Макроэлементы

Введение

Проблема  природы, жизни – это проблема первичной организации материи в живых объектах.

                                                                                    Академик В.А. Энгельгардт 

        В состав клетки входит около 70 химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева, встречающихся и в неживой природе. Это одно из доказательств общности живой и неживой природы. Однако соотношение химических элементов, их вклад в образование веществ, составляющих живой организм, и в какой-либо объект неживой природы резко различаются.

       Существует несколько принципов классификации элементов, входящих в состав клетки. Элементы, количество которых составляет от 10 до 0,001% от массы тела, называют макроэлементами (водород, кислород, углерод и азот), а те, на долю которых приходится менее 0,001% ,- микроэлементами. Кроме того, среди макроэлементов могут ещё выделять «основные элементы», а из группы микроэлементов выделять «ультрамикроэлементы», встречающиеся в живых организмах в следовых концентрациях. Но большую популярность приобретает следующая классификация химических элементов: органогены, макроэлементы и микроэлементы. Согласно этой классификации к органогенам относятся кислород (65-75%), углерод (15-18%), водород (8-10%) и азот (1-3%), к макроэлементам -  магний (0,02-0,03%), натрий (0,02-0,03%), кальций (0,04-2,00%), железо (0,01-0,02%), калий (0,15-0,40%), сера (0,15-0,20%), фосфор (0,20-1,00%), хлор (0,05-0,10%), к микроэлементам – цинк (0,0003%), медь (0,0002%), йод (0,0001%), фтор (0,0001%), марганец и бор (0,001-0,000001%), молибден и кобальт ( в следовых концентрациях).

4

I. Магний (Mg)

          Магний входит в состав ферментов, необходимых для функционирования мышечной, нервной и костной тканей. В организме человека содержится около 25г магния. Большая его часть находится в костях в виде фосфата и бикарбоната магния. Кости, вероятно, можно считать депо этого элемента. Приблизительно 20% магния содержится в различных мягких тканях, преимущественно в связи с белками. Наряду с калием (и в отличие от натрия), магний является преобладающим катионом  в клетке. Внутриклеточная концентрация магния - 10 миллимолей в литре (ммоль/л), что в 10 раз превышает концентрацию магния в плазме крови. Большая часть внутриклеточного магния находится в митохондриях - внутриклеточных структурах, играющих важнейшую роль в энергетическом обмене. Наряду с кальцием, магний принимает активное участие в регуляции сократимости мышц и нервно-мышечной проводимости. Доказано, что магний тормозит сокращение гладкой мускулатуры, препятствуя тем самым ее спазму. Магний также является стабилизатором богатого энергией соединения - аденозин-трифосфата (АТФ) и необходим для поддержания нормальной активности более 300 ферментов. Суточная потребность здорового человека в магнии - 300 мг. У больных с дисбиозом кишечника может быть нарушен обмен макроэлементов. Больные вполне могут принимать с пищей на 50-70% магния больше, то есть 450-500 мг, что легко достижимо за счет использования обычных продуктов и воды (поэтому в естественных условиях редко бывает истинный дефицит магния, за исключением случаев, когда имеет место синдром нарушенного всасывания - мальабсорбции). В плазме крови, в эритроцитах и в мягких тканях он в основном содержится в ионизированном состоянии. Соли магния участвуют в ферментативных процессах. Известно, что диеты с повышенным содержанием солей магния оказывают благоприятное влияние на людей пожилого возраста и лиц с заболеванием сердечно-сосудистой системы, особенно с гипертонической болезнью и атеросклерозом. Магний также нормализует возбудимость нервной системы, обладает спазмолитическим и сосудорасширяющими свойствами и, кроме того, способностью стимулировать перистальтику кишечника и повышать выделение желчи. Магний содержится в плодах шиповника коричного, вишни обыкновенной, винограде, инжире, крыжовнике, фасоли, овсяной и гречневой крупах, горохе. Мясные и молочные продукты характеризуются низким содержанием магния. 

