2015-07-03
1572
Общая характеристика минеральных веществ. Все или почти все элементы, встречающиеся в земной коре, находятся в растительных или животных организмах. Недостаточное или избыточное содержание минеральных веществ в почве или воде неизбежно влияет на содержание их в растениях, растительных кормах, а через них и в тканях животных (почва и вода – растения – корма и продукты питания растительного происхождения – организм животных и человека).
Впервые теоретические основы учения о связи химического состава живых организмов и земной коры создал академик В.И. Вернадский. В 1940 году он впервые поставил вопрос о роли минеральных веществ, как факторов внешней среды и положил начало развитию новой науки – биогеохимии (область науки, изучающая миграции атомов и геохимические процессы в биосфере). Трудами его ученика академика А.П. Виноградова было доказано, что химический состав живого вещества зависит от химического состава естественной среды, а позже создано учение о биогеохимических провинциях.
Биогеохимические провинции – это области на земной поверхности, где отдельных элементов в почвах и природных водах либо недостаточно, либо избыточно. В таких зонах у животных и растений развиваются тяжелые заболевания, называемые биогеохимическими эндемиями. Учение о биогеохимических провинциях позволило объяснить причину многих эндемических заболеваний как-то: рахит – возникает при недостатке кальция в рационе, сухотка - при недостатке кобальта в почвах и на пастбищах, недостаток марганца является основной причиной таких заболеваний домашней птицы, как перозис и хондродистрофия, лизуха развивается при недостатке меди, недостаток йода в почве и воде является главной причиной эндемического зоба, чрезмерное поглощение с травой молибдена вызывает сильный изнуряющий понос, который наблюдается у коров, анемия развивается при недостатке железа в почве и воде.
Элементарный состав организма животных. Общая масса всех живых организмов, населяющих Землю, составляет примерно 1013-1015 т. Сравнение химического состава живых организмов и неживой природы (атмосферы и земной коры) свидетельствует о том, что живые организмы приспособили для своей деятельности не все самые распространенные элементы земной коры (литосферы). Например, один из наиболее распространенных элементов литосферы – кремний – лишь в небольших количествах содержится в некоторых видах растений, а в организме животных присутствуют лишь его следы. Известно, что в состав органов и тканей животных и человека входят свыше 70 элементов из периодической системы Д.И. Менделеева. По количественному содержанию в организме их можно разделить на макроэлементы (их концентрация выше 0,001 %), микроэлементы (концентрация которых составляет 10-6 - 10-3 %) и ультромикроэлементы (концентрация меньше 10-6 %). К группе макроэлементов относятся: кислород, водород, углерод, азот, сера, фосфор, кальций, натрий, калий, магний, хлор и железо. К микроэлементам – йод, фтор, марганец, цинк, медь, молибден, кобальт, селен, бор, бром и др. и к ультромикроэлементам относятся: литий, алюминий, кремний, олово, мышьяк, титан, ванадий, хром, серебро, вольфрам и другие. Почти 99 % от перечисленных элементов приходится на долю кислорода, водорода, углерода и азота, в то время как содержание трех последних в земной коре ничтожно. Они являются составными компонентами воды, белков, липидов и минеральных веществ животного организма.
Содержание основных элементов в организме животных представлено в таблице1.
Таблица 1. Содержание элементов в организме животных
| Элемент | % | Элемент | % |
| Кислород | 62,43 | Сера | 0,08 |
| Водород | 9,86 | Хлор | 0,08 |
| Углерод | 21,15 | Цинк | 0,003 |
| Азот | 3,10 | Йод | 0,014 |
| Кальций | 1,90 | Фтор | 0,005 |
| Фосфор | 0,95 | Бром | 0,001 |
| Натрий | 0,80 | Кремний | 0,001 |
| Калий | 0,23 | Медь | 0,0002 |
| Железо | 0,05 |
Неорганические, или минеральные вещества находятся в клетках в виде ионов. Неорганические ионы в живом организме выполняют различные биологические функции:
1) биоэлектрическую, связанную с возникновением разности потенциалов на клеточных мембранах. Это свойство ионов используется для регуляции функций, особенно возбудимых клеток (нервных, мышечных) и для проведения нервных импульсов;
2) осмотическую, используемую для регуляции осмотического и гидроосмотического давления;
3) структурную, обусловленную комплексообразующими свойствами металлов. Ионы металлов входят в состав макромолекул (белков, нуклеиновых кислот, гема, хлорофилла и т.д.);
4) регуляторную, проявляющуюся в том, что ионы металлов, соединяясь с ферментами, оказывают влияние на их активность и регулируют скорость химических превращений в клетке. Это прямое регуляторное действие катионов. Косвенная регуляторная функция состоит в том, что ионы металлов необходимы для проявления действия другого регулятора, например гормона;
5) транспортную, основанную на участии некоторых металлов (в составе металлопротеидов) в переносе электронов или простых молекул. Например, катионы железа и меди входят в состав цитохромов, являющихся переносчиками электронов, а железо в составе гемоглобина связывает кислород и участвует в его переносе;
6) энергетическую, связанную с использованием неорганических фосфатных анионов в образовании АТФ из АДФ;
7) механическую, или опорную. Например, катион кальция и анион фосфора входят в состав гидроксиапатита и фосфата кальция костей и определяют их механическую прочность;
8) синтетическую, связанную с использованием неорганических анионов для синтеза сложных молекул. Например, I- участвует в синтезе иодтиронинов в клетках щитовидной железы;
Известно, что макро- и микроэлементы являются с одной стороны, синергистами, а с другой – антагонистами. В связи с этим следует знать об антагонизме, существующем между кальцием и цинком, натрием и литием и т.д. Явление антагонизма между химическими элементами в живом организме обусловлено их физико-химическими и электрокинетическими свойствами.
