кретных химических связей. Это бесспорно. Но эти процессы проходят не вне организма, а внутри него, куда поступают комплексные соединения, не соответствующие потребности организма.
В результате химические реакции могут проходить до полного использования элементов, находящихся в дефиците, и оптимального – в избытке. И тогда реакции с дефицитными элементами будут прекращены с эффектом недостатка определенных метаболитов и ненужности в организме компонентов, не использованных в этой структуре. Реакции с элементами, находящимися в избытке, пройдут по той же аналогии, т.е. какие-то вещества будут использованы полностью, а какие-то останутся из-за отсутствия соответствующего реагента. В естественных условиях эти процессы в определенной мере регулируются путем смены растительных формаций при изменении структуры почвенного раствора и отбору животными растений по запаху и вкусу. Но в обоих случаях как в растительном, так и животном мире структуры питательной и внутренней сред организма не совпадут, а поскольку для всех биологических жидкостей организма характерен определенный состав, который нельзя изменять произвольно, решение вопроса должно быть основано на создании питательной среды, обеспечивающей условия для избирательного поглощения элементов. Решение вопроса в таком аспекте позволит создать оптимальные условия для ферментативных процессов.
В условиях искусственного земледелия и животноводства процесс формирования питательной среды может быть управляемым.
Необходимость наиболее полного состава элементов питания и нормирование их в соответствии с физиологическими нормами организма подтверждается законом равнозначимости и незаменимости. Это значит, что нельзя заменить фосфор азотом, или железо медью и т.д. Ничтожно малая потребность организма в каком-либо микроэлементе, если не будет удовлетворена, нарушит функциональную деятельность какого-то органа, что приведет к патологическим явлениям и даже к летальному исходу.
Невозможно заменить, например, железо другим элементом, так как оно является основой гемоглобина, и другой элемент не может создать комплекс, обеспечивающий состав и функциональную деятельность крови. Нельзя также заменить другими элементами кальций, фосфор, которые являются основными компонентами костной ткани. Катионы кальция (ионизированный кальций) влияют на проницаемость мембран, свертывание крови и сокращение мышц. В остеобластах, интенсивно омываемых кровью, проходит минерализация веществ до образования гидроксифосфата кальция [Ca5 (PO4)3 OH] - основного минерального комплекса костной ткани.
Приведенные примеры однозначно свидетельствуют о незаменимости элементов питания, например, железа фосфором, кальцием и др., а также равнозначимости их. Некоторые исследователи, решающие вопросы питания растений, животных, человека, пытаются акцентировать внимание на необходимости первоочередного повышения содержания «важных» элементов – кальция, фосфора, протеина, витаминов и т.д. Это решение может быть обоснованным лишь в случае патологий, возникающих от дисбаланса каких-либо элементов. Для здорового организма все элементы важны в равной мере и что особенно важно, количествах, обеспечивающих оптимум состава
и свойств внутренней среды организма. Оптимальный уровень гомеостаза позволяет живому организму развиваться в беспатологическом режиме.
На основании большого количества исследований было установлено, что живой организм с тем большей продуктивностью использует фактор, находящийся в минимуме, чем большее число других факторов находится в оптимуме. Это заключение свидетельствует о необходимости оптимизации массовой доли элемента и создания питательной среды с максимальным набором элементов, отвечающему уровню физиологической потребности.
Оптимальный уровень элементов питания обеспечивает не только потребность в них, но он позволяет усилить эффект действия одного элемента в присутствии другого.
Знание законов биологии и умелое использование их в конкретных условиях позволит наиболее эффективно решать вопросы питания во всех звеньях производственной деятельности. Регулирование до оптимума структуры элементов питания в почвенных растворах обеспечит более высокую эффективность избирательной деятельности растений, которые в свою очередь, при соответствующей структурной корректировке обусловят оптимум питательной среды для животных и человека.