    Содержание магния в растениях составляет в среднем 0,17%. Магний поступает в растение в виде иона Mg2+. Магний входит в состав основного пигмента зеленых листьев — хлорофилла. Магний поддерживает структуру рибосом, связывая РНК и белок. Большая и малая субъединицы рибосом ассоциируют вместе лишь в присутствии магния, который также необходим для формирования полисом и активации аминокислот. Поэтому синтез белка не

5

идет при недостатке магния, а тем более в его отсутствие. Магний является активатором многих ферментов. Важной особенностью магния является то, что он связывает фермент с субстратом по типу хелатной связи (клешневидная связь между органическим веществом и катионом). Так, например, присоединяясь к пирофосфатной группе, магний связывает АТФ с соответствующими ферментами. В связи с этим все реакции, включающие перенос фосфатной группы (большинство реакций синтеза, а также многие реакции энергетического обмена), требуют присутствия магния. Магний активирует такие ферменты, как ДНК- и РНК-полимеразы, аденозинтрифосфатазу, глютаматсинтетазу; ферменты, катализирующие перенос карбоксильной группы,— реакции карбоксилирования и декарбоксилирования; ферменты гликолиза и цикла Кребса, молочнокислого и спиртового брожений. В ряде случаев влияние магния на работу ферментов определяется тем, что он реагирует с продуктами реакции, сдвигая равновесие в сторону их образования. Магний может также инактивировать ряд ингибиторов ферментативных реакций.

6

II. Натрий (Na)

        В организме животного содержится примерно 0,1% натрия (по массе). В организме человека натрий содержится в эритроцитах, сыворотке крови, пищеварительных соках, мышцах, во всех внутренних органах, коже. 40% натрия находится в костной ткани. Совместно с калием натрий создает трансмембранный потенциал клетки и обеспечивает возбудимость клеточной мембраны. Входит также в состав натрий-калиевого насоса, особого белка (порового комплекса), пронизывающего всю толщу мембраны. Внеклеточная концентрация ионов Na+ всегда выше, чем внутриклеточная, за счет чего градиент концентрации этих ионов направлен внутрь клетки, обеспечивая активный транспорт веществ в клетку. Натрий поддерживает кислотно - щелочной  баланс в организме, регулирует кровяное давление, функционирование нервов и мышц, поглощение глюкозы клетками, образование гликогена, синтез белков, влияет на состояние слизистых оболочек жизненно важных органов пищеварительного тракта. Обмен натрия находится под контролем щитовидной железы. Его недостаток приводит к головным болям, ослаблению памяти, потере аппетита, повышению кислотности желудочного сока, могут возникнуть проблемы с мочевым пузырем, утомляемость. Избыток натрия приводит к задержке воды в организме (отекам), гипертонии, заболеваниям сердца.  Ионы Na+ влияют на работу почек; участвуют в поддержании сердечного ритма; вместе с ионами Cl¯ составляют большую часть минеральных веществ крови; участвуют в регулировании кислотно-щелочного равновесия организма, входя в состав буферной системы организма. Источником натрия для человеческого организма служит поваренная соль. Значение ее для нормальной жизнедеятельности очень велико. Она участвует в регуляции осмотического давления, обмена веществ, в поддержке щелочно-кислотного равновесия. За счет поваренной соли, находящейся в пище, восполняется расход хлорида натрия, входящего в состав крови и соляной кислоты желудочного сока. На выделение хлористого натрия из организма, а, следовательно, и на потребность в нем влияет количество

солей калия, получаемое организмом. Растительная пища, особенно картофель, богата калием и усиливает выделение хлористого натрия, повышая потребность в нем. Суточная доза натрия 400 мг. Взрослый человек ежедневно потребляет до 15г поваренной соли и столько же выделяют ее из организма. Количество поваренной соли в пище человека можно без ущерба для здоровья снизить до 5г в день. На выделение хлористого натрия из организма, а, следовательно, и на потребность в нем, влияет количество солей калия, получаемое организмом. Много натрия, по сравнению с другими растительными продуктами, содержится в ежевике сизой, крыжовнике. Натрий и калий находятся во всех растительных и животных продуктах. В растительных продуктах больше калия, в животных больше натрия. Кровь человека содержит 0,32% натрия и 0,20% калия.

