II. БИОХИМИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ.
1. ЖЕЛЕЗО.
Содержание в организме. У взрослого человека содержиться 4,2 г железа, 70-80% его включено в гемоглобин, 5-10% - в миоглобин, около 1% находится в дыхательных ситемах, остальное – резервное железо.
Пищевые источники
Суточная потребность: 10 мг для мужчин, 12-15 мг для женщин.
Обмен. Гемовое железо всасывается в составе порфиринового макроцикла, негемовое – в виде ионов Fe2+. Для оптимального усвоения железа необходима нормальная секреция желудочного сока. Среди пищевых факторов увеличивает всасывание железа витамин С, аминокислоты, моносахара, снижают – фосфаты и полифенольные соединения (например, кофе). Из просвета кишечника железо всасывается в комплексе с мукозным трансферрином, а в крови транспортируется трасферрином, белком фракции b-глобулинов. Основным белком депонирующим железо в тканях является ферритин, состоящий из 24 субъединиц и связывающий до 4300 ионов железа. В организме существуют 3 метаболических цикла железа: 1. плазма-костный мозг-эритроциты-плазмв; 2. плазма-ферритин-плазма; 3. плазма-миоглобин-железо-содержащие ферменты-плазма. Все три цикла связаны между собой ерез железо плазмы крови. из организмы железо выводится в составе слущенного эпителия тонкой кишки.
Функции железа. 1. транспорт электронов; 2. транспорт и депонирование кислорода; 3. участие в формировании активных центров оксидоредуктаз.
ЦИНК.
Является одним из основных эссенциальных микроэлементов в питании человека и животных. Содержание в организме. В организме человека содержится 2-3 г цинка, 60% которого находится в скелетных мышцах. У мужчин 15 мг цинка содержится в предстательной железе.
Пищевые источники: печень, какао, мясо, птица, бобовые, пшеничные отруби и крупы, твердые сыры, креветки, орехи грецкие, рыба.
Суточная потребность: 10-22 мг, беременные –10-30 мг, кормящие женщины – 13-54 мг.
Обмен. Абсорбция солей цинка из пищи составляет 50%, белковая диета повышает всасывание цинка, а высоко содержание фосфатов и кальция, наоборот, снижает, причем кальций тормозит всасывание цинка только в присутствии фитиновой кислоты, содержащейся в хлебных злаках и образующей с ионами кальция и цинка нерастворимые комплексы. Цинк транспортируется от ЖКТ в печень в комплексе с альбумином, экскретируется в основном из ЖКТ, где он представлен неабсорбированным цинком пищи и эндогенным цинком, выделенным с желчью.
Биологическая роль. В настоящее время цинк найден в более, чем в 200 ферментах. Цинк играет важную роль в синтезе белка и нуклеиновых кислот. Он необходим для стабилизации ДНК, РНК и рибосом, обеспечивает обратный процесс денатурации ДНК, входит в состав аминоацил-тРНК-синтетаз и факторов элонгации трансляции. Цинк обнаружен в составе обратной транскриптазы. Роль цинка в стабилизации ДНК состоит в следующем. В нативной ДНК цинк связан с фосфатными группами. При расхождении цепей ДНК цинк образует координационные комплексы с азотистыми основаниями ДНК, удерживая их на определенном расстоянии и способствуя быстрому восстановлению двойной спирали. Цинк способствует усилению синтеза коллагена при заживлении и ран и стабилизации мембран лизосом; снижает транспорт электронов и митохондриальное дыхание. Цинк необходим для образования гексамеров и других кристаллических форм инсулина, в виде которых гормон депонируется, и пролонгирует его физиологическое действие. Цинк влияет на функцию вкусового анализатора; является составной частью алкогольдегидрогеназы и карбоангидразы. Ряд проявлений биологической активности цинка связано с его высоким сродством к тиогруппам, которые цинк стабилизирует предупреждая ох оксление ионами меди и железа.
