Физиологические процессы в организме регулируются с помощью активаторов и ингибиторов. Активаторы ускоряют химические реакции, ингибиторы тормозят действие ферментов. Активаторами ферментов часто бывают катионы магния, марганца, цинка, кобальта, калия, иногда анионы хлора, ингибиторами – ртуть, свинец, кадмий, мышьяк. Бывают ингибиторы и белковой природы.
Активность фермента зависит не только от химического состава реагирующих компонентов, но и их концентрации. При соответствующей норме концентрации элементов активность фермента достигает максимальных значений, а скорость реакции обеспечивает устойчивость физиологических функций. Следовательно, не только при наличии, но и достаточном количестве элемента (не исключая оптимальные условия среды) обеспечивается устойчивость физиологических функций.
В организме одновременно протекает множество химических реакций и находящиеся в системе вещества являются реагентами или продуктами не одной, а нескольких реакций, каждая из которых проходит только при условии протекания другой – сопряжённой. В результате взаимодействия реагирующих компонентов образуется общий конечный или промежуточный продукт. Количество и полноценность их находится в прямой зависимости от обеспеченности тем или иным элементом. Недостаточное количество любого из них нарушит последовательность и интенсивность продукционного процесса. Промежуточный продукт сопряженных реакций может играть роль катализатора или ингибитора, важность которых для жизнедеятельности организма равнозначна, так как они обеспечивают незатухаемость биохимических автоколебательных систем. Циклические изменения концентраций промежуточных соединений будут влиять на скорость образования конечного продукта, концентрация которого в системе также будет изменяться периодически во времени: то нарастать, то падать. Такой кинетический режим называется автоколебательным. Автоколебательный режим будет устойчив во времени при постоянном, требуемом уровне концентрации исходного вещества. Незатухающие автоколебания биохимического процесса являются условием самоорганизации и поддержания жизни в организме. Их следует рассматривать как результат эволюции живого, как наиболее оптимальную и экономичную форму жизнедеятельности. На всех уровнях организации живого – от молекулярного до популяционного – происходят незатухающие автоколебания какого-либо параметра во времени: ферментативная активность, концентрация метаболитов, гликолиз, биохимия сердечной мышцы, численность популяции и т.п. Необеспеченность биохимического процесса в сердечной мышце полностью нарушает её автоколебательный режим, что приводит с серьёзной патологии вплоть до летального исхода.
Не менее важны биохимические процессы, обеспечивающие и другие физиологические функции организма. Нарушение такого важного процесса как катаболизм глюкозы (гликолиз), обусловленного недостатком фосфора, приведет к энергетическому голоду клеток и нарушению всех обменных процессов, протекающих на определенном энергетическом уровне. При оптимальном режиме гликолиза на каждую вступившую в реакцию молекулу глюкозы образуется 38 молекул АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). Это соединение выполняет функцию аккумулятора энергии, которая выделяется при гидролизе АТФ. Аденозинтрифосфат функционирует в клетках как промежуточный продукт, обеспечивающий протекание жизненно важных
процессов, таких как синтез метаболитов (химическая работа), сокращение мышц (механическая работа), перенос веществ через мембраны против градиента концентрации (активный транспорт) и передачи информации (нервные импульсы).
Приведенные примеры являются свидетельством важности химических элементов и нормы их концентрации для биохимических процессов в организме.
Знание и умелое управление балансом питательных веществ позволяет создать оптимальные условия для зарождения и жизнедеятельности организмов.
Многие процессы жизнедеятельности протекают с участием комплексных соединений. Основой этих соединений являются биогенные металлы, которые совместно с белками, витаминами, ферментами и другими веществами выполняют специфические функции в обмене веществ.
Характерной особенностью комплексных соединений является устойчивость сложного состава, наделенного функцией акцептора, вокруг которого координируются элементы доноры. Совокупность центрального атома (комплексообразователя) и молекул или ионов-доноров образует внутреннюю сферу комплексного соединения.
Одним из важнейших свойств комплексных соединений, обеспечивающих постоянство состава и свойств внутренней среды организма, устойчивость его физиологических функций (общий гомеостаз), является поддержание протолитического, т.е. кислотно-щелочного, баланса на необходимом уровне.
Дисбаланс элементов в этих соединениях нарушит функциональную деятельность жизненно-важных буферных систем – гидрокарбонатной, гидрофосфатной, гемоглобиновой, белковых.