7

      Содержание натрия в организме растений составляет в среднем 0,02 % (по массе). Натрий важен для транспорта веществ через мембраны, входит в так называемый натрий-калиевый насос (Na+/K+). Натрий регулирует транспорт углеводов в растении. Хорошая обеспеченность растений натрием повышает их зимостойкость. При его недостатке замедляется образование хлорофилла. Натрий оказывается полезным для роста некоторых растений засоленных почв (галофитов). Недостаток натрия у этих растений приводит к хлорозу и некрозам, а также тормозит развитие цветка. Благоприятное влияние оказывает натрий на рост сахарной свеклы и цианобактерий.

8

III. Кальций (Ca)

      Нерастворимые соли кальция входят в состав костей позвоночных, раковин моллюсков, коралловых полипов. Ионы Са²+ участвуют в образовании желчи; повышают рефлекторную  возбудимость спинного мозга и центра слюноотделения; участвуют в синаптической передаче нервного импульса; в процессах свертывания  крови; активируют ферменты при сокращении поперечно-полосатых мышечных волокон. Усваиваясь с пищей, кальций влияет на обмен веществ и способствует наиболее полному усвоению пищевых веществ. Соединения кальция укрепляют защитные силы организма и повышают его устойчивость к внешним неблагоприятным факторам, в том числе и к инфекциям. Недостаточность кальция сказывается на функции сердечной мышцы и на активности некоторых ферментов. Соли кальция участвуют в процессе свертывания крови. Кальций и фосфор  имеют исключительно большое значение для растущего организма; при недостатке кальция в пище организм начинает расходовать кальций, входящий в состав костей, в результате чего возникают костные заболевания. Кальций достаточно распространенный элемент, он составляет примерно 3,6% массы земной коры, в природных водах есть растворимый гидрокарбонат кальция Са(НСО3)2. В природе кальций это известковый шпат (СаСО3), фосфорит, апатит, мрамор, известняк, мел, гипс (CaS04, 2H20) и другие минеральные вещества, содержащие кальций. Скелет позвоночных животных состоит главным образом из фосфорнокислого и углекислого кальция. Яичная скорлупа и раковины моллюсков состоят из углекальциевой соли. Суточная потребность в кальции около 1000мг. Соли кальция применяют при различных аллергических состояниях, повышения свертываемости крови, для понижения проницаемости сосудов при воспалительных и экссудативных процессах, при туберкулезе, рахите, заболеваниях костной системы и т.д. Наиболее полноценными источниками кальция являются молоко и молочные продукты -творог, сыр. Молоко и молочные продукты способствуют усвоению его и из других продуктов. Хорошими источниками кальция являются яичный желток, капуста, соя, шпроты, частиковые рыбы в томатном соусе. Кальций содержится в плодах шиповника, яблони, винограда, клубники, крыжовника, инжира, женьшеня, ежевики сизой, зелени петрушки.