Препараты цинка используется в лечении гепато-церебральной дистрофии, препятствуя всасыванию и усвоению меди, в лечении гнездного облысения (алопеции), гипогонадизма, в комплексной терапии дейтей с церебральными параличами, а также как вяжущее и дезинфецирующее средство при кожных заболеванях
Отсутствие цинка в питании или глубокий его дефицит приводят к развитию специфического микроэлементоза, основными проявлениями которого являются гипогонадизм, замедление роста (карликовость), нарушение оссификации костей, патологические изменения кожи. Относительная недостаточность цинка проявляется: кожными проявлениями (дерматит, экзема, угревая сыпь, плохое заживление ран), аллопеции, медленному росту волос, поражения слизистых оболочек (стоматит, гингивит, хейлит, язвы, эрозии), иммунодефицитом, ухудшению толерантности к глюкозе, замедлению роста и полового созревания детей, угнетением сперматогенеза, гиперхолестеринемией, отклонениями со стороны нервной системы (гиперактивность или депрессия, ухудшение памяти, извращение обоняния и вкуса, анорексия). Недостаточность цинка приводит к тому, что оказывается незанятым много молекулярных сайтов его связывания, что может спровоцировать в организме накопление кадмия и свинца в опасных количествах.
Причины недостаточности цинка: потребление в качестве основного продукта питания бездрожжевого теста из муки тонкого помола (высокий уровень фитина – гексафосфатный эфир инозита), кровопотери, вызванные кишечными гельминтами; потоотделение вызванное высокой температурой внешней среды, алкоголизм, тяжелые циррозы печени, хронические заболевания кишечника с нарушением всасывания, беременность, инфекционные болезни, хирургические вмешательства, тяжелые ожоги, вегетарианство.
3. МЕДЬ.
Содержание в организме. В организме человека содержится в среднем 75-150 мг меди, окколо 50% этого количества находится в мышцах и костях. Кроме того, высоко содержание меди в печени, в головном мозге, сердце и почках.
Пищевые источники. Печень, продукты моря, зернобобовые, гречневая и овсяная крупа, орехи. Очень низкое содержание меди в молочных продуктах.
Суточная потребность. 80 мкг/кг для детей раннего возраста, 40 мкг/кг – для более старших детей, 30 мкг/кг – для взрослых.
Обмен. Медь всасывается в верхних отделах кишечника и частично в желудке в комплексе с a-аминокислотами и с участием специфически транспортных белков. Всасывание меди значительно снижается под влиянием сульфидов, образующих с ней нерастворимые соли. В комплексе с сывороточным альбумином медь поступает в печень, где включается в состав особого белка – церулоплазмина.
Биологическая роль. Известно более 30 белков и ферментов , в состав которых входит медь. Медь входит в состав цитохромоксидазы – терминального звена митохондриальной цепи переноса электронов, играющей важную роль в процессах биологического окисления и окислительного фосфорилирования генерации АТФ; моноаминооксидазы, катализирующей окислительное дезаминирование катехоламинов, серотонина и др., а также лизина (лизилоксидаза). Последний процесс определяет образование поперечных сшивок в молекуле коллагена и эластина. Медь участвует в построении тирозиназы, катализирующей превращение тирозина в дофамин и меланины. Отсутствие или недостаточная активность итрозиназы приводит к альбинизму, а ее черезмерная активность – к развитию меланомы (быстропрогрессирующего рака кожи). Церулоплазмин содержит 8 атомов меди и обладает антиоксидантными свыойствами, участвует в метаболизме железа, окисляя двухвалентное железо в трехвалентное, способное транспортироваться трансферрином.
Причины возникновения недостаточности меди: молочная диета, парентеральное питание, кормление детей молочными смесями с низким содержанием меди, синдром мальабсорбции (нарушенного всасывания), нефротический синдром, белково-калорийная недостаточность. Симптомы недостаточности – возникновение дефектного коллагена, нарушается образование волокон соединительной ткани сосудов, скелета и других органов, отмечается похудание, вялость.
При возникновении в организме избытка меди развивается гепато-церебральная дистрофия, или болезнь Вильсона-Коновалова, характеризующейся накоплением меди в головном мозге, печени, что приводит к нарушению функций центральной нервной системы. Более того, изменения уровня меди обнаружено при шизофрении и эпилепсии. Препараты меди используют для снижения возбудимости при психических заболеваниях.
4. МАРГАНЕЦ.
В организме человека содержится 12-20 мг марганца, наиболее высоко содержание металла в мозге, печени, почках поджелудочной железе.
