Магний. Внутриклеточный и в костной ткани

Как и калий, является основным внутриклеточным катионом (его концентрация в клетках значительно выше, чем во внеклеточной среде). Общее количество магния в организме у детей составляет 11 ммоль/л, у взрослых - 14 ммоль/л. Половина всего магния находится в костях (1/3 этого количества свободно обменивается), 49 % - в клетках мягких тканей, он играет существенную роль во многих ферментативных реакциях, в том числе в активации АТФ-азы. Уровень магния в крови составляет 0,75-0,9 ммоль/л, при этом более 60 % катиона находится в ионизованном виде.

Суточная потребность в магнии взрослого человека составляет около 300 мг. Овощи с зелеными листьями и фрукты, бобовые и злаки, мясо являются основными пищевыми источниками магния. Значительное количество эндогенного магния поступает в пищеварительный тракт с пищеварительными секретами. Главным регулятором содержания магния в организме являются почки. При недостатке его в организме он полностью реабсорбируется почками.

Магний - структурный элемент костной ткани. Он стабилизирует биологические мембраны, уменьшая их текучесть и проницаемость. Образуя хелаты с нуклеиновыми кислотами, он стабилизирует структуры ДНК, ассоциации субъединиц рибосом, связанные транспортными РНК с рибосомой. Магний входит в состав более 300 разных ферментных комплексов, обеспечивая их активность. Катион магния уменьшает возбудимость нервно-мышечной системы, сократительную способность миокарда и гладких мышц сосудов, оказывает депрессивное действие на психические функции.

При дефиците магния повышается возбудимость ЦНС, что проявляется слабостью и расстройством психики (спутанность сознания, беспокойство и агрессивность), возникновением судорог.

Повышение уровня магния в плазме (более 1,5 ммоль/л) вызывает тошноту и рвоту. Высокие концентрации магния могут вызвать гипотензию.

В организме взрослого человека содержится около 3-5 г железа; почти две трети этого количества входит в состав гемоглобина. Считается, что оптимальная интенсивность поступления железа составляет 10-20 мг/сутки. Дефицит железа может развиться, если поступление этого элемента в организм будет менее 1 мг/сутки. Порог токсичности железа для человека составляет 200 мг/сутки.

Чтобы железо было усвоено, оно подвергается сложнейшим превращениям. В пищевых продуктах железо находится в трехвалентной форме. Клетки же слизистой оболочки кишечника пропускают железо в двухвалентной форме - в виде соли хлорида железа(II) FeCl₂ или сульфата железа(II) FeSO₄. Двухвалентным оно бывает только в составе специальных лекарственных препаратов (см. далее табл. 3). Миновав пищевод и попав в желудок, трехвалентное железо под действием желудочного сока восстанавливается в двухвалентное. Важнейшую роль в этом процессе играют соляная кислота и другие вещества, входящие в состав желудочного сока. Поэтому при пониженной кислотности назначают препараты железа вместе с соляной кислотой или желудочным соком. Из всего железа, которое находится в пище, усваивается 2-20%, причем немаловажно и то, что из продуктов растительного происхождения усваивается только от 2-8% железа. В продуктах животного происхождения атомы железа входят в состав белковых молекул, что облегчает его усвоение.

Если человек плохо пережевывает пищу или ест редко, но помногу, железо из трехвалентной формы не восстанавливается в двухвалентную и остается недоступным для усвоения, т. к. соляная кислота, пепсин и другие реагенты просто не успевают добраться до железа, заключенного в массе съеденной пищи. Всасывание железа заметно снижается при заболеваниях, связанных с поражением слизистой оболочки кишечника (особенно паразитарных).

Влияет на усвоение железа и состав пищи. Витамин С и фруктоза (содержится в овощах, фруктах, соках, меде) создают благоприятные условия для усвоения железа, т. к. образуют с ним хорошо растворимые соединения. Большую роль играют витамины группы В. Однако у железа кроме «друзей» имеются и «враги». «Враги» железа - это чай, кофе, молочные продукты и яичные желтки. Чашка чая, выпитая во время еды, сократит усвоение железа почти на 2/3, поскольку при этом образуются труднорастворимые соединения. Если кофе выпит после приема пищи, то организм недосчитается 40% железа, а если - за 1 ч до еды, он оставит железо в неприкосновенности. Если с железом у вас все в порядке, то можно спокойно есть продукты, которые числятся во «врагах» железа. Если же нет, то необходимо изменить свой образ жизни.

Из желудка железо проникает сквозь мембрану в клетку слизистой оболочки кишечника. Здесь его поджидает белок апоферритин, относящийся к группе гамма-глобулинов. Он образует с железом комплексное водорастворимое соединение - ферритин. В ходе этой реакции железо во второй раз изменяет свою валентность: в составе ферритина оно уже снова трехвалентное. Апоферритин выполняет двойную роль. Во-первых, он служит «проводником» железа сквозь клетку слизистой оболочки, а во-вторых, регулирует поступление железа из кишечника. Как только весь имеющийся в клетке апоферритин «насытится» железом и превратится в ферритин, всасывание железа сквозь мембрану блокируется. Такой механизм, работающий по принципу обратной связи, защищает организм от ненужного избытка железа.

Следующая преграда на пути железа - мембрана, которая отделяет клетку слизистой оболочки от кровеносного русла. Железо минует эту преграду и, попадая в плазму крови, в третий раз меняет валентность: отщепляясь от ферритина, оно вновь превращается в двухвалентное. Сменяется и его «проводник»: с кровью железо разносит железо по организму другой белок - трансферрин. Наконец, прежде чем отложиться в той или иной ткани, железо снова соединяется с белком, образуя ферритин (в составе которого железо трехвалентно), удобный для хранения запасов железа.