         Кальций входит в состав растений в количестве 0,2%. В старых листьях его содержание доходит до 1 %. Поступает в виде иона Са2+. Роль кальция разнообразна. Кальций, соединяясь с пектиновыми веществами, дает пектаты кальция, которые являются важнейшей составной частью клеточных оболочек растений. Срединные пластинки, склеивающие клеточные оболочки соседних клеток, состоят по преимуществу из пектатов кальция. При недостатке кальция клеточные оболочки ослизняются, что особенно ярко проявляется в клетках корня. Кальций плохо передвигается по растению, поэтому для предупреждения ослизнения необходимо, чтобы ионы Са2+ непосредственно

9

соприкасались с клетками корня. Сказанное было продемонстрировано в опытах, поставленных по методу изолированных водных культур. В этих опытах одну прядь корней помещали в питательный раствор, содержащий все необходимые питательные вещества; другую прядь корня того же растения — в раствор с исключением кальция. Очень скоро клетки корня, которые находились в растворе без кальция, начали ослизняться и загнивать. Кальций повышает вязкость цитоплазмы, что видно на опытах с формами плазмолиза. В солях кальция плазмолиз имеет вогнутую форму, так как более вязкая цитоплазма с трудом отстает от клеточных оболочек. Присутствие кальция важно для нормального функционирования мембран. Дефицит кальция приводит к увеличению проницаемости мембран, нарушению их целостности, а соответственно процессов мембранного транспорта. Кальций принимает участие в поддержании структуры хромосом, являясь связующим звеном между ДНК и белком. При недостатке кальция наблюдаются повреждения хромосом и нарушение митотического цикла. Кальций необходим также для поддержания структуры митохондрий и рибосом, образования ламелл во вновь образующихся клетках. Кальций является активатором таких ферментов, как фосфорилаза, аденозинтрифосфатаза, дегидрогеназы, амилазы и др. Са2+ служит посредником для реакций растений на внешние и гормональные сигналы, входя в состав сигнальных систем. В этой связи большое значение имеет связывание Са2+ с белком кальмодулином, находящимся в цитозоле. В цитоплазме в обычных условиях поддерживается низкая концентрация кальция. При повышении внутриклеточной концентрации кальция в ответ на сигналы (внутренние и внешние) происходит его связывание с кальмодулином. Кальмодулин регулирует концентрацию Са2+ в клетке по принципу обратной связи. Комплекс Са2+ — кальмодулин способен влиять на активность ферментов, участвующих в синтезе и распаде циклических нуклеотидов (аденилатциклаза, фосфодиэстеразы), Са2+-зависимых протеинкиназ, Са2+-АТФазы. Кальмодулин влияет на активность структурных белков цитоскелета и таким образом контролирует перемещение органелл внутри клетки, изменение формы клетки, образование веретена деления. Кальций участвует в образовании клеточной стенки и росте растяжением. Кальций реагирует с различными органическими кислотами, давая соли, и тем самым является в определенной мере регулятором значения рН клеточного сока. Нейтрализуя щавелевую кислоту, образует характерные кристаллы щавелевокислого кальция.

10

IV. Железо (Fe)

       Железо является компонентом важнейших железосодержащих белков в том числе ферментов, в которые входит как в виде гема, так и в негемовой форме. Основная масса железа в виде гема включена в гемоглобин. Кроме того, железо в такой же форме входит в состав цитохрома Р-450, цитохрома G5, цитохромов дыхательной цепи митохондрий, антиоксидантных ферментов (каталаза, миелопероксидаза). Поэтому этот макроэлемент важен не только для обеспечения организма кислородом, но и функционирования дыхательной цепи и синтеза АТФ, процессов метаболизма и детоксикации эндогенных и экзогенных веществ, синтеза ДНК, инактивации токсических перекисных соединений. Железо обладает способностью накапливаться (депонироваться) в организме. Железосодержащие соединения играют важную роль в функционировании иммунной системы, прежде всего, клеточного звена.  При дефиците железа наблюдается бледность кожных покровов, инъекция сосудов склер, дисфагия, повреждаются слизистые оболочки полости рта и желудка, истончаются и деформируются ногти. 

