Пособие

«БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ МАКРО- И МИКРОЭЛЕМЕНТОВ»

для самоподготовки студентов

лечебного и педиатрического факультетов

ТЮМЕНЬ, 2011 г.

Пособие подготовлено коллективом кафедры общей и биоорганической химии: зав. кафедрой, профессором Н.М. Сторожок, доцентами Полле Н.Н., Листопадской Т.Я., Гуреевой Н.В., Дарюхиной Е.Н., Цимбал И.Н.

Под общей редакцией профессора Н.М. Сторожок

Утверждено на заседании ЦКМС ГБОУ ВПО ТюмГМА Росздрава

27 октября 2011 г.

Организм без внешней среды, поддерживающей

его существование, невозможен, поэтому

в научное определение организма должна входить

и среда, влияющая на него

И.М. Сеченов

Актуальность. Среди многочисленных природных соединений, составляющую основу жизнеобеспечения организма, важное место занимают минеральные вещества, представляемые в виде катионов металлов и неорганических анионов. Известно, что в организме человека присутствует большинство из 92 встречающихся в природе химических элементов, при этом 99% элементного состава определяют двенадцать элементов (С, О, Н, N, S, P, Cl, F, Na, K, Ca, Mg). Указанные элементы располагаются в верхней части периодической системы Д.И. Менделеева и входят в группу «структурных» макроэлементов, присутствие которых в живой материи связано в первую очередь с их высоким содержанием в биосфере. Именно эти элементы составляют основу живого, образуют структуры молекул жизни, обеспечивающих функционирование организма как «химической машины». Однако и элементы, присутствующие в чрезвычайно малых (следовых) количествах (микроэлементы) существенно влияют на здоровье и жизнь человека. Всего насчитывают более 30 минералов и микроэлементов, без которых жизнедеятельность организма невозможна. Их относят к эссенциальным (незаменимыми) элементам. В последние десятилетия выявлена биологическая роль большинства химических элементов. Показано, что минеральные компоненты являются жизненно важными составляющими тканей организма. Вместе с водой минеральные вещества обеспечивают постоянство осмотического давления, кислотно-основного баланса, процессов всасывания, секреции, кроветворения, костеобразования, свертывания крови. Без макро и микроэлементов были бы невозможны функции мышечного сокращения, нервной проводимости, внутриклеточного дыхания и окисления. Минеральные вещества присутствуют в активном центре важнейших ферментов в качестве кофактора (небелковой части), входят в структуру и участвуют в синтезе гормонов, витаминов, играют важную роль в биосинтезе белков, нуклеиновых кислот, биологически активных веществ и биорегуляторов. Минеральные компоненты способны стимулировать или, напротив, ингибировать многие биохимические процессы.

По биологической значимости минеральные вещества сравнимы с витаминами, организм человека нуждается в постоянном поступлении этих соединений. Между тем показано, что у значительной части населения России отмечается дисбаланс в обеспеченности эссециальными микроэлементами (дисмикроэлементоз). Недостаточная обеспеченность минеральными компонентами приводит к нарушению активности ферментов, снижению продукции гормонов, витаминов, возникновению иммунодефицита, предрасположенности организма к различных патологиям.

Показано, что живым организмам, формирующим биосферу Земли, присуще свойство концентрировать элементы из окружающей среды. В связи с этим состояния дисмикроэлементоза часто связывают с низким уровнем тех или иных элементов в окружающей среде, нарушением норм потребления минеральных веществ с водой и пищей. Выделяют геохимические провинции, дифицитные по определенным элементам. Без коррекции минерального обмена зачастую неэффективно специфическое лечение многих заболеваний.

Целью настоящего пособия является знакомство с биологической ролью важнейших элементов, изучение общей взаимосвязи между обеспеченностью минеральными веществами и здоровьем человека.

СОДЕРЖАНИЕ

Известно, что количество различных элементов в организме человека существенно различается. Существует несколько классификаций химических элементов, присутствующих в организме человека. Наибольшее признание получила классификация, предложенная Владимиром Ивановичем Вернадским. Химические элементы разделяют на три группы в зависимости от их содержания в живых организмах (массовой доли ω, %):

1. Макроэлементы. Это элементы, содержание которых в организме превышает 10^–2 %. К ним относят углерод, водород, кислород, азот, фосфор, серу, кальций, магний, натрий, калий и хлор. Основу живых систем составляют шесть элементов (углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера), получивших название органогены. Общая массовая доля этих элементов организме человека составляет 97, 3%: из них кислород – 62, 4%, углерод– 21%, водород – 9, 7%, азот– 3, 1%, фосфор – 0, 95% и сера – 0, 16%. Для органогенов характерно разнообразие химических связей, определяющих многообразие биомолекул в живых организмах.

Органогены образуют важнейшие «молекулы жизни» - белки, липиды, нуклеиновые кислоты, углеводы, гормоны, ферменты, биологически активные соединения. Главная функция макроэлементов состоит в построении тканей, поддержании постоянства осмотического давления, ионного и кислотно-основного равновесия.

2. Микроэлементы или жизненно необходимые элементы. К ним относят элементы, содержание которых в организме находится в пределах от 10^–3 до 10^–5 %. В эту группу входят железо, медь, цинк, кобальт, марганец, молибден, хром, хлор, йод, фтор, селен, Микроэлементы в качестве комплексообразователей присутствуют в составе ферментов, гормонов, витаминов, в качестве биологически активных веществ или активаторов регулируют многие биохимические реакции, обмен веществ, процессы размножения, тканевого дыхания, обезвреживание ксенобиотиков.

3. Ультромикроэлементы или примесные элементы относят к условно жизненно необходимым элементам. Их содержание в организме не превышает 10^–5 %. В эту группу объединены ртуть, золото, уран, барий, никель, кремний, алюминий, стронций, бор, никель, ванадий и др.

В организме человека минеральные вещества могут находиться в различных формах:

1. в ионной форме (часто в виде координационно связанных комплексов и хелатов). Так, железо в комплексе с порфирином образует небелковую часть структуры гемоглобина, цитохромов, каталазы; кобальт входит в структуру цианокобаламина; металлокомплекс магния с порфирином представляет хлорофилл.

2. в ковалентной, чаще с атомами углерода, например Se в селеносодержащих белках и ферментах в виде селенометионина. Такие соединения имеют характер элементоорганических. Так же связан кремний и бор.