Биологически значимые элементы

Из Википедии, бесплатной энциклопедии

Биологически значимые элементы (в противоположность биологически инертным элементам) — химические элементы, необходимые живым организмам для обеспечения нормальной жизнедеятельности.

Элементы, обеспечивающие жизнедеятельность организма, классифицируют по разным признакам — содержанию в организме, степени необходимости, биологической роли, тканевой специфичности и др.[1] По содержанию в теле человека и других млекопитающих элементы делят на:

  • макроэлементы (сотые доли процента и более);
  • микроэлементы (от стотысячных до тысячных долей процента);
  • ультрамикроэлементы (миллионные доли процента и менее)[1][2][3][4].

Некоторые авторы проводят границы между этими типами по другим значениям концентрации[5][6][7]. Иногда ультрамикроэлементы не отделяют от микроэлементов[5].

Макроэлементы

[править | править код]
Доли содержания биологически значимых элементов в теле человека по Скальному А. В. (2019)

Эти элементы слагают основу тел организмов. Содержатся в организме взрослого человека в значительных количествах, от десятков граммов (хлор, магний) до десятков килограммов (кислород, углерод); другими словами, к макроэлементам относятся все биоэлементы, содержание которых в организме превышает 0,1 % массы тела[8].

Органогенные элементы

[править | править код]

Основную долю массы клетки составляют 4 элемента[9] (указано их содержание в теле человека)[10]:

Эти макроэлементы называют органогенными элементами[комм. 1][8] или макронутриентами (англ. macronutrient)[комм. 2]. Преимущественно из них построены белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты и многие другие органические вещества. Иногда эти четыре элемента обозначают акронимом CHNO, состоящим из их обозначений в таблице Менделеева.

Другие макроэлементы

[править | править код]

Ниже перечислены другие макроэлементы[1] и их содержание в теле человека[10][14].

Микроэлементы

[править | править код]

Термин «микроэлементы» получил особое распространение в медицинской, биологической и сельскохозяйственной научной литературе в середине XX века. В частности, для агрономов стало очевидным, что даже достаточное количество «макроэлементов» в удобрениях (троица NPK — азот, фосфор, калий) не обеспечивает нормального развития растений[15][16][17].

Микроэлементы — элементы, содержание которых в организме человека находится в пределах от 0,001 до 0,00001 % (от нескольких г до нескольких мг); другими словами, к микроэлементам относятся все элементы, содержание которых меньше 0,1 % массы тела. По своему значению для обеспечения жизнедеятельности организма, микроэлементы можно разделить на три группы: микроэлементы эссенциальные, микроэлементы условно эссенциальные, микроэлементы токсичные и малоизученные[8]. Сложность подобной классификации микроэлементов состоит в том, что сами эссенциальные микроэлементы при определённых условиях могут вызывать токсичные реакции, а отдельные токсические микроэлементы при определённой дозировке и экспозиции могут обнаруживать свойства эссенциальных, то есть оказываться жизненно важными[5][18]. Содержание микроэлементов в организме мало, но они участвуют в биохимических процессах и необходимы живым организмам. Поддержание их содержания в тканях на физиологическом уровне необходимо для поддержания постоянства внутренней среды (гомеостаза) организма[19].

Эссенциальные микроэлементы

[править | править код]

Эссенциальными (или жизненно необходимыми) называют микроэлементы, которые постоянно присутствуют в организме и для которых установлена их исключительная роль в обеспечении жизнедеятельности. Все жизненно необходимые микроэлементы поступают в организм с пищей и питьевой водой[8]. Среди них (в алфавитном порядке)[14][18]:

Условно эссенциальные микроэлементы

[править | править код]

Условно эссенциальными (или условно жизненно необходимыми) называют микроэлементы, в отношении которых накапливается всё больше данных об их важной роли в обеспечении жизнедеятельности организма[8]. Среди них (в алфавитном порядке)[5][14]:

Токсичные и малоизученные микроэлементы

[править | править код]

К токсичным и малоизученным относится большая группа элементов, которые в микроколичествах постоянно присутствуют в организме, однако их биологическая роль изучена ещё недостаточно. Так как многие из этих элементов обладают относительно высокой токсичностью, обычно основное внимание уделяется именно их вредному воздействию на организм. Токсичные и малоизученные микроэлементы не входят в число эссенциальных микроэлементов[8]. Среди них (в алфавитном порядке)[5][18]:

Биогенные элементы

[править | править код]

Биогенными (биофильными) называют химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и выполняющие определённые биологические функции. Элементы и их соединения, требующиеся биоте в больших количествах, называют макробиогенными (С, О, N, H, Ca, P, S), а в малых количествах — микробиогенными. Для растений это: Fe, Mg, Cu, Zn, B, Si, Mo, Cl, V, Ca, которые обеспечивают функции фотосинтеза, азотного обмена и метаболическую функцию. Для животных требуются как перечисленные элементы (кроме B), так и дополнительно Se, Cr, Ni, F, I и Sn. Несмотря на малые количества, все эти элементы необходимы для жизнедеятельности биосистем[20][21][22].

