Биологическая роль микроэлементов

 

 

 

Fe

Для нормального роста и выполнения биологических 
функций человеку и животным кроме витаминов необходим целый 
ряд неорганических элементов. Эти элементы можно разделить на 2 
класса макроэлементы и микроэлементы.

Макроэлементы, к которым относятся кальций, магний, 
натрий, калий, фосфор, сера и хлор, требуются организму в 
относительно больших количествах (порядка нескольких граммов в 
сутки). Часто они выполняют более чем одну функцию.

Более непосредственное отношение к действию 
ферментов имеют незаменимые микроэлементы, суточная 
потребность в которых не превышает нескольких миллиграммов, т.е. 
сопоставима с потребностью в витаминах. Известно, что в пище 
животных обязательно должно содержаться около 15 
микроэлементов.

Большинство незаменимых микроэлементов служит в 
качестве кофакторов или простетических групп ферментов. При этом 
они выполняют какую-нибудь одну функцию из трех (по меньшей 
мере) возможных функций. Во-первых, незаменимый микроэлемент 
сам по себе может обладать каталитической активностью по 
отношению к той иди иной химической реакции, скорость которой в 
значительной степени возрастает в присутствии ферментного белка. 
Это особенно характерно для ионов железа и меди. Во-вторых, ион 
металла может образовывать комплекс одновременно и с субстратом 
и с активным центром фермента, в результате оба они сближаются 
друг с другом и переходят в активную форму. Наконец, в-третьих, 
ион металла может играть роль мощного акцептора электронов на 
определенной стадии каталитического цикла.

Железо относится к тем микроэлементам, 
биологические функции которых изучены наиболее полно.

Значение железа для организма человека, как и в 
целом для живой природы, трудно переоценить. Подтверждением 
этому может быть не только большая распространенность его в 
природе, но и важная роль в сложных метаболических процессах, 
происходящих в живом организме. Биологическая ценность железа 
определяется многогранностью его функций, незаменимостью 
другими металлами в сложных биохимических процессах, активным

участием в клеточном дыхании, обеспечивающем нормальное 
функционирование тканей и организма человека.

Железо принадлежит к восьмой группе элементов 
периодической системы Д. И. Менделеева (атомный номер 26, 
атомный вес 55,847 , плотность 7,86 г/см). Ценным его свойством 
является способность легко окисляться и восстанавливаться, 
образовывать сложные соединения со значительно отличающимися 
биохимическими свойствами, непосредственно участвовать в 
реакциях электронного транспорта.

 

 

 

Mg

Магний относится к макроэлементам, его содержание в организме составляет около 25 г.  
Значительное количество магния содержится в костной ткани (депо магния).

•  
  является кофактором многих ферментов, в т.ч. кокарбоксилазы и коэнзима А (принимают участие в высвобождении энергии из пищи)
• играет значительную роль при передаче нервных импульсов и необходим для ритмичной работы сердца
• активно участвует в обмене белка и нуклеиновых кислот
• регулирует митохондрильаную выработку и перенос энергии
• регулирует передачу сигнала в нервной и мышечной ткани
• способствует расслаблению гладкомышечных волокон
• снижает артериальное давление
• угнетает агрегацию тромбоцитов
• он ускоряет пассаж содержимого кишечника

Пищевые источники магния

Наиболее ценными источниками магния являются продукты растительного происхождения: отруби, орехи, крупы, специи, чай, кофе, какао, овощи. Продукты животного происхождения содержат небольшие количества магния, однако из них он усваивается более активно.

 

 

 

 

Натрий является макроэлементом, его содержание в организме взрослого человека составляет около 150-200 граммов.  
Содержание натрия в межклеточном пространстве в 15 раз выше, чем внутри клеток (разница обеспечивается специальным натрий-калиевый насосом).  
Обмен регулируется натрия гормонами щитовидной железы: при ее недостаточности натрий задерживается в тканях, а при гиперфункции натрий усиленно выводится из организма.

Биологическая роль натрия

• поддерживает осмотическое давление и рН среды
• вместе с калием формирует электрический потенциал мембран клеток, за счет которого передается сигнал в нервных клетках, мышечных клетках и пр.
• участвует в транспорте через мембраны клеток аминокислот, сахаров, неорганических и органических анионов
• участвует в переносе оксида углерода в крови
• усиливает выделение почками различных продуктов метаболизма
• участвует в гидратации белков и растворении органических кислот
• участвует в образовании желудочного сока
• активирует ферменты слюны и поджелудочного сока

Пищевые источники

Натрий содержится практически во всех продуктах питания в количестве 15-80 мг на 100 г, однако наибольшее количество натрия человек получает с поваренной солью (хлоридом натрия).