       Входит в состав растения в количестве 0,08%. Железо поступает в растение в виде Fe3+, а транспортируется в листья по ксилеме в виде цитрата железа (III). Роль железа в большинстве случаев связана с его способностью переходить из окисленной формы (Fe3+) в восстановленную (Fe2+) и обратно. Железо входит в состав каталитических центров многих окислительно-восстановительных ферментов. В виде геминовой группировки оно входит в состав таких ферментов, какцитохромы, цитохромоксидаза, нитратредуктаза, нитритредуктаза, леггемоглобин, каталаза и пероксидаза. Цитохромная система является необходимым компонентом дыхательной и фотосинтетической электронтранспортной цепи. В силу этого при недостатке железа тормозятся оба этих важнейших процесса. Кроме того, целый ряд ферментов содержит железо в негемовой форме. К таким ферментам относятся некоторые флавопротеиды, нитрогеназа, железосодержащий белок ферредоксин, фитоферритин и др. Фитоферритин — является металлопротеидом, в виде которого железо аккумулируется в клетке. Железо необходимо для образования хлорофилла. При этом железо катализирует образование предшественников хлорофилла 5-аминолевулиновой кислоты и протопорфиринов. Предполагают, что железо играет роль в образовании белков хлоропластов. При недостатке железа нет условий для образования таких важнейших компонентов хлоропластов, как цитохромы, ферредоксин и некоторые другие. Возможно, это косвенно влияет на образование хлорофилла. В хлоропластах железо в негемовой форме входит в состав реакционных центров фотосистем I и II.

11

V. Калий (K)

      Участвует в поддержании сердечного ритма (вместе с натрием и кальцием), участвует в проведении нервного импульса. Калий встречается в природе в виде хлорида калия. Калий входит в состав поливитаминов с микроэлементами в виде сульфата калия и преимущественно применяется при расстройствах обмена веществ. При недостатке калия в организме может возникнуть сердечная аритмия. Калий поддерживает осмотическое давление в крови, оказывает диуретическое действие. Суточная потребность в калии 2500 мг. Калий содержат яблоки, вишни, виноград винный, женьшень, крыжовник, ананасы, бананы, курага, картофель, фасоль, горох, щавель, крупа, рыба.

         Содержание калия в растении в среднем составляет 0,9%. Он поступает в растение в виде иона К+. Физиологическую роль калия нельзя считать полностью выясненной. Калий не входит ни в одно органическое соединение. Большая часть его (70%) в клетке находится в свободной ионной форме и легко извлекается холодной водой, остальные 30% в адсорбированном состоянии. В противоположность кальцию калий снижает вязкость протоплазмы, повышает ее оводненность, увеличивая гидратацию белков. Эта особенность действия калия хорошо проявляется в том, что в его солях плазмолиз имеет выпуклую форму, протоплазма легко отстает от клеточной оболочки. Следовательно, калий является антагонистом кальция. Соли калия растворимы и участвуют в регуляции осмотического потенциала клетки. В частности, большое значение имеет К+ в регуляции работы устьиц. Показано, что открытие устьиц на свету связано с накоплением в замыкающих клетках ионов калия. При этом К+ в обмен на Н+ поступает из клеток, окружающих устьичные. Корневое давление также во многом зависит от присутствия К+ в пасоке. Калий активирует работу многих ферментных систем, например фермент, катализирующий фосфорилирование сахаров, — гексокиназа, ферменты, катализирующие перенос фосфорной кислоты с пирувата на АДФ (пируваткиназа), а также ферменты, участвующие в образовании АТФ в процессе окислительного фосфорилирования. В связи с этим, по данным Э.И. Выскребенцевой, при недостатке калия резко падает содержание макроэргических фосфатов. Калий активирует и ряд ферментов цикла Кребса. Многие ферменты, участвующие в синтезе белка, требуют для своего действия присутствия калия. Несмотря на необходимость калия для проявления активности ряда ферментов, механизм этой активации до настоящего времени не представляется ясным. Недостаток калия замедляет транспорт сахарозы по флоэме. Влияние калия на передвижение органических веществ, по гипотезе Спаннера, проявляется благодаря образованию градиента электрического потенциала на ситовидных пластинках, который возникает при циркуляции калия между ситовидной трубкой и сопровождающими клетками. Влияние К+ на транспорт углеводов определяет его роль в формировании урожая. Под влиянием калия увеличивается накопление крахмала, сахарозы, моносахаридов.