Взаимодействие и гомеостаз

[править | править код]
Основная статья: Взаимодействия микронутриентов

Ионная природа элементов приводит к образованию их комплексов под действием различных неабсорбированных компонентов пищи. Не все факторы, влияющие на эти процессы, хорошо изучены[23][24]. В числе прочего гомеостаз элементов в организме человека зависит от следующего:

Биологически значимые элементы не только усваиваются в желудочно-кишечном тракте, для многих из них он является местом выделения. В идеале большая часть выделенных в желудочно-кишечный тракт элементов реабсорбируется. Одни элементы могут усваиваться путём активного транспорта или стимулирования диффузии; другие усваиваются посредством пассивной диффузии, некоторые — с помощью двух и более механизмов. Усвоение необходимых элементов контролируется гомеостазом, что обеспечивает их нормальное, или симметричное, распределение[25].

Существует определённое физиологическое взаимодействие между элементами, конкурирующими за места образования связей на щёточной каёмке энтероцитов, за определённые органические комплексообразующие элементы внутри энтероцитов или за сайты на специфических транспортных белках. Существует и конкуренция за рецепторы перед встраиванием в их дефинитивную матрицу в функциональных клетках. Физические и химические свойства элементов определяются при этом их электронной конфигурацией[26].

Недостаток минеральных веществ в организме

[править | править код]

Основные причины, вызывающие недостаток минеральных веществ:

  • Неправильное или однообразное питание, некачественная питьевая вода.
  • Геологические особенности различных регионов Земли — эндемические (неблагоприятные) районы (см. Эндемические заболевания).
  • Большая потеря минеральных веществ по причине кровотечений, болезнь Крона, язвенный колит.
  • Употребление алкоголя и некоторых лекарственных средств, связывающих микроэлементы или вызывающих их потерю организмом.

Использование термина «минерал» по отношению к биологически значимым элементам

[править | править код]

Микро- и макроэлементы попадают в организм главным образом с пищей. Для их обозначения в английском языке существует термин dietary minerals[27].

В конце XX века российские производители некоторых лекарственных препаратов и биологически активных добавок стали использовать для обозначения макро- и микроэлементов термин «минерал». С научной точки зрения такое употребление этого термина является неправильным, так как он означает только геологическое природное тело с кристаллической структурой. Тем не менее производители так называемых «биологических добавок» стали называть свою продукцию витаминно-минеральными комплексами, имея в виду минеральные добавки к витаминам[28].

См. также

[править | править код]

Примечания

[править | править код]

Комментарии

  1. ↑ Иногда органогенными элементами (органогенами) называют только C, H, N, O[11], иногда — ещё и P и S[1], а иногда — все элементы, играющие какую-либо роль в жизни организмов[12].
  2. ↑ Иногда макронутриентами называют белки, жиры и углеводы[13].

