Благодаря тому, что минеральные соединения тесно связаны с ферментативными реакциями, они практически влияют на все стороны обмена веществ. Рассмотрим конкретно, в чем выражается зависимость обмена нуклеиновых кислот, белков, углеводов и липидов от содержания тех или иных катионов и анионов.
Минеральные соединения и обмен нуклеиновых кислот. Ряд катионов принимает непосредственное участие в поддержании вторичной и третичной структур ДНК и РНК. В частности, эта функция приписывается ионам Fе, Сu, Мn, Zn, Со и Ni, обнаруженным в чистейших препаратах ДНК и РНК. В присутствии некоторых из перечисленных катионов повышается температура плавления нуклеиновых кислот, что свидетельствует о более высокой стабильности их молекул. Аналогично этому ионы металлов принимают участие в строении нуклеопротеинов, связывая молекулы белков и нуклеиновых кислот.
Почти все ферменты, ускоряющие реакции распада и синтеза нуклеиновых кислот, нуклеотидов, нуклеозидов, пуриновых и пиримидиновых оснований, активируются ионами металлов. Особенно велика роль ионов Мg: он активирует ДНК и РНК-полимеразы, нуклеотидазу, РНКазу, ДНКазу и ряд других ферментов нуклеинового обмена. Ионы Са и Ва увеличивают, а ионы Zn уменьшают активность РНКазы. Распад ДНК под действием ДНКазы повышается в присутствии ионов Мn Са, Fе.
При отсутствии бора сильно тормозится новообразование нуклеиновых кислот и усиливается их распад вследствие повышения активности РНКазы. Влияние бора на обмен нуклеиновых кислот связано с его участием в окислительном фосфорилировании и синтезе нуклеозидтрифосфатов - исходных соединений для биосинтеза нуклеиновых кислот.
Роль минеральных элементов в обмене белков. Распад и синтез белковых тел в значительной степени зависят от ряда минеральных веществ. Ионы Мn, Fе, Zn, Со и Ni повышают активность пептидгидролаз и аргиназы, т. е. участвуют в деструкции белков. Биосинтез белков идет при непосредственном участии ионов К, Мg и Мn. Первый и второй необходимы для поддержания рибосом в функционально-активном состоянии. Третий обеспечивает осуществление пептидилтрансферазной реакции при сборке полипептидной цепи.
Велика роль минеральных элементов в обмене аминокислот: ионы Со участвуют в биосинтезе метионина, Мg и Мn - в реакциях обмена аминокислот, связанных с переносом одноуглеродных фрагментов (синтез серина из глицина, цитруллина - из орнитина и карбамоилфосфата и др.), Fе - в реакциях превращения фенилаланина в тирозин и т. д.
Участие минеральных соединений в обмене углеводов и липидов. Различные катионы принимают активное участие в распаде и синтезе как непосредственно углеводов и липидов, так и продуктов их деструкции, претерпевающих окончательное разрушение в цикле дикарбоновых и трикарбоновых кислот.
Центральным элементом в гликолитическом процессе являются ионы Мg: они активируют большинство ферментов гликолиза. В ряде случаев (гексокиназная реакция, переход от 1,3-дифосфоглицериновой кислоты к 3-фосфоглицериновой кислоте и от 2-фосфоглицериновой кислоты к фосфоенолпировиноградной кислоте) они могут быть заменены ионами Мn. Одна из самых существенных реакций в гликолизе - окисление 3-фосфоглицеринового альдегида протекает при участии ионов Zn. В присутствии ионов Са стабилизируются третичная и четвертичная структуры фермента амилазы, повышая его устойчивость по отношению к пептидгидролазам желудочно-кишечного тракта. Новообразование углеводов в процессе фотосинтеза невозможно без участия ионов магния (составная часть хлорофилла), марганца (участвуют в фотосинтетическом фосфорилировании) и железа (необходимы для биосинтеза хлорофилла).
Распад липидов, как простых, так и сложных, активируется ионами Са, так как этот катион положительно влияет на деятельность липазы, фосфолипазы и липопротеинлипазы. Окисление ацил-КоА идет более энергично в присутствии ионов Сu и Fе. При синтезе ацетил-КоА, фосфохолина и холинфосфатидов необходимы ионы Мg.
Заключительный этап аэробного распада углеводов и липидов при посредстве цикла трикарбоновых и дикарбоновых кислот (дыхание) осуществляется при активном участии ионов Мn и Мg, которые активируют почти все ферменты цикла Кребса, в некоторых реакциях участвуют ионы Со и Zn.