12

VI.Сера (S)

       В организме человека сера участвует в образовании кератина белка, находящегося в суставах, волосах и ногтях. Сера входит в состав почти всех белков и ферментов в организме, участвует в окислительно-восстановительных реакциях и других метаболических процессах, способствует секреции желчи в печени. Много серы содержится в волосах. Атомы серы входят в состав тиамина и биотина-витаминов группы В, а также в состав жизненно важных аминокислот - цистеина и метионина. Дефицит серы в организме человека встречается очень редко - при недостаточном употреблении продуктов, содержащих белок. Физиологическая потребность в сере не установлена. Сера в организме человека - непременная составная часть клеток, тканей органов, ферментов, гормонов, в частности, инсулина важнейшего фермента поджелудочной железы и серосодержащих аминокислот; обеспечивает пространственную организацию молекул белков, необходимую для их функционирования, защищает клетки, ткани и пути биохимического синтеза от окисления, а весь организм - от токсического действия чужеродных веществ. Довольно много ее в нервной, соединительной, костной тканях. Сера является компонентом структурного белка коллагена. Пополнение организма серой обеспечивается правильно организованным питанием, в которое включают мясо, куриное яйцо, овсяную и гречневую крупы, мучные изделия, молоко, сыры, бобовые овощи и капусту. Содержание серы в теле взрослого человека - около 0,16% (110 г на 70 кг массы тела). Суточная потребность здорового организма в сере составляет 4-5г. Пока отсутствуют четкие клинические описания каких-либо специфических расстройств, связанных с недостаточным поступлением серы в организм. В то же время известны ацидоаминопатии - расстройства, связанные с нарушением обмена серосодержащих аминокислот (гомоцистинурия, цистатионурия).

           Сера содержится в растениях в количестве 0,17%. Однако в растениях семейства крестоцветных ее содержание гораздо выше. Поступает сера в растения в виде сульфатиона S042-. Сера входит в состав органических соединений, играющих важную роль в обмене веществ организма. Так, сера входит в состав трех аминокислот — цистина, цистеина и метионина. Почти все белки включают аминокислоты, содержащие серу, поэтому становится понятна роль серы в белковом обмене организма. Сера входит также в состав многих витаминов и многих коферментов, таких, как биотин, тиамин, коэнзим А, глютатион, липоевая кислота и др. В связи с этим сера принимает участие в многочисленных реакциях обмена (аэробная фаза дыхания, синтез жиров и др.). В составе коэнзима А (СоА—SH) сера участвует в образовании макроэргической связи с ацильными группами кислот. Ацетилкоэнзим А (CH3CO~SCoA) играет роль в метаболизме углеводов, жирных кислот, аминокислот. Аденозилметионин используется при синтезе фитогормона этилена и лигнина. Сульфгидрильные группировки (SH) и дисульфидные связи (S—S) играют большую роль, обеспечивая взаимодействие между ферментами и их

13

простетическими группами, а также участвуя в создании определенной конфигурации белковых молекул. Так, SH-группы связывают белок с такими коферментами, как НАД или ФАД. Часто за счет дисульфидных связей сохраняется трехмерная структура белка, а следовательно, его активность. Соединения серы участвуют в поддержании уровня окислительно-восстановительного потенциала клетки. Это относится к системам цистеин — цистин и SH—глутагион <-> S—S — глутатион. В составе белка тиоредоксина сера участвует в регуляции работы таких ферментов как Rubisco, АТФ-синтаза и др. Сера входит в состав чесночных и горчичных масел. Именно с этим связан своеобразный вкус и запах некоторых растений семейства крестоцветные. Нельзя не отметить, что соединения серы, такие, как S-аденозилметионин, участвуют в образовании полиаминов, в частности спермедина. Согласно современным представлениям, полиамины играют большую и разностороннюю роль в жизнедеятельности организмов. Полиамины благодаря наличию заряженных аминогрупп во многих реакциях могут заменять неорганические катионы. Сера, поступая в растение в виде иона S042-, быстро переходит в органическую форму при участии АТФ и магния:

Такой активированный сульфат является короткоживущим соединением и через ряд этапов восстанавливается до цистеина при участии ферредоксина. Ферменты, участвующие в образовании цистеина, в частности сульфурилаза локализованы в цитозоле, пластидах и митохондриях. Из цистеина образуются цистин и метионин. Производным цистеина является глютатион, участвующий в передвижении серы по растению. Глютатион является сигналом для поступления иона S042- через корни. В восстановленной форме сера включается в аминокислоты. Восстановленная сера в растении может подвергаться снова окислению. Окисленная форма S042-неактивна. Показано, что в молодых органах сера находится главным образом в восстановленной форме, а старых — в окисленной.

14

VII. Фосфор (P)

      Фосфор в костях позвоночных животных находится в виде Са3 (Р04) 2; входит в состав всех тканей организма, особенно белков нервной и мозговой тканей, участвует во всех видах обмена веществ. В костях человека около 1,4 кг фосфора, в мышцах 150,0г, и в нервной системе 12г. Из всех соединений фосфора наибольшее значение имеет фосфат кальция - составная часть минералов. Суточная потребность в фосфоре около 1000 мг. Препараты фосфора усиливают рост и развитие костной ткани, стимулируют кровотворотворение, улучшают деятельность нервной системы. Фосфор поступает в организм главным образом с продуктами животного происхождения - молоком и молочными продуктами, мясом, рыбой, яйцами и др. Наибольшее количество содержится фосфора в мясе. Очень много фосфора в крыжовнике, есть в яблоках, клубнике, инжире, шиповнике коричном, ежевике сизой.

       Содержание фосфора в растениях составляет около 0,2% на сухую массу. Фосфор поступает в корневую систему и функционирует в растении в виде окисленных соединений, главным образом остатков ортофосфорной кислоты (Н2Р04-, HP042-, Р043-). Физиологическое значение фосфора определяется тем, что он входит в состав ряда органических соединений, таких, как нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), нуклеотиды (АТФ, НАД, НАДФ), нуклеопротеиды, витамины и многих других, играющих центральную роль в обмене веществ. Фосфолипиды являются компонентами биологических мембран, причем именно присутствие фосфата в их структуре обеспечивает гидрофильность, остальная часть молекулы липофильна. Многие витамины и их производные, содержащие фосфор, являются коферментами и принимают непосредственное участие в каталитических реакциях, ускоряющих течение важнейших процессов обмена (фотосинтез, дыхание и др.). Фосфор содержится в составе такого органического соединения как фитин (Са—Mg соль инозитфосфорной кислоты), который является основной запасной формой фосфора в растении. Особенно много фитина в семенах (до 1—2 % сухой массы). При всех превращениях в растительном организме фосфор сохраняет степень окисленности. На самом деле, все превращения сводятся лишь к присоединению или переносу остатка фосфорной кислоты (фосфорилирование и трансфосфорилирование). Фосфорилирование — это присоединение остатка фосфорной кислоты к органическому соединению с образованием эфирной связи, например взаимодействие фосфорной кислоты с карбонильной, карбоксильной или спиртовой группировками. Фосфорилирование белков осуществляется ферментами протеинкиназами и контролирует протекание обменных реакций в организме, включая синтез белка и РНК, регуляцию активности ферментов, и лежит в основе работы сигнальных цепей. Фосфорилироваться могут и другие соединения. Например, при фосфорилировании сахаров образуются сахарофосфаты — эфиры сахаров и

