нуклеотидов. Эти комплексы являются активаторами ферментативных процессов. Они активируют ферменты окислительного фосфорилирования (введение в молекулы неорганических и органических соединений, остатков кислот, фосфора). Биологическое фосфорилирование играет важную роль в обмене веществ – при синтезе белков, нуклеиновых кислот и др. Важная роль комплексных соединений магния заключается в репликации ДНК (точное копирование генетической информации, заключенной в молекулах ДНК, и передачу ее от поколения к поколению) и минерализации костной ткани. Кроме того, с помощью катионов магния формируются рибосомы – внутриклеточные частицы, состоящие из РНК и белков. В них активируется процесс биосинтеза белков. Во внутриклеточной жидкости ионы магния образуют комплексы с анионами АТФ и АДФ, которые способствуют активному гидролизу, сопровождающемуся выделением энергии.
4.2.2 Кальций
Катионы преимущественно сосредоточены в межклеточных жидкостях. Обмен кальция в организме контролируется гормонами паращитовидных и щитовидной желез, а также витамином Д. При понижении концентрации ионов кальция в плазме крови интенсифицируется выделение гормона паращитовидной железы, под влиянием которого клетки костной ткани усиливают растворение минеральных соединений в костях. При увеличении уровня кальция в плазме крови гормон щитовидной железы активирует работу остеобластов по отложению кальция в костной ткани. Основным минеральным компонентом костной ткани является гидрофосфат кальция Са5 (РО4)3ОН. Костная ткань обеспечивает поддержание концентрации ионов кальция в биологических жидкостях на определенном уровне, что позволяет характеризовать ее как кальциевый буфер организма.
Ионы кальция участвуют в передаче нервного импульса, сокращении мышц, регуляции сердечного ритма, а также в процессе свертывания крови. Катионы кальция понижают возбудимость центральной нервной системы, поэтому уменьшение их содержания в организме проявляется судорогами. Кальций влияет на кислотно-основной баланс организма, действие эндокринных желез, а также обладает противовоспалительным действием. Наличие ионов кальция в активных центрах амилазы (фермент, катализирующий гидролитическое расщепление полисахаридов) обуславливает ее ферментативную активность.
4.2.3 Калий , натрий
Калий является основным катионом внутриклеточной жидкости и служит необходимым компонентом функционирования нервной системы и процесса всасывания в кишечнике. Натрий основной катион внеклеточной жидкости, регулирующий объем плазмы крови, внеклеточной жидкости в организме, кислотно-щелочное равновесие, участвует в функционировании центральной нервной системы и мышц. Натрий выводит из ткани к легким углекислый газ.
Эти элементы тесно связаны в функциональной деятельности живых систем, поэтому выделять их, игнорируя взаимосвязанные действия, не целесообразно. Основное различие в свойствах катионов натрия и калия связано с различием в водоудерживающей способности их. У катиона натрия она выше, вследствие чего для натрия
характерна положительная гидратация (ионы элемента прочно связаны с молекулой воды в гидратной оболочке), а для катиона калия – отрицательная гидратация (слабо притягивающие молекулы воды). Именно этим объясняется антагонизм этих элементов в организме, обуславливающий функциональную деятельность натрия в межклеточных, а калия – во внутриклеточных жидкостях.
Концентрация ионов калия внутри клетки многократно выше, чем вне ее, а концентрация ионов натрия во внеклеточной жидкости значительно больше, чем внутри клетки. Для осуществления многих важных биологических процессов необходимо постоянно поддерживать такое неравномерное распределение этих ионов, что позволяет осуществлять перенос ионов через мембрану против градиента их концентраций. Процесс это реализуется с помощью так называемого калий-натриевого насоса, который за счет энергии АТФ выводит катионы натрия из клетки, а катионы калия проводит внутрь клетки.
Катионы натрия являются одними из основных плазмы крови, лимфы, спинномозговой и любой межтканевой жидкостей. Основная их роль – поддерживать определенное осмотическое давление, удерживать воду в тканях и регулировать водный обмен. Вместе с ионами калия, кальция, магния и хлора ионы натрия участвуют в процессе передачи нервных импульсов и поддерживают нормальную возбудимость мышечных клеток.
