен

В 1957 г. был обнаружен удивительный факт: крайне токсичный элемент селен оказался существенным компонентом пищи, отсутствие которого приводило к гибели клеток печени крысы. Для предотвращения некроза печени достаточно было присутствие в диете всего лишь 0,1 миллионной доли селена. Примерно такие же количества селена предотвращают развитие мышечной дистрофии («побеления мышц») у крупного рогатого скота и овец, пасущихся на местности с недостаточным количеством селена. Недавно было найдено четыре белка, содержащих селен. Значительная часть селена в крови входит в состав активного центра фермента глутатионпероксидазы, катализирующего реакцию окисления глутатиона перекисью водорода. Глутатионпероксидаза является главным средством защиты от накопления в клетках Н2О2 и органических перекисей. Имеется сообщение о способности селена защищать животных от токсического действия ртути.

Многочисленные данные свидетельствуют о наличии взаимосвязи между пищевой потребностью в селене и витамине Е. Отсутствие любого из них вызывает у многих животных дистрофию мыщц, а у кур — сильный отек (экссудативный диатез).

Ванадий

Накапливается рядом морских организмов и присутствует в животных тканях в количестве 0,1 части на миллион. Вероятно, он необходим и человеку, обычно потребляющему 2 мг ванадия в день. Организм взрослого человека содержит 30 мг ванадия. Возможная функция связана с метаболизмом липидов. Внимание к ванадию как существенному компоненту пищи привлекли наблюдения, показывающие, что высокие дозы ванадия ингибируют синтез холестерина и снижают содержание в крови фосфолипидов и холестерина. Сообщалось, что ванадий препятствует развитию кариеса зубов, способствуя их минерализации.

Хром

В 1959 г. было установлено, что животные, в пище которых не хватает хрома, плохо растут и живут недолго. Для таких животных характерна пониженная толерантность к глюкозе, выражающаяся в том, что глюкоза, вводимая в кровь, выделяется в два раза медленнее, чем обычно. При фракционировании дрожжей удается выделить хромсодержащий фактор талерантности к глюкозе, который представляет собой комплекс, содержащий ионы хрома, никотиновую кислоту и аминокислоты. Есть основания считать, что хром, содержащийся в факторе толерантности к глюкозе, реагирует с инсулином и усиливает его действие. В соответствии с этим предположением находится тот факт, что обычное содержание хрома в сыворотке, которое составляет приблизительно 0,03 мм, резко снижается при введении в кровь глюкозы. Это свидетельствует о том, что хром активно используется в процессе углеводного метаболизма, осуществляя, по-видимому, связывание инсулина с рецепторами клеточных мембран. Уменьшение содержания хрома в сыворотке крови при острых инфекциях (несмотря на увеличение инсулина) указывает на то, что метаболизм хрома у человека заслуживает пристального внимания.

© www.herbalis.ru