Роль минеральных веществ в жизнедеятельности живых организмов

Наряду с органическими веществами — белками, углеводами, жирами — в клетках живых организмов содержатся соединения, составляющие обширную группу минеральных веществ. К ним относятся вода и различные соли, которые, находясь в растворенном состоянии, диссоциируют с образованием ионов: катионов и анионов (отрицательно заряженных). Часто минеральные вещества входят в состав сложных органических веществ – например, металлопротеидов (металлобелков). Так, железо включено в состав гемоглобина; магний, марганец, медь, кобальт и другие металлы — в состав многих ферментов и т. д. Минеральные вещества представляют собой жизненно необходимые компоненты питания, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность и развитие организма.

Животный организм очень чувствителен к недостатку, а тем более к отсутствию тех или иных минеральных веществ в пище. Они очень важны для поддержания кислотно-щелочного равновесия в организме, создания физиологической концентрации водородных ионов в тканях и клетках, межтканевых и межклеточных жидкостях (т. е. создания нормальной реакции среды) и придания им свойств, необходимых для нормального течения процессов обмена веществ и энергии, в т. ч. водно-солевого обмена. Большое значение имеют минеральные вещества для образования и формирования белка, а также для деятельности эндокринных желез (напр., йода для щитовидной железы), и их роль в ферментативных процессах.

Вода является важнейшей составной частью всех организмов. Она служит растворителем различных веществ; в водной среде происходят различные химические реакции, в т. ч. ферментативные; вода образуется как продукт реакций окисления органических веществ. В большинстве химических реакций, лежащих в основе жизнедеятельности организма, в той или иной мере участвует вода.

Кальций. Значение кальция в организме весьма велико. Его соли являются постоянной составной частью крови, клеточных и тканевых соков; они входят в состав клеточного ядра и играют важную роль в процессах роста и деятельности клеток. Кальций пищи, усваиваясь организмом, оказывает существенное влияние на обмен и способствует наиболее полному использованию в организме пищевых веществ. Соединения кальция укрепляют защитные силы организма и повышают его устойчивость к внешним неблагоприятным факторам, в т. ч. и к инфекциям.

Особенно важное значение имеет кальций для формирования костей — он является их основным структурным компонентом, большая часть кальция организма сосредоточена в костях. Остальной кальций входит в состав крови и тканей, как в форме ионов, так и в связанном с белками состоянии. Обмен кальция характеризуется тем, что при недостаточном поступлении его с пищей он все равно почти в прежних количествах продолжает выделяться из организма за счет его запасов.

Кальций относится к трудноусвояемым элементам, и только воздействие желчных кислот на его соединения позволяет перевести их в усвояемое состояние. Самым важным при усвоении кальция является его соотношение с содержанием в пище фосфатов. На всасывание кальция отрицательно влияет избыток магния в пище. Витамин D способствует усвоению кальция и задержке его в организме.

Фосфор относится к жизненно необходимым веществам, он входит в состав всех тканей организма, особенно мышц и мозга, участвует во всех видах обмена веществ, необходим для нормального функционирования нервной системы, сердечной мышцы и т. д. В тканях организма и пищевых продуктах фосфор содержится в виде фосфорной кислоты и органических соединений фосфорной к-ты (фосфатов). Основная масса фосфора содержится в костной ткани в виде фосфорнокислого кальция (фосфата кальция), остальной фосфор входит в состав мягких тканей и жидкостей. В мышцах происходит наиболее интенсивный обмен соединений фосфора. Фосфорная кислота участвует в построении молекул многих ферментов, нуклеиновых кислот и т. д.

Потребность человеческого организма в фосфоре удовлетворяется за счет белков, жиров и углеводов, вводимых с пищей; она также зависит от количества кальция в пище.

Магний. Обмен в организме фосфора тесным образом связан с обменом магния. Большая часть магния находится в составе костной ткани. В плазме крови, в эритроцитах и в мягких тканях магний в основном содержится в ионизированном состоянии. Некоторое его количество связано с белками, особенно с ферментными белками, для проявления активности некоторых ферментов магний абсолютно необходим.

Тормозящее действие ионов магния на нервную систему устраняется путем введения в кровь солей кальция. Биологическая роль магния, кроме его участия в каталитических процессах, осуществляемых при помощи некоторых магний-зависимых ферментов, заключается еще в нормализации возбудимости нервной системы. Магний обладает спазмолитическим и сосудорасширяющим действием и, кроме того, способностью стимулировать перистальтику кишечника и повышать выделение желчи.