Главное назначение гидрокарбонатного буфера заключается в нейтрализации кислот. Нарушение кислотно-основного равновесия устраняется гидрокарбонатной буферной системой. Гидрокарбонатный буфер является основной буферной системой плазмы крови. Он функционирует также в эритроцитах, межклеточной жидкости и в почечной ткани.
Гидрофосфатная буферная система функционирует как в крови\, так и в клеточной жидкости других тканей, особенно почек. В клетках она представлена калийнофосфатными, а в плазме крови и межклеточной жидкости – натрие-фосфатными соединениями. Избыточное количество гидро и дигидрофосфата, образующееся при несбалансированном питании, выводится почками. При этом следует заметить, что избыточное потребление белковой пищи, некачественного силоса или, наоборот, кормов с повышенной концентрацией оснований, может привести к патологическим изменениям в почках.
Гемоглобиновая буферная система является сложной системой эритроцитов. Она играет значительную роль сразу в нескольких важнейших процессах организма: дыхании, транспорте кислорода в ткани и поддержании оптимального уровня рН внутри эритроцитов, а в конечном итоге – в крови.
Белковые (протеиновые) буферные системы в зависимости от кислотно-основных свойств белка бывают анионного или катионного типа. Катионная белковая буферная система поддерживает величину рН в физиологических средах меньше 6, анионная белковая буферная система в средах с рН > 6. В крови работает анионный белковый буфер.
Все буферные системы в организме взаимосвязаны. На примере взаимодействия их в плазме и эритроцитах крови вклад в поддержании рН различен. Относительная доля гидрокарбонатной буферной системы составляет в плазме крови 35%, белковой – 7%, гидрофосфатной – 1%. Итого, в плазме крови общая доля названных буферных систем составляет 43%.
Доля буферных систем в эритроцитах следующая, %: гемоглобиновая – 35, гидрокарбонатная – 18, гидрофосфатная – 4. Итого, в системе эритроцитов названные буферные системы составляют 57% от общего количества в крови. Приведенные данные являются свидетельством четко выраженной структуры буферных систем, а, следовательно, необходимость поддержания кислотно-щелочного баланса на оптимальном уровне неоспорима. Уменьшение или увеличение буферной ёмкости по сравнению с нормой дестабилизирует работу важнейших органов, что в свою очередь негативно влияет на здоровье и состояние живых организмов.
В организме постоянно проходит процесс образования и разрушения жизненно необходимых биокомплексов, в составе которых важную роль играют биометаллы или «металлы жизни». Биокомплексы, взаимодействуя с другими биогенными элементами, являющимися донорами, обеспечивают определенный уровень концентрации веществ и их равновесное состояние. Нарушение этого состояния смещает равновесие в ту или иную сторону, что нарушает процесс метаболизма и вызывает патологические изменения в органах. Патологические изменения могут быть вызваны долговременным отсутствием в корме каких-либо биометаллов или поступления их в значительно меньших количествах, чем необходимо для жизнедеятельности организма. Поступление биометаллов в количествах больших, чем требуется организму, также приводит к нарушению баланса со всеми вытекающими негативными явлениями.
Акцент внимания на важность количественного оптимума элементов для жизнедеятельности организма сделан с целью обоснования необходимости решения проблемы производства и использования кормов в едином комплексе и новом аспекте.
Питательную среду живых организмов в глобальном масштабе составляют химические элементы земной коры, океанов и атмосферы. Использование тех или иных химических элементов для построения и функционирования организмов подчинено определенным законам природы, которые регулируют взаимосвязь окружающей (питательная среда) и внутренней среды организма (общий гомеостаз).
Для всех звеньев биологической цепи: почва – растение – животное – человек, целесообразно иметь свою питательную среду, обеспечивающую постоянство состава и свойств организма. Оптимальные условия жизни должны быть созданы в равной мере как для почвы, так и растений, животных и человека.
В почве, как целостной системе, в оптимальном режиме должны проходить процессы, обеспечивающие высокий уровень как потенциального, так и эффективного плодородия. Для создания и поддержания такого уровня используются методы биологического, химического и физического воздействия.
Биологический метод заключается в регулировании процессов синтеза и разложения органического вещества в почве, правильном подборе растений и сортов, наилучшем соотношении их в травосмесях и севообороте, активизацию микробиоло-
