Глава IV.13.
Минеральный обмен
Минеральный обмен – совокупность процессов всасывания, распределения, усвоения и выделения минеральных веществ, находящихся в организма преимущественно в виде неорганических соединений.
Всего в организме обнаруживается свыше 70 элементов таблицы Д.И. Менделеева, 47 из них присутствуют постоянно и называются биогенными. Минеральные вещества играют важную роль в поддержании кислотно-основного равновесия, осмотического давления, системе свертывания крови, регуляции многочисленных ферментных систем и пр., т.е. имеют решающее значение в создании и поддержании гомеостаза.
По количественному содержанию в организме они делятся на макроэлементы, если их больше чем 0,01 % от массы тела (К, Са, Мg, Na, P, Cl) и микроэлементы (Mn, Zn, Cr, Cu, Fe, Co, Al, Se). Основную часть минеральных веществ организма составляют хлористые, фосфорнокислые и углекислые соли натрия, кальция, калия, магния. Соли в жидкостях организма находятся в частично или полностью диссоциированном виде, поэтому минеральные вещества присутствуют в виде ионов – катионов и анионов.
Функции минеральных веществ:
1) пластическая (кальций, фосфор, магний);
2) поддержание осмотического давления (калий, натрий, хлор);
3) поддержание буферности биологических жидкостей (фосфор, калий, натрий);
4) поддержание коллоидных свойств тканей (все элементы);
5) детоксикационная (железо в составе цитохрома Р-450, сера в составе глутатиона);
6) проведение нервного импульса (натрий, калий);
7) участие в ферментативном катализе в качестве кофактора или ингибитора;
8) участие в гормональной регуляции (йод, цинк и кобальт входят в состав гормонов).
Промежуточный и конечный обмен минеральных веществ
Поступают минеральные вещества в организм в свободном или связанном виде. Ионы всасываются уже в желудке, основная часть минеральных веществ – в кишечнике путем активного транспорта при участии белков – переносчиков. Из желудочно-кишечного тракта поступают в кровь и лимфу, где связываются со специфическими транспортными белками. Выделяются минеральные вещества главным образом в виде солей и ионов.
С мочой: натрий, калий, кальций, магний, хлор, кобальт, йод, бром, фтор.
С калом: железо, кальций, медь, цинк, марганец, молибден, и тяжелые металлы.
Характеристика отдельных элементов
Натрий – основной катион внеклеточного отдела. Составляет
0.08 % от массы тела. Играет главную роль в поддержании осмотического давления.
При отсутствии или ограничении в поступлении натрия в организм его выделение с
мочой почти полностью прекращается. Всасывается в верхнем отделе тонкого
кишечника при участии белков-переносчиков и требует затраты АТФ. Суточная
потребность варьирует в зависимости от
водно-солевого обеспечения организма. Депонируется в коже и мышцах.
Кишечная потеря натрия происходит при диареях.
1)
участвует
в возникновении и поддержании электрохимического потенциала на плазматических
мембранах клеток;
2)
регулирует
состояние водно-солевого обмена;
3)
участвует
в регуляции работы ферментов;
4)
компонент
K+
- Na+ насоса.
Хлор – важнейший анион внеклеточного пространства.
Составляет 0,06% от массы тела. Большая часть его содержится в желудочном соке.
Участвует в поддержании осмотического равновесия. Активирует амилазу и
пептидазы. Всасывается в верхних отделах кишечника, выделяется в основном с
мочой. Концентрация хлора и натрия обычно изменяются параллельно.
Калий – составляет 0,25% от массы тела. Во внеклеточном
пространстве содержится только 2% от общего количества, а остальное - в
клетках, где связан с углеводными соединениями. Всасывается на протяжении всего
желудочно-кишечного тракта. Часть калия откладывается в печени и коже, а
остальная поступает в общий кровоток. Обмен очень быстро протекает в мышцах,
кишечнике, почках и печени. В эритроцитах и нервных клетках более медленный
обмен калия. Играет ведущую роль в возникновении и проведении нервного
импульса. Необходим для синтеза белков (на 1г белка – 20 мг ионов калия), АТФ,
гликогена, принимает участие в формировании потенциала покоя. Выделяется в
основном с мочой и меньше с калом.