Калий. В процессах внутриклеточного обмена большую роль играет калий. Многие ферменты не могут осуществлять свои каталитические функции в отсутствие ионов калия. Важное значение имеет калий для обеспечения постоянства внутренней среды организма человека, а также для проведения нервных импульсов к мышцам.

Калий обладает диуретическим действием, т. е. повышение его содержания вызывает усиление выделения из организма воды; недостаток калия в организме сопровождается развитием отеков, нарушается проводимость нервных импульсов. Избыточное количество калия быстро удаляется почками с одновременным выведением воды.

Натрий. Огромное физиологическое значение имеет натрий, который содержится во всех тканях и биологических жидкостях организма человека. Соли натрия играют важную роль в обеспечении постоянства внутренней среды человеческого организма, принимают активное участие в водном обмене.

Содержание натрия в пищевых продуктах невелико, и в организм он поступает в основном за счет поваренной соли — хлористого натрия. Недостаток поваренной соли в пище («солевой голод») очень тяжело переносится человеком. На выделение хлористого натрия из организма, а, следовательно, и на потребность в нем влияет количество солей калия, получаемое организмом.

Хлористый натрий играет важную роль в регуляции водного обмена. С мочой и с потом выделяется значительное количество хлористого натрия. Потеря его плохо отражается на состоянии организма, вызывает снижение работоспособности.

Хлор. Несмотря на то, что хлор поступает в организм человека в основном в виде хлористого натрия, пути обмена хлора и натрия не одинаковы. Интересна способность хлора отлагаться в коже, задерживаться в организме при избыточном поступлении, выделяться с потом в значительных количествах. Содержание хлора в пищевых продуктах незначительно, он поступает в организм в основном в виде поваренной соли.

Нарушения в обмене хлора ведут к таким патологическим состояниям, как развитие отеков, недостаточная секреция желудочного сока и др. Резкое уменьшение содержания хлора в организме может привести к тяжелому состоянию, вплоть до смертельного исхода. Повышение содержания хлора в крови наступает при обезвоживании организма, а также при нарушении выделительной функции почек.

Бром — постоянная составная часть различных тканей организма человека и животных. В организм человека бром поступает главным образом с пищевыми продуктами растительного происхождения и небольшое количество его вводится с поваренной солью, содержащей примеси брома. Соли брома широко применяются в медицине в качестве лекарственных средств.

Фтор. В костях и зубах фтор находится в нерастворимом состоянии в виде фторкальциевой соли фосфорной кислоты и фторапатита. В организм фтор поступает преимущественно с питьевой водой.

Йод содержится во всех тканях человека. Однако в основном он находится в ткани щитовидной железы в составе ее гормонов — трийодтиронина и тироксина. Недостаток йода в пищевых продуктах вызывает расстройство функции щитовидной железы, сопровождающееся ее разрастанием. Предохранить людей от этого заболевания удается путем дополнительного введения йода в организм.

Железо входит в состав чрезвычайно важных в биологическом отношении органических соединений — гемоглобина крови, миоглобина, ферментов. Основное физиологическое значение железа — участие в процессе кроветворения.

Железо обладает способностью накапливаться в организме. Кроме кроветворной функции, железо играет важную роль в окислительно-восстановительных процессах, протекающих в организме, оно входит в состав молекулы окислительных ферментов.

Медь играет важную роль в организме человека, входит в состав некоторых окислительных ферментов. Большое значение имеет медь в процессах кроветворения, при синтезе гемоглобина и ферментов цитохромов, где ее функции тесно связаны с функцией железа. Медь важна для процессов роста (значительное количество меди захватывается плодом). Медь влияет на функцию желез внутренней секреции, обладает инсулиноподобным действием, в связи с чем соединения меди принимают иногда больные сахарным диабетом.

Большое значение для организма имеют микроэлементы кобальт, стронций, марганец, цинк, цезий и др. Организм нуждается лишь в ничтожно малых, следовых количествах этих элементов, однако роль их в обмене очень велика. Биологическая роль кобальта в значительной степени связана с его участием в каталитической ферментативной функции витамина Bi2, составной частью которого он является. Стронций входит в состав костей человека.

Марганец входит в состав молекул некоторыхрых ферментов и стимулирует их активность. Цинк содержится в ряде ферментов, абсолютно нуждающихся в нем для проявления своей активности. Цезий входит в состав животных тканей в очень незначительных количествах, его физиологическая и биологическая роль полностью не выяснена.