 

калий один из важнейших электролитов в организме. Калий, как и натрий, имеет большое значение в образовании буферных систем, предотвращающих сдвиги реакции среды и обеспечивающих их постоянство. Калий вместе с натрием регулирует содержание воды внутри клеток. Обеспечивает поддержание электрического потенциала в нервах и на поверхности клеточных мембран, чем регулируется сокращение мышц. Калий включается в механизм накопления гликогена - основного источника энергии в клетке. Калий активирует работу ряда ферментов.

Нарушения калий-натриевого баланса приводит к нарушению водного обмена, обезвоживанию, ослаблению мускулатуры.

Считается, что калий обладает защитным действием против нежелательного действия избытка натрия и нормализует давление крови. По этой причине в некоторых странах предложено выпускать поваренную соль с добавлением хлорида калия. Однако и избыток калия по отношению к натрию может вызвать нарушение работы сердечно-сосудистой системы.

Главной биологической функцией калия является формирование трансмембранного потенциала и распространение изменения потенциала по клеточной мембране путем обмена с ионами натрия по градиенту концентраций. Вместе с натрием и хлором, калий является постоянным составным элементом всех клеток и тканей. В организме эти элементы содержатся в определенном соотношении и обеспечивают постоянство внутренней среды. В виде катиона К+ калий участвует в поддержании гомеостаза (ионное равновесие, осмотическое давление в жидкостях организма). Хлориды калия и натрия, будучи сильными электролитами, участвуют в генерации и проведении электрических импульсов в нервной и мышечной ткани. Таким образом калий участвует в поддержании электрической активности мозга, функционировании нервной ткани, сокращении скелетных и сердечных мышц. Калий регулирует активность таких важнейших ферментов, как К+-АТФ-аза, ацетилкиназа, пируватфосфокиназа.

Терапевтическое значение калия связано с его раздражающим действием на слизистые оболочки и повышением тонуса гладких мышц (кишечник, матка), в силу чего его соединения используются в качестве слабительных средств. Калий вызывает расширение сосудов внутренних органов и сужение периферических сосудов, что способствует усилению мочеотделения. Калий замедляет ритм сердечных сокращений и, действуя аналогично блуждающему нерву, участвует в регулировании деятельности сердца.

Основные функции калия в организме:

• Поддержание постоянства состава клеточной и межклеточной жидкости.
• Поддержание кислотно-щелочного равновесия.
• Обеспечение межклеточных контактов.
• Обеспечение биоэлектрической активности клеток.
• Поддержание нервно-мышечной возбудимости и проводимости.
• Участие в нервной регуляции сердечных сокращений.
• Поддержание водно-солевого баланса, осмотического давления.
• Роль катализатора при обмене углеводов и белков.
• Поддержание нормального уровня кровяного давления.
• Участие в обеспечении выделительной функции почек.

 

 

Кальций является структурным макроэлементом, содержание которого превышает по своему содержанию все остальные элементы в организме (кроме элементов-органогенов).  
Общее количество кальция у взрослого человека может составлять более одного килограмма.  
Практически весь (99%) кальций в организме находится в зубах и костях скелета, и только около 1% - во всех остальных органах, тканях и биологических жидкостях.

Биологическая роль кальция

Прежде всего, кальций является важнейшим структурным компонентом костей и зубов.  
Также кальций регулирует проницаемость клеточных мембран, а также инициирует ответы клеток на различные внешние стимулы. Присутствие кальция в клетки или во внеклеточной среде обуславливает дифференцировку клетки, а также сокращение мышц, секрецию и перистальтику. Кальций регулирует активность многих ферментов (включая ферменты систем свертывания крови). Кальций регулирует работу некоторых эндокринных желез, обладает десенсибилизирующим и противовоспалительным эффектом.

