Тема № 15. Мінеральні речовини та їх обмін
Загальна характеристика мінеральних речовин
Обмін мінеральних речовин
Значення і обмін деяких хімічних елементів
Мінеральні речовини та їх обмін
Загальна характеристика мінеральних речовин
У живих організмах виявлено близько 70-ти хімічних елементів, із них 47 присутні в ньому постійно. Це біогенні хімічні елементи.
За кількісним вмістом у живій матерії всі біогенні елементи ділять на дві групи: макро- і мікроелементи. Вміст макроелементів (О, H, С, N, Ca, S та ін.) у організмі тварин і людини обчислюється відсотками і сотими частками відсотка. Вміст мікроелементів (Cu, Co, Bi, I, F, Fe, Zn, ін.) у організмі складає тисячні частки відсотка і менше. Деякі автори в мікроелементах виділяють ультрамікроелементи – елементи, вміст яких в тканинах менше мільйонних часток відсотка (U, Ra, Au, Ag, Се, ін.). Макроелементи складають основну масу живої матерії (99,4%). Тканини тварин і рослин на 95 – 96,5% складаються з вуглецю, кисню, водню і азоту.
Біогенні елементи утворюють неорганічні і органічні речовини. Неорганічні речовини в середньому складають 71,5% загальної маси організму. Основою неорганічних речовин є вода і мінеральні сполуки – солі, основи, кислоти. Органічні речовини в тканинах у середньому складають 28,5% загальної маси.
Найбільше мінеральних речовин міститься в кістках (48 – 74% загальної маси) і хрящах (2 – 10%). Решта органів і тканин містить невелику кількість мінеральних речовин, хоча вміст окремих елементів може досягати значних величин.
Мінеральні речовини в тканинах і клітинах організму можуть бути у вільному і зв'язаному стані. Так, у кістках, хрящах і дентині вони знаходяться у вигляді міцних нерозчинних відкладень – неорганічних солей вугільної, ортофосфорної та інших кислот. У окремих біологічних рідинах (крові, лімфі, молоці, травних соках) багато мінеральних речовини містяться у вільному стані або у вигляді окремих іонів. Значна частина елементів входить до складу біоорганічних сполук. Так, залізо – складова частина гемоглобіну, міоглобіну, каталази і трансферинів. Фосфор – необхідний хімічний елемент нуклеїнових кислот, багатьох білків, фосфатидів, фосфорних ефірів вуглеводів, макроергів (АТФ, АДФ) й ін. Сірка є компонентом коэнзиму А, глутатіону, цистеїну, цистину і т.д. Йод входить до складу молекул гормонів щитовидної залози, ін.
В організмі мінеральні речовини виконують ряд життєво важливих функцій. Так, вони служать матеріалом, з якого будуються тканини (наприклад, кісткова) і клітинні мембрани. Розчинені неорганічні речовини беруть участь у регуляції ряду фізико-хімічних процесів і, в першу чергу, явищ осмосу і осмотичного тиску. Натрієві і калієві солі фосфорної, вугільної і деяких органічних кислот утворюють з білками тканин і крові буферні системи, беручи участь у регуляції кислотно-лужної рівноваги і підтримці постійності рН у клітинах.
З наявністю, концентрацією і присутністю заряду неорганічних іонів пов'язані фізико-хімічні властивості колоїдів організму: явища гідратації, в'язкість, розчинність, здатність до набухання й ін. Окремі катіони, наприклад кальцію, магнію, марганцю, цинку, служать активаторами або паралізаторами ферментів. Деякі метали входять до складу вітамінів, гормонів і інших органічних сполук.
З присутністю певних мінеральних, речовин (хлориду натрію) у раціоні зв'язано їх засвоєння організмом і секреторна функція харчового каналу. Деякі мінеральні речовини (сірчана кислота) беруть участь в нейтралізації отруйних продуктів, які виникають в організмі в результаті обміну речовин або поступають ззовні.
Потреба організму в мінеральних речовинах визначається багатьма чинниками. До них, в першу чергу, слід віднести вік, стать і фізіологічний стан, рівень продуктивності, склад раціону, питної води і зону проживання.