Кальций – внеклеточный катион. Составляет 1,9 % от массы
тела. Содержание повышается в период роста или беременности. Функционирует как
составная часть опорных тканей или мембран, участвует в проведении нервного
импульса и инициации мышечного сокращения, является одним из факторов
гемокоагуляции. Обеспечивает целостность мембран (влияет на проницаемость), т.
к. способствует плотной упаковке мембранных белков. Кальций ограничено
участвует в поддержании осмотического равновесия. Вместе с инсулином активирует
проникновение глюкозы в клетки. Всасывается в верхнем отделе кишечника. Степень
его усвоения зависит от рН среды (соли кальция в кислой среде нерастворимы).
Жиры и фосфаты препятствуют всасыванию кальция. Для полного усвоения из
кишечника необходимо наличие активной формы витамина Д3
Большая часть кальция содержится в костной ткани
(99%) в составе микрокристаллов карбонатапатита 3Са2(РО4)2 · СаСО3 и гидроксилапатита 3Са2(РО4)2
· СаОН. Общий кальций крови включает три
фракции: белоксвязанный, ионизированный и неионозированный (который находится в
составе цитрата, фосфата и сульфата).
Магний – составляет 0.05% от массы тела. В клетках его содержится
в 10 раз больше, чем во внеклеточной жидкости. Многого магния в мышечной и
костной ткани, также в нервной и печеночной. Образует комплексы с АТФ,
цитратом, рядом белков.
1)
входит
в состав почти 300 ферментов;
2)
комплексы
магния с фосфолипидами снижают текучесть клеточных мембран;
3)
участвует
в поддержании нормальной температуры тела;
4)
участвует
в работе нервно-мышечного аппарата.
Неорганический фосфор - содержится
преимущественно в костной ткани. Составляет 1% от массы тела. В плазме крови
при физиологических рН фосфор на 80 % представлен двухвалентным и на 20 %
одновалентным анионом фосфорной кислоты. Фосфор входит в состав коферментов,
нуклеиновых кислот, фосфопротеинов, фосфолипидов. Вместе с кальцием фосфор
образует апатиты – основу костной ткани.
Медь входит в состав многих ферментов и биологически
активных металлопротеинов. Участвует в синтезе коллагена и эластина. Является
компонентом цитохрома с
электронтранспортной цепи.
Сера – составляет 0.08%. Поступает в организм в
связанном виде в составе АК и сульфат-ионов. Входит в состав желчных кислот и
гормонов. В составе глутатиона
участвует в биотрансформации ядов.
Железо входит в состав железосодержащих белков и гема
гемоглобина, цитохромов, пероксидаз.
Цинк – является кофактором ряда ферментов.
Кобальт входит в состав витамина В12.
Обмен воды и электролитов
Водно-электролитный обмен это совокупность процессов поступления, всасывания, распределения и выделения из организма воды и электролитов. Он обеспечивает постоянство ионного состава, кислотно-основного равновесия и объема жидкостей внутренней среды организма. Ведущую роль в нем играет вода.
Функции воды:
1)
внутренняя
среда организма;
2)
структурная;
3)
всасывание
и транспорт веществ;
4)
участие
в биохимических реакциях (гидролиз, диссоциация, гидратация, дегидратация);
5)
конечный
продукт обмена;
6)
выделение
при участии почек конечных продуктов обмена.
Содержание воды в организме варьирует в зависимости
от органов и тканей. Мозг – 70-84%, почки – 82%, сердце и легкие – 79%, мышцы –
76%, кожа – 72%, печень – 70%, костная ткань – 10%.
Вода, которая поступает алиментарным (с пищей) путем называется экзогенной, а образовавшаяся в качестве продукта биохимических превращений – эндогенной.
ЛИТЕРАТУРА К ГЛАВЕ IV.13.
1. Бышевский А. Ш., Терсенов О. А. Биохимия для врача // Екатеринбург: Уральский рабочий, 1994, 384 с.;
2. Ленинджер А. Биохимия. Молекулярные основы
структуры и функций клетки // М.: Мир, 1974, 956 с.;
3. Пустовалова Л.М. Практикум по биохимии //
Ростов-на Дону: Феникс, 1999, 540 с.;
4. Хмельницкий Р. А. Физическая и коллоидная химия // М.: Высш. шк., 1988, 400 с.