Основные функции кальция в организме:

• структурный компонент костей и зубов
• участвует в мышечных сокращениях
• регулирует проницаемость клеточных мембран
• участвует проводимости сигнала по нервным клеткам
• регулирует сердечную деятельность
• участвует в свертывании крови

Пищевые источники кальция

Во многих продуктах питания растительного происхождения кальций содержится в виде труднорастворимых соединений (фосфатов, карбонатов, оксалатов), что обуславливает его плохое усвоение из них. Наиболее важным источником кальция является молоко (120мг/100г) и молочные продукты (особенно следует выделить сыр – содержит около 1000мг/100г). За счет молочных продуктов удовлетворяется до 80% от физиологической потребности человека в кальции.

Среди растительных продуктов кальцием наиболее богаты ламинария, орехи и семена, как миндаль, лесной орех, кунжут, фисташки, фасоль, инжир, брюква, капуста брокколи, капуста, хрен, петрушка, лук, курага, яблоки и др.

Дополнительным существенным источником кальция являются специально обогащенные пищевые продукты (соки и мука).

 

 

Медь является одним из важнейших эссенциальных (жизненно-необходимых) микроэлементов.  
В организме взрослого человека содержание меди составляет примерно 100-200 мг, при этом около 50% всей меди находится в мышцах, а еще 10% в печени.

Биологическая роль

• является компонентом многих ферментов, обладающих окислительно-восстановительной активностью
• участвует в метаболизме железа
• повышает усвоение белков и углеводов
• принимает участие в обеспечении тканей кислородом
• участвует в формировании соединительной ткани, росте костей
• поддерживает структуру костей, хрящей, сухожилий
• поддерживает эластичность стенок кровеносных сосудов, альвеол, кожи
• обладает выраженным противовоспалительным свойством, в т.ч. при аутоиммунных заболеваниях (например, ревматоидного артрита)
• участвует в образовании гемоглобина и созревании эритроцитов

Какие продукты содержат медь

Наиболее ценными источниками меди являются морепродукты (особенно моллюски), субпродукты (печень), цельное зерно, бобовые (фасоль и чечевица), шоколад, орехи. Также медь содержится в крупах, картофеле, мясе, грибах, капусте, фруктах. Источником меди служит и питьевая вода.

 

 

 

Цинк относится к эссенциальным (жизненно необходимым) микроэлементам, его содержание в организме взрослого человека составляет 1,5-2 г.  
Преимущественно цинк находится в скелетных мышцах (63% всего цинка).  
Значительные концентрации цинка обнаружены в коже, волосах, костной ткани, печени, сетчатке глаза, предстательной железе.

Биологическая роль цинка

• является компонентом многих ферментов в организме (известно о более 300)
• влияет на рост клеток, особенно в время их репродукции и дифференциации
• участвует в обмене нуклеиновых кислот, транскрипции
• участвует в обмене белков
• участвует в обмене витамина А
• поддерживает концентрацию витамина Е в крови, в т.ч. облегчая его всасывание
• участвует в связывании некоторых гормонов с соответствующими рецепторами
• поддерживает репродуктивную функцию
• участвует в кроветворении
• участвует в процессах регенерации кожи, секреции сальных желез
• участвует в росте ногтей, волос
• повышает иммунитет
• снижает эффект токсических веществ
• участвует в работе вкусовых и обонятельных рецепторов

Пищевые источники цинка

Наиболее богатыми источниками цинка являются устрицы, омары, мясо (особенно говядина), баранина, печень. Также важными источниками цинка являются рыба, молоко, пшеница (зародыши и отруби), кунжут, семена мака, сельдерей, горчица, бобы, орехи, миндаль, семена тыквы и подсолнечника, черная смородина, кукуруза, яблоки, груши, слива, вишня, картофель, капуста, свекла, морковь.

 

 

Марганец относится к эссенциальным (жизненно важным) микроэлементам.  
Его содержание в организме взрослого человека составляет 12-20 мг.  
Наибольшие концентрации марганца наблюдают в головном мозге, печени, почка, поджелудочной железе.

Биологическая роль марганца

• активирует или входит в состав многих ферментов
• является катализатором некоторых реакций в организме человека
• участвует в синтезе белка, нуклеиновых кислот, нейромедиаторов
• участвует в обмене инсулина, гормонов щитовидной железы
• препятствует окислению свободными радикалами, обеспечивая стабильность клеточных мембран
• регулирует функционирование мышц, развитие соединительной ткани, хрящей, скелета
• повышает утилизацию жиров и углеводов