Итак, железо, поступив в организм, минует пищевод и попадает в желудок, где под действием соляной кислоты желудочного сока восстанавливается из трехвалентного в двухвалентное. Далее, в кишечнике часть железа, содержащегося в пище, в среднем ~10% (остальная часть выводится из организма), всасывается сквозь слизистую оболочку и попадает в кровь, при этом дважды меняя свою валентность. По кровяному руслу железо разносится по всему организму и, снова окислившись в трехвалентное, отлагается в тканях. Круговорот железа в организме человека показан на схеме.

В воде железо находится в виде солей Fe³⁺. Гост разрешает содержание железа в питьевой воде до 0,3 мг/л, а если нет станции обезжелезивания, то до 1 мг/л. Если же содержание железа превышает указанную величину, то это отрицательно сказывается на органах пищеварительной и сердечно-сосудистой систем

36. Ферменты участвующие в обмене веществ микроорганизмов

Ферменты синтезируются самой микробной клеткой и имеют сложное строение. Некоторые состоят из белка – протеина, а другие представляют собой протеиды, состоящие из белка – апофермента и структуры небелковой природы – кофермента. В этом случае апофермент соединяется с активной группой изменяемого вещества, а кофермент способствует течению реакции.
Современная классификация ферментов также строится с учетом природы катализируемых ими реакций. Согласно разработанной комиссией по ферментам Международного биохимического союза классификации, они подразделяются на шесть главных классов.

Оксидоредуктазы — это ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции. Они играют большую роль в процессах биологического получения энергии. К ним относятся дегидрогеназы (НАД, НАДФ, ФАД), цитохромы, ферменты, участвующие в переносе водорода, электронов и кислорода, и др.

Трансферазы катализируют перенос отдельных радикалов, частей молекул или целых атомных группировок от одних соединений к другим. Например, ацетилтрансферазы переносят остатки уксусной кислоты — СН3СО, а также молекул жирных кислот; фосфотрансферазы, или киназы, обусловливают перенос остатков фосфорной кислоты. Известны многие другие трансферазы (аминотрансферазы, фосфорилазы и т. д.).

Гидролазы катализируют реакции расщепления и синтеза таких сложных соединений, как белки, жиры и углеводы, с участием воды. К этому классу относятся протеолитические ферменты (или пептидгидролазы), действующие на белки или пептиды; гидролазы глюкозидов, осуществляющие каталитическое расщепление углеводов и глюкозидов (р-фруктофуранозидаза, а-глюкозидаза, а- и р-амилаза, р-галактозидаза и др.); эстеразы, катализирующие расщепление и синтез сложных эфиров (липазы, фосфатазы).

Лиазы включают в себя ферменты, катализирующие отщепление от субстратов определенных химических групп с образованием двойных связей или присоединение отдельных групп или радикалов к двойным связям. Так, пируватдекарбоксилаза катализирует отщепление СO2 от пировиноградной кислоты.

К лиазам относится также фермент альдолаза, расщепляющий шестиуглеродную молекулу фруктозо-1,6-дифосфата на два трех-углеродных соединения. Альдолаза имеет большое значение в процессе обмена веществ.

Изомеразы осуществляют превращение органических соединений в их изомеры. При изомеризации происходит внутримолекулярное перемещение атомов, атомных группировок, различных радикалов и т. п. Изомеризации подвергаются углеводы и их производные, органические кислоты, аминокислоты и т. д. Ферменты этой группы играют большую роль в ряде процессов метаболизма. К ним относятся триозофосфатизомераза, глюкозофосфатизомераза и др.

Лигазы катализируют синтез сложных органических соединений из простых. Например, аспарагинсинтетаза осуществляет синтез амида аспарагина из аспарагиновой кислоты и аммиака с обязательным участием аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), дающей энергию для этой реакции.

37. Типы питания микроорганизмов

Способы питания микроорганизмов чрезвычайно разнообразны. Функциональные возможности конкретного микроорганизма зависят от наличия у него набора энергодающих и пластических реакций. В качестве основных признаков при определении типа питания (трофии) в микробиологии принято характеризовать источники энергии и углерода для синтезов и донор электронов (окисляемое вещество). Источниками энергии для микроорганизмов могут быть свет или восстановленные химические соединения. Микроорганизмы, живущие за счет энергии света и преобразовывающие ее в макроэргические связи молекул аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), называются фототрофами. Этот процесс носит название фотосинтеза. Хемотрофия характеризуется использованием энергии химических реакций, в результате которых образуется АТФ. Такой процесс называют хемосинтезом. Органотрофы в качестве донора электронов применяют органическое вещество, а литотрофы - неорганическое. Микроорганизмы, использующие в качестве источника углерода в конструктивном обмене углерод углекислого газа, носят название автотрофов, а использующие готовые органические вещества - гетеротрофов. Углекислый газ они могут использовать как дополнительный источник углерода при гетеротрофной фиксации СО₂, однако осуществлять биосинтезы только за счет этого процесса гетеротрофы не способны. Обычно гетеротрофная фиксация СО₂ поставляет до 10% от всего ассимилированного углерода. Для более полного обозначения типа обмена веществ применяют составной термин, первая часть которого обозначает природу источника энергии (фото- или хемо-), вторая - указывает на донор электронов (лито- или органо-), а третья говорит об источнике углерода для конструктивного обмена (авто- или гетеро-). Комбинация этих признаков дает восемь вариантов типов питания.

Таблица.