4. Роль биогенных элементов в обмене веществ 4.1 Органогены
4.1.1 Углерод
Биогенный элемент, играющий особую роль в формировании скелета органических соединений. Не менее важна его роль и в обменных процессах, так как все энергетические вещества представлены им в значительном объеме. В общей массе органогенов живых организмов доля его составляет в пределах 21% (на суточную массу), а в таком сложном органическом соединении как белок содержание его составляет 51-53%. Функциональная роль углерода заключается в стабилизации гидрокарбонатной буферной системы, главное назначение которой – нейтрализация излишней кислотности, возникающей в плазме крови, эритроцитах, межклеточной жидкости и почечной ткани.
В организме животных питательные вещества в процессе катаболизма образуют метаболиты, которые могут быть использованы для формирования собственных структур. Жесткое окисление белков до СО2, Н2О и аммонийных солей используется организмом для устранения ненужных белков, пополнения энергетических ресурсов и формирования собственных структур.
Важная роль углерода в процессе метаболизма осуществляется им в соединении с кислородом и водородом. Эти соединения в процессе нейтрализации алкоза (увеличенная кислотность буферной ёмкости по сравнению с нормой) смещают нарушенное равновесие в сторону физиологической нормы, а образующийся углекислый газ выводится из организма в процессе дыхания через легкие.
Помимо рассмотренных положительных функций углерода и его соединений он может проявлять и отрицательное действие на организм. Окись углерода (СО), обра-
зующаяся в избытке в атмосфере через легкие, попадая в кровь, образует карбоксигемоглобин – очень устойчивое соединение, препятствующее насыщению крови кислородом.
Карбоксигемоглобин, имея в структуре молекулу углекислого газа вместо молекулы кислорода, нарушает процесс кислородного обмена с клеткой, так как устойчивость СО в структуре карбоксигемоглобина в 210 раз выше, чем О2 в оксигемоглобине.
Способность к образованию комплексных соединений с катионами биометаллов является причиной ядовитости угарного газа для живых систем. В реакциях комплексообразования, и прежде всего, с железом, он образует пентакарбонил железа – летучую ядовитую жидкость.
Приведенные примеры являются свидетельством важности химических элементов для жизнедеятельности организма, но в равной мере важна оптимальность структуры их в процессе метаболизма. Однозначно негативен как дефицит, так и избыток самых важных для организма составляющих.
4.1.2 Кислород
Самый распространенный элемент биосферы (более 50% по массе). Он обеспечивает многочисленные чрезвычайно важные жизненные процессы, прежде всего дыхание и окисление биосубстратов. Лишь немногие живые организмы могут развиваться в анаэробных условиях.
Главная химическая функция кислорода в организме – окисление веществ, которое всегда проходит с выделением энергии. Биологическое окисление подразделяют на свободное окисление, при котором выделяющаяся энергия переходит в тепловую и рассеивается, и сопряженное окисление, при котором выделяющаяся энергия используется живыми клетками для своего существования. Полученная энергия переводится клетками в химическую энергию в процессе синтеза аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Это соединение выполняет функцию аккумулятора энергии и функционирует в организме как промежуточный продукт, обеспечивающий жизненно важные процессы, протекающие с поглощением энергии: синтез метаболитов, сокращение мышц, перенос веществ через мембраны против градиента концентрации и передачи нервных импульсов.
Важная роль кислорода заключается и в детоксикации чужеродных эндо и экзогенных субстратов путем их окисления до соединений, которые не накапливаются в клетках, а переходят в водную фазу и удаляются из организма.
Для организма важно, чтобы процесс утилизации кислорода происходил до конечного продукта – воды. Если этот процесс нарушается, то образуются различные активные формы кислорода, способствующие свободнорадикальному окислению биосубстратов. Свободные радикалы участвуют в клеточном делении, обновлении ядерных мембран и многих других важных процессах. Но это необходимо и полезно до тех пор, пока интенсивность образования радикалов и концентрация их в клетке не превышает определенной нормы. Токсичные кислородсодержащие радикалы могут возникать и при взаимодействии кислорода с металло-протеинами (гемоглобин,