Обмін мінеральних речовин
Мінеральні речовини, що входять до складу раціону, в організмі піддаються складним перетворенням. Так, основну масу мінеральних речовин, що знаходяться у вільному стані, організм засвоює без якої-небудь попередньої переробки. Частина мінеральних речовин, що знаходяться в зв'язаному стані, засвоюється тільки після розщеплення їжі різними ферментами харчового каналу. Це, перш за все, фосфорна кислота – складова частина нуклеїнових кислот, фосфопротеїдів або фосфатидів, залізо – складова частина гемоглобіну і міоглобіну, магній – складова частина хлорофілу й ін. При цьому їжа спочатку розщеплюється ферментами до органічних і неорганічних речовин, а потім до молекул, окремі з яких розпадаються на іони, після чого і засвоюються організмом.
Всмоктування мінеральних речовин. Певна кількість мінеральних речовин всмоктується в шлунку, основна маса – слизовою оболонкою тонкої кишки, частково – товстої кишки. Зокрема, фосфорна кислота всмоктується у вигляді мінеральних солей або фосфорних ефірів, наприклад мононуклеотидів або ефірів моноз. Всмоктування двовалентних або полівалентних катіонів – багатоступінчастий процес, залежний від багатьох чинників. Так, всмоктування багатьох катіонів стимулюється присутністю в химусі жирів, жовчі і соку підшлункової залози. Всмоктування кальцію стимулюється наявністю в химусі вітаміну D. З аніонів найшвидше всмоктуються хлорид-іони, повільніше – йодид- і бромід-іони, дуже повільно – нітрат- і сульфат-іони.
Частинки мінеральних речовин проникають у цитоплазму клітин покривного епітелію слизової оболонки в результаті дифузії або осмосу, деяка частина – піноцитозом або у вигляді сполук з білковими переносниками. По ендоплазматичній сітці вони переміщуються від апікального до базального краю клітини, потім поступають у міжклітинний простір, з нього в кровоносну (частково в лімфатичну) систему ворсинок, брижі і, нарешті, в печінку і краніальну порожнисту вену, після чого розносяться по всьому організму, де використовуються його тканинами і клітинами. В печінці і в інших органах частина мінеральних речовин депонується. Інтенсивність процесів всмоктування залежить від мінерального складу раціону і ступеня забезпеченості організму тією або іншою речовиною, присутністю в їжі інших речовин і температури суміші, віку, цілісності слизової оболонки.
Надлишок мінеральних речовин може викликати підвищення осмотичного тиску в організмі і зміну іонного складу біологічних рідин. Ці явища усуваються рефлекторно – з появою відчуття спраги вживається відповідна кількість води, а надлишок мінеральних речовин видаляється нирками, пітними залозами і слизовою оболонкою кишок.
Проміжний обмін мінеральних речовин. Мінеральні речовини, що всмокталися в харчовому каналі, частково залишаються в крові і лімфі, більшість їх відкладається в органах і тканинах або використовується окремими клітинами для різних потреб: структурних, функціональних і метаболічних.
Існує локальність у депонуванні і відкладенні мінеральних речовин. Так, кальцій і магній у вигляді фосфатів, карбонатів і апатитів відкладаються в кістковій тканині. В кістках скелета концентруються багато мікроелементів – фтор, титан, стронцій, цезій, рубідій, алюміній, берилій, свинець, олово й ін. Залізо нагромаджується в тканинах печінки і в кістковому мозку, де утворюються еритроцити. Багато заліза концентрується в селезінці – місці руйнування еритроцитів. Цинк і марганець в основному накопичуються в тканинах підшлункової залози. Місцем депонування йоду є щитовидна залоза. Іонами натрію і калію багаті шкіра, підшкірна клітковина і м'язова тканина, плазма крові, лімфа, ліквор. Іони калію зосереджені усередині клітин, натрію – в позаклітинній рідині (табл. 1). Обмін іонів між клітиною і міжклітинною рідиною протікає за законами осмосу: рух іонів (окрім іонів, калію і кальцію) направлений у бік більш низького осмотичного тиску. В біологічних рідинах мінеральні речовини знаходяться в зв'язаному з білками (глобулінами або альбумінами) стані, у вигляді окремих іонів (активна форма) або солей.
В організмі відбувається безперервний обмін мінеральних речовин. В епіфізі, великій гомілковій кістці протягом 9 діб оновлюється до 11%, а за 50 діб – 28,6% фосфору. Протягом доби в організмі миші обмінюється приблизно 20% кальцію і 5% стронцію. 50% радіоактивного йоду в тканинах щитовидної залози обмінюється через 5 годин після введення, через 3 години з організму видаляється 13%, через добу – 50% радіоактивного йоду. Радіоактивне залізо, введене в організм, через декілька годин з'являється в гемоглобіні, а протягом 3 тижнів оновлюється до 60% заліза еритроцитів.
Таблиця 1.