Источники

  1. ↑ 1 2 3 4 Скальный А. В., Рудаков И. А. Биоэлементы в медицине. — Оникс 21 век, Мир, 2004. — С. 18—23. — 272 с. — ISBN 5-329-00930-8.
  2. ↑ Макроэлементы // Словарь ботанических терминов / И.А. Дудка. — Киев: Наукова Думка, 1984.
  3. ↑ Микроэлемент // Словарь ботанических терминов / И.А. Дудка. — Киев: Наукова Думка, 1984.
  4. ↑ Ультрамикроэлементы // Словарь ботанических терминов / И.А. Дудка. — Киев: Наукова Думка, 1984.
  5. ↑ 1 2 3 4 5 Авцын А. П., Жаворонков А. А., Риш М. А., Строчкова Л. С. Микроэлементозы человека. — М.: Медицина, 1991. — 496 с. — ISBN 5-225-02128-X.
  6. ↑ Кидин В.В., Торшин С.П. Агрохимия. Учебник. — Проспект, 2015. — 619 с. — ISBN 9785392187676.
  7. ↑ Полянская Ирина Сергеевна. Новая классификация [[биоэлемент]]ов в биоэлементологии. cyberleninka.ru. Журнал «Молочнохозяйственный вестник» Вологодской государственной молочнохозяйственной академии им. Н.В. Верещагина, номер 1(13), С. 34-42 (2014). Дата обращения: 19 марта 2021. Архивировано 26 марта 2020 года.
  8. ↑ 1 2 3 4 5 6 Скальный А.В., Рудаков И.А., Нотова С.В., Скальный В.В., Бурцева Т.И., Баранова О.В., Губайдулина С.Г. Биоэлементология:основные понятия и термины. Терминологический словарь. window.edu.ru. ГОУ «Оренбургский государственный университет» (2005). Дата обращения: 6 апреля 2021. Архивировано 31 октября 2017 года.
  9. ↑ Билич Г. Л., Крыжановский В. А. Биология. Полный курс: В 4 т. — издание 5-е, дополненное и переработанное. — Оникс, 2009. — С. 20. — 864 с. — ISBN 978-5-488-02311-6.
  10. ↑ 1 2 Starr C., McMillan B. 2.1. Atoms and Elements // Human Biology. — 11 ed. — Cengage Learning, 2014. — P. 16. — 608 p. — ISBN 9781305445949.
  11. ↑ Органогенные элементы // Большая медицинская энциклопедия / гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1969—1978.
  12. ↑ Дедю И. И. Органогены // Экологический энциклопедический словарь. — Кишинев, 1989.
  13. ↑ Методические рекомендации 2.3.1.2432-08. Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации. Дата обращения: 19 июля 2017. Архивировано 6 августа 2017 года.
  14. ↑ 1 2 3 Скальный А.В. Микроэлементы: бодрость, здоровье, долголетие. — Издательство Перо - С.11, 2019.
  15. ↑ Ковальский В.В., Раецкая Ю. И., Грачёва Т. И. Микроэлементы в растениях и кормах. — АН СССР. Науч. совет по микроэлементам в растениеводстве и животноводстве. Всесоюз. акад. с.-х. наук им. В. И. Ленина. - Москва: Колос, 1971.
  16. ↑ Underwood EJ. Trace elements and health: an overview. pubmed.ncbi.nlm.nih.gov. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological sciences (1979). Дата обращения: 16 апреля 2021. Архивировано 16 апреля 2021 года.
  17. ↑ Бабенко Г. А., Решеткина Л. П. Микроэлементы в экспериментальной и клинической медицине. — Киев: Здоров`я, 1965.
  18. ↑ 1 2 3 4 Скальный А.В. Биологическая роль макро- и микроэлементов у человека и животных. — Санкт-Петербург: Наука, 2008.
  19. ↑ Osamu WADA. What are Trace Elements? Their deficiency and excess states. med.or.jp. Journal of the Japan Medical Association (Vol. 129, No. 5, 2003, pages 607–612) (2003). Дата обращения: 16 апреля 2021. Архивировано 29 марта 2017 года.
  20. ↑ Козловский Е. А., Ледовских А. А. (гл. редакторы) и др. Биофильные (биогенные) элементы. ecoindustry.ru. Российская геологическая энциклопедия. В трех томах. Т. 1 (А-И). – М. – СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ (2010). — «ISBN 978-5-93761-180-2». Дата обращения: 5 апреля 2021. Архивировано 26 марта 2017 года.
  21. ↑ Биогенные элементы // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
  22. ↑ БИОГЕ́ННЫЕ ЭЛЕМЕ́НТЫ : [арх. 27 сентября 2020] // «Банкетная кампания» 1904 — Большой Иргиз. — М. : Большая российская энциклопедия, 2005. — С. 486. — (Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 3). — ISBN 5-85270-331-1.
  23. ↑ O'Dell B.L. Effect of dietary components upon zinc availability. — The American Journal of Clinical Nutrition, 1969.
  24. ↑ Prasad A.S., Oberleas D. Factors affecting zinc homeostasis. — Trace Elements in Human Health and Disease, Vol. I, p. 155-162. New York, Academic Press, 1977.
  25. ↑ Liebscher K., Smith H. Essential and non-essential trace elements. — Archives of Environmental & Occupational Health 17(6): 881-890, 1968.
  26. ↑ Hill C.H., Matrone G. Chemical parameters in the study of in vivo and in vitro interactions of transition elements. — Federation Proceedings 29(4):1474-1481, 1970.
  27. ↑ Dietary Minerals. sciencedirect.com. Trends in Food Science & Technology (2017). Дата обращения: 7 мая 2021.
  28. ↑ Гороховская Г.Н., Зимаева Ю.О., Петина М.М. Витаминно–минеральные комплексы в современной клинической практике. rmj.ru. Русский медицинский журнал, №5 с. 345 (7 марта 2008). Дата обращения: 7 мая 2021. Архивировано 17 января 2021 года.

Литература

[править | править код]
  • Ultratrace minerals. Authors: Nielsen, Forrest H. USDA, ARS Source: Modern nutrition in health and disease / editors, Maurice E. Shils … et al.. Baltimore: Williams & Wilkins, c 1999., p. 283—303. Issue Date: 1999.
  • Авцын А. П., Жаворонков А. А., Риш М. А., Строчкова Л. С. Микроэлементозы человека. — М.: Медицина, 1991. — С. 16. — 496 с. — ISBN 5-225-02128-X.
  • Скальный А. В., Рудаков И. А. Биоэлементы в медицине. — Оникс 21 век, Мир, 2004. — С. 18—19. — 272 с. — ISBN 5-329-00930-8.
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Биологически_значимые_элементы&oldid=140703249#Биогенные_элементы