Рис. 2.2. Развернутый график периодической системы биоэлементов.
комплексообразованию, возможный антагонизм и синергизм с другими элементами и т. д.)*.
На рисунке 2.2 представлен развернутый график периодической системы, составленный с учетом квантовых характеристик атомов биоэлементов.
В график включены 49 элементов, содержание которых в организме определено количественно (жизненно необходимые, условно необходимые и элементы с неустановленной функцией). Исключены инертные газы. Ряды отсутствуют — длинные периоды вытянуты в горизонтальные строки. Элементы распределены по разделам по характеру заполнения подоболочки (s, р, d), соответственно обозначена нумерация групп и подгрупп. Слева приведена нумерация периодов и электронная конфигурация атомов элементов данного периода.
Схема удобна для биологического анализа, поскольку в обычном варианте периодической системы элементы, расположенные в главной и побочной подгруппах одной и той же группы, не всегда обладают аналогичными биологическими свойствами. Кроме того, график облегчает установление возможной связи между квантовыми характеристиками атомов и биологическими свойствами элементов.
*** Электронная конфигурация абсолютно необходимых и вероятно необходимых элементов приведена в приложении №** 1.
Можно констатировать тот факт, что большинство жизненно необходимых элементов (включая и органогены) расположено в начальных периодах периодической системы; в объяснении свойств именно этих элементов больших успехов достигла квантовая теория.
Среди биотических минеральных элементов (жизненно необходимых и вероятно необходимых) s-подгруппа представлена 5 элементами* из 14, р-подгруппа—9 элементами* из 21, d-подгруппа— 11 ^элементами из 15. Элементы f-подгруппы в связи с недостаточной чувствительностью измерительной техники пока не обнаружены. Однако, принимая во внимание возрастание комплексообразующей способности с увеличением орбитального квантового числа (1), можно предположить возможную биологическую роль некоторых элементов f-подгруппы. Элементы s-подгруппы представлены одновалентными и двухвалентными металлами. Металлы главной подгруппы первой группы (Na, К) отличаются высокой степенью растворимости и низким потенциалом ионизации. Они являются основными катионами внеклеточной (Na +) и внутриклеточной (К + ) среды, равномерно распределяются по организму.
Металлы главной подгруппы второй группы (Mg, Са, Sr) участвуют в образовании опорных тканей и в виде ионов содержатся во внутренней среде организма, имея высокую биологическую активность. Следует отметить, что радиусы гидратированных ионов первой и второй групп значительно больше их кристаллографических радиусов.
Вероятно, биологическая роль элементов металлов d-подгруппы, которые обладают насыщенным (до 18) или переходным (от 8 до 18) электронным слоем, предшествующим наружному, и высокой способностью к комплексообразованию — образование биологически активных хелатов, участие в структуре коферментов, активация (в виде ионов) ферментных систем.
Особое место в этой подгруппе занимают цинк и кадмий, атомы которых имеют по два электрона вне заполненной подоболочки. Эти элементы не проявляют переменной валентности и не образуют соединений, в которых d-подоболочка была бы незаполненной. Поэтому их рассматривают как непереходные элементы. Способность этих элементов к комплексообразованию слабее, чем у переходных.
Элементы р-подгруппы включают в себя макрои микроэлементы пятой, шестой и седьмой групп. По химическим свойствам — это типичные неметаллы (галогены, сера, селен) или амфотерные элементы (кремний, мышьяк). Они участвуют в образовании мягких и частично опорных тканей, играют важную роль в энергетических процессах, входят в состав сложных органических соединений, обладающих биологической активностью.
*** Не учтены органогены (Н в s-подгруппе, С,** N, 0 —в р-подгруппе).
К сожалению, приходится констатировать, что истинная картина биологического действия элементов оказалась далекой от той, которую можно было бы ожидать исходя из фундаментальных открытий физики и химии. Не оправдалось, в частности, предположение об идентичности действия и полной взаимозаменяемости элементов— электронных гомологов (кальция — магния, лития — натрия и т. д.). Вместо ожидаемой аналогии в действии мы иногда встречаемся с антагонистическими взаимосвязями элементов (калий — рубидий, цинк — кадмий, фтор — бром, хлор — йод), т. е. с отсутствием взаимозаменяемости и биологической равноценности*. По-видимому, биологическая роль элемента определяется как известными параметрами, установленными физикой и химией, так и еще неизвестными.
Попытки систематизировать минеральные элементы, исходя из их биологических свойств, пока мало удачны еще и потому, что нет возможности точно и однозначно сформулировать сущность биологического действия элемента. Беря же за основу наиболее выраженный эффект, мы часто заходим в тупик. Тем не менее периодическая система элементов является той прочной отправной базой, на которую мы снова и снова возвращаемся, когда число тупиков резко возрастает.
2.3. ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ МИНЕРАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Функции минеральных элементов в организме чрезвычайно многообразны и неразрывно связаны с их формой и состоянием. Основные из них следующие: участие в построении опорных тканей организма; поддержание гомеостаза внутренней среды; поддержание равновесия клеточных мембран; активация биохимических реакций путем воздействия на ферментные системы; прямое или косвенное влияние на функцию эндокринных желез; воздействие на симбиотическую микрофлору желудочно-кишечного тракта.
2.3.1. Структурная роль минеральных элементов
Рост животных неразрывно связан с отложением в теле минеральных веществ. Последние входят в состав всех структурных образований организма, но главным образом костной ткани, где они находятся в виде прочных нерастворимых соединений. В костях скелета сосредоточено более 80% неорганических солей организма.
Костная ткань состоит из трех основных компонентов: органической основы, неорганической фракции (костной золы) и воды, между которыми существует тесная структурная связь. В зрелой кости эти компоненты находятся в следующем примерном процентном соотношении: 38 : 32 : 30. Это соотношение зависит от возраста
*** См. также раздел 2.4.1.**