15

фосфорной кислоты. Эти соединения, более лабильные и реакционноспособные, чем свободные сахара, играют существенную роль при дыхании, взаимных превращениях углеводов, их синтезе. Трансфосфорилирование — это процесс, при котором остаток фосфорной кислоты, включенный в состав одного органического вещества, переносится на другое органическое вещество. Ряд важнейших в биологическом отношении фосфорных соединений содержит несколько остатков фосфорной кислоты. Для фосфора характерна способность к образованию связей с высоким энергетическим потенциалом (макроэргические связи). Такие связи нестабильны, это облегчает их обмен и позволяет использовать энергию на самые различные биохимические и физиологические процессы. Важным соединением, содержащим макроэргические фосфорные связи, является АТФ. Фосфорная кислота, поступая в живые клетки корня, быстро включается в состав нуклеотидов, образуя АМФ и АДФ. Далее в процессе субстратного и окислительного фосфорилирования (анаэробная и аэробная фазы дыхания) образуется АТФ. По данным А.Л. Курсанова, уже через 30 с поступивший меченый фосфор (32Р) обнаруживается в АТФ. Образовавшаяся АТФ используется на активацию сахаров, аминокислот, синтез нуклеиновых кислот, белков и на другие процессы. Недостаток фосфора влияет практически на все процессы жизнедеятельности растений. Для нормального протекания фотосинтеза, дыхания, роста требуется фосфор. В почве фосфор находится в малорастворимой форме, поэтому в обеспечении питания фосфором велика роль метаболизма корней. Поглощению фосфора способствует выделение корнями кислот, ферментов, углеводистых веществ.

  16

VIII. Хлор (Cl)

 
       Хлориды-анионы хлора поступают в организм человека в основном в виде хлористого натрия - поваренной соли, входят в состав крови, поддерживают осмотическое давление в крови, входят в состав соляной кислоты в желудке, участвуют в процессах возбуждения и торможения в нервных клетках. Нарушения в обмене хлора ведут к развитию отеков, недостаточной секреции желудочного сока и др. Резкое уменьшение хлора в организме может привести к тяжелому состоянию. Суточная доза хлоридов 5000 мг.

     Хлор поступает в растение в виде Сl-. Хлор необходим для работы ФС II на этапе фотосинтетического разложения воды и выделения кислорода. Показано влияние хлоридов на работу Н+-АТФаз тонопласта, участие в делении клетки. Имеются сведения о влиянии хлора на азотный обмен. Так, хлориды стимулируют активность аспарагинсинтетазы, которая участвует в переносе аминогруппы на аспарагин. Концентрируясь в растении в вакуолях, хлориды могут выполнять осморегулирующую функцию. Недостаток хлора проявляется редко и наблюдается только на очень щелочных почвах.

17

Заключение

        Для жизнедеятельности любого живого организма характерен обмен веществ. Макроэлементы, также как и микроэлементы, участвуют в важнейших обменных процессах организма: водно-солевом и кислотно-щелочном. Стабильность концентрации солей и ее регуляция является жизненно важным механизмом, который поддерживает постоянство состава внутренней среды организма. Макроэлементы необходимы для построения структур живых тканей и осуществления биохимических и физиологических процессов, регулирования деятельности всех систем организма человека - нервной, гормональной, кровеносной и др. 

     О биологической важности элементов  не достаточно судить только по их  содержанию в тканях. Недостаточность ряда макроэлементов способна нарушить баланс практически всех обменных процессов в организме. Биологическая активность веществ может сохраняться и в очень низких концентрациях, в то время  как в повышенных относительно нормы даже незаменимые макроэлементы проявляют токсическое действие.

Важное значение имеет наличие запасов макроэлементов в различных органах и системах организма (так называемых депо). Поступление в организм всех необходимых для него веществ в достаточном количестве, в том числе и микроэлементов, является необходимым условием для нормальной работы организма.