Высокая внутриклеточная концентрация ионов калия обеспечивает осмотическое давление внутри клетки, что позволяет осуществлять диффузию раствора через полупроницаемую мембрану. Ионы калия активизируют ферментативные системы в процессе синтеза белка на рибосомах и окисление углеводов (гликолиз). В эритроцитах ионы калия входят в состав гемоглобиновой и оксигемоглобиновой буферных систем.
Существенное влияние оказывают ионы натрия и калия на деятельность центральной нервной системы. Избыток ионов натрия в клетках коры головного мозга вызывает угнетение деятельности центральной нервной системы. Избыток катионов калия, наоборот, возбуждает ЦНС, вплоть до маниакального состояния.
Важность натрия и калия в физиологических процессах организма свидетельствует о необходимости бездефицитного обеспечения животных этими элементами. Но вместе с тем следует быть внимательным и к их избытку. Следовательно, поддержание оптимального уровня обеспеченности этими элементами в организме является обязательным.
В процессе эволюции живых организмов наиболее востребованными были такие микроэлементы, как марганец, железо, кобальт, медь, цинк, молибден. Нормированное использование этих элементов позволяет более эффективно выращивать животных и получать более полноценную продукцию.
Чаще всего в биохимических реакциях эти металлы участвуют в виде комплексов, в составе которых входят аминокислотные остатки, пептиды, белки, нуклеиновые кислоты. Именно склонность этих элементов к комплексообразованию и окислительно-восстановительным превращениям лежат в основе их биологического действия. Ионы названных микроэлементов принимают активное участие в ферментативном катализе. Действие более четверти известных в настоящее время ферментов связано с участием иона металла. В большинстве случаев ионы металлов вступают в
непрочную связь с белком фермента и субстратом, образуя легко распадающийся комплекс. В таком комплексе фермент, приобретая соответствующую конформацию (пространственную форму), проявляет максимальную активность. Активации ферментов особенно часто способствуют катионы марганца, цинка, меди, а также магния и кальция.
Кроме ферментов микроэлементы образуют с белками и другими биосубстратами транспортные биокомплексы, которые доставляют в ткани кислород, биометаллы, метаболиты.
Нормальное течение физиологических процессов в организме возможно при определенном уровне насыщения тканей микроэлементами, т.е. оптимальном микроэлементном гомеостазе. Гормональная продукция желез, при содержании микроэлементов ниже или выше этого уровня, не обеспечит их нормальную функциональную деятельность, что приведет к серьезным последствиям для здоровья.
Элементы, роль и нормы потребления которых еще не изучены или изучены недостаточно, заслуживают не меньшего внимания, так как биогенность их неоспорима.
4.2.4 Железо
Необходимый компонент окислительно-восстановительных процессов, протекающих в организме. В организме животных содержится определенное количество железа, часть которого ежедневно расходуется и выводится из организма, что определяет необходимость восполнения его. Так, например, для дойных коров с массой тела 500 кг и суточным удоем 20 кг ежедневно требуется 1170 мг, а для коров той же массы, но с удоем 32 кг – 1800 мг. Стельным сухостойным коровам с плановым удоем 20 кг требуется 805 мг или в 1,5 раза меньше. Следовательно, недостаточное количество железа в корме дойных коров отразится на обеспеченности этим элементом молока, что снизит его полноценность как питания и для теленка, и человека.
Железо входит в состав таких важных биосубстратов, как гемоглобин и различные его производные. Ион железа является комплексообразователем в гемоглобине. Гемоглобин в составе эритроцитов крови присоединяет вместо молекул воды молекулы кислорода, образуя оскигемоглобин. Оксигемоглобин выполняет функцию транспорта кислорода у высших животных. Благодаря оксигемоглобину литр крови переносит 250 мл кислорода в капилляры различных органов. Здесь оксигемоглобин отдает кислород, который диффундирует через плазму и стенки капилляров в ткани. Венозная кровь поглощает углекислый газ из тканей и транспортирует его в легкие. В легких кровь освобождается от СО2, который удаляется при выдохе, а гемоглобин опять насыщается кислородом и процесс повторяется.
Железо входит в состав большой группы (около 50 видов) ферментов, которые катализируют процесс переноса электронов в дыхательной цепи за счет обратимых окислительно-восстановительных превращений.
Ферменты, в состав которых входит цитохром, содержащий катион железа, в активном центре, взаимодействуя с субстратом и кислородом, активизирует окисление не только субстрата, но и ансамбля ферментов.