Содержание металла в организме регулируется путем изменения скорости его экскреции ( в соновном желчью). Усвояемость марганца колеблется от 37% до 63% его содержания в рационе. Высокое содержание кальция и фосфора в диете препятствует всасывания марганца. В крови марганец транспортируется b1-глобулином (трансманганин).
Пищевые источники. Наиболее богаты марганцем злаковые, бобовые, орехи, кофе и чай, невысокий уровень его в мясе, рыбе, морепродуктах, молоке, яйцах.
Суточная потребность составляет 2-3 мг, рекомендуемый уровень его потребления – 5-10мг.
Биологическая роль. В большинстве случаев марганец не является кофактором ферментов, но способен оказывать активирующее воздействие на их каталитическую активность (аллостерический активатор). К таким ферментам относятся аргиназа, фосфатаза, изоцитратдегидрогеназа, РНК- и ДНК-полимераза и др. Существуют, однако, ферменты, для которых присутствие марганца обязательно. Это мукополисахарид-полимераза и галактозилтрансфераза, участвующие в биосинтезе хондроитинсульфата, одного из основных компонентов хрящевой ткани. Третий фермент – пируваткорбоксилаза – играет ведущую роль в регуляции гликонеогенеза. Марганец принимает участие в регуляции углеводно-липидного обмена, активно стимулируя синтез холестерина. У животных марганец участвует в синтезе витамина С.
Недостаточность марганца проявляется выраженной гипохолестеринемией, похуданием, дерматитом, тошнотой, рвотой, в эксперименте обнаружено уменьшение островков Лангерганса. Снижение уровня марганца отмечено в крови и тканях больных сахарным диабетом.
5. ЙОД.
В организме человека содержится 15-20 мг йода, 8 мг сконцентрировано в щитовидной железе. Всасывается в кишечнике в виде неорганических йодидов.
Пищевые источники содержание йода в продуктах зависит от уровня йода в почве и в воде данной местности. Очень богаты йодом морская капуста, морская рыба и ракообразные. В мясе, молочных продуктах содержание йода составляет 7-16 мкг/100 г съедобно части. Для профилактике зоба в эндемических областях используют иодированную поваренную соль.
Суточная потребность составляет 100-150 мкг.
Биологическая роль. Йод – единственный из известных микроэлементов, участвующих в биосинтезе гормонов (тироксина – гормона щитовидной железы). Тироксин контролирует состояние энергетического обмена, уровень теплопродукции; активно воздействие на физическое и психическое развитие, оказывает выраженное влияние на все виды обменов в организме человека. Молекулярный механизм действия тироксина связан с его активным влиянием на процессы биологического окисления и окислительного фосфорилирования.
Содержание йода в крови значительно снижается при гипотиреозе, повышается – при гипертиреозе. При избытке тироксина снижается интенсивность образования АТФ. Недостаточность йода приводит к развитию эндемического зоба.
6. МАГНИЙ.
Содержание магния в организме человека не более 20 мг.
Пищевые источники овощи и фрукты, особенно абрикосы, персики, цветная капуста, помидоры и картофель. Суточная потребность 1,5 г магния.
Биологическая роль. Магний является активатором многих ферментов, входит в состав киназ, осуществляющих перенос фосфатной группы от молекулы АТФ на различные субстраты (фосфотрансферазы). Ионы магния связывают между собой субъединицы рибосомы в процессе биосинтеза белка.
Недостаток магния проявляется в переутомлении, раздражении, середечно-сосудистыми заболеваниями, в частности, возникновением инфаркта миокарда.
КОБАЛЬТ.
В организме человека кобальта содержится всего 1,5 мг, и входит в состав витамина В12.
8. МОЛИБДЕН.
Наибольшее количество молибдена обнаружено в печени и коже.
Биологическая роль. Молибден обнаруживается в ксантиноксидазе, сульфитоксидазе, в малых дозах стимулирует образование гемоклобина, в больших, наоборт, тормозит. Увеличение уровня молибдена обнаружено у больных подагрой и связано с активацией пуринового обмена.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Патобиохимия /Под ред. Е.А. Строева, В.Г. Макаровой, Д.Л. Пескова. – М.: ГОУ ВУНМЦ, 2002.- 234 с.
2. Основы патохимии / А.Ш. Зайчик, Л.П. Чурилов (Учебник пособие для студентов медицинских ВУЗов).– СПб., ЭЛБИ 2000.– 688 с.