Макроэлементы. Что такое и чем полезны макроэлементы

Минеральные вещества наряду с белками, жирами, углеводами и витаминами являются жизненно важными компонентами пищи человека, необходимыми для построения структур живых тканей и осуществления биохимических и физиологических процессов, лежащих в основе жизнедеятельности организма. Минеральные вещества участвуют в важнейших обменных процессах организма: водно-солевом и кислотно-щелочном. Многие ферментативные процессы в организме невозможны без участия тех или иных минеральных веществ.

Организм человека получает эти элементы из окружающей среды, пищи и воды.

Количественное содержание того или иного химического элемента в организме определяется его содержанием во внешней среде, а также свойствами самого элемента, с учетом растворимости его соединений.

Впервые научные основы учения о микроэлементах в нашей стране обосновал В. И. Вернадский (1960). Фундаментальные исследования были проведены А.П. Виноградовым (1957) – основоположником учения о биогеохимических провинциях и их роли в возникновении эндемических заболеваний человека и животных и В.В. Ковальским (1974) – основоположником геохимической экологии и биогеографии химических элементов.

В настоящее время из 92 встречающихся в природе элементов 81 химический элемент обнаружен в организме человека.

Минеральные вещества составляют значительную часть человеческого тела по массе (в среднем в организме около 3 кг золы). В костях минеральные вещества представлены в виде кристаллов, в мягких тканях - в виде истинного либо коллоидного раствора в соединении главным образом с белками.

Для наглядности можно привести такой пример: в организме взрослого человека содержится около 1 кг кальция, 0,5 кг фосфора, по 150 г калия, натрия и хлора, 25 г магния, 4 г железа.
Все химические элементы можно разбить на группы:
1. 12 структурных элементов, это – углерод, кислород, водород, азот, кальций, магний, натрий, калий, сера, фосфор, фтор и хлор.
2. 15 эссенциальных (жизненно необходимых) элементов - железо, йод, медь, цинк, кобальт, хром, молибден, никель, ванадий, селен, марганец, мышьяк, фтор, кремний, литий.
3. 2 условно-необходимых элемента – бор и бром.
4. 4 элемента являются серьезными «кандидатами на необходимость» - кадмий, свинец, алюминий и рубидий.
5. Остальные 48 элементов менее значимы для организма.
Традиционно все минеральные вещества делят на две группы по содержанию их в организме человека.

Химические вещества при всей своей важности и необходимости для организма человека могут оказывать и отрицательное влияние на растения, животных и человека, если концентрация их доступных форм превышает определенные пределы. Кадмий, олово, свинец и рубидий считаются условно необходимыми, т.к. они, по всей видимости, не очень важны для растений и животных и опасны для здоровья человека даже при относительно низких концентрациях. Биологическая роль некоторых микроэлементов еще не достаточно изучена.

Любая патология, любое отклонение в здоровье биологического организма обуславливается либо дефицитом жизненно необходимых (эссенциальных) элементов, либо избытком как эссенциальных, так и токсичных микроэлементов. Такой дисбаланс макро- и микроэлементов получил свое объединяющее название «микроэлементозы».

Минеральные вещества не обладают энергетической ценностью, как белки, жиры и углеводы. Однако без них жизнь человека невозможна. Так же, как и при недостатке основных пищевых веществ или витаминов, при дефиците минеральных веществ в организме человека возникают специфические нарушения, приводящие к характерным заболеваниям.

Микроэлементы и витамины в некотором смысле даже более важны, чем питательные вещества, ибо без них последние не будут правильно усваиваться организмом.
Влияние минеральных веществ на организм человека.

Особенно важны минеральные вещества детям, в период интенсивного роста костей, мышц, внутренних органов. Естественно, беременные женщины и кормящие матери нуждаются в повышенном потреблении минеральных веществ. С возрастом потребность в минеральных веществах снижается.
Действие на организм человека тяжелых металлов.

В последние годы выделяют отдельно действие на организм человека тяжелых металлов. Тяжелые металлы– это группа химических элементов с относительной атомной массой более 40. Появление в литературе термина «тяжелые металлы» было связано с проявлением токсичности некоторых металлов и опасности их для живых организмов.

Уже сейчас во многих регионах мира окружающая среда становится все более «агрессивной» с химической точки зрения. В последние десятилетия основными объектами биогеохимических исследований стали территории промышленных городов и прилегающих к ним земель, особенно если на них выращиваются, а затем используются в пищу сельскохозяйственные растения.

Влияние микроэлементов на жизнедеятельность животных и человека активно изучается и в медицинских целях. В настоящее время выявлено, что многие заболевания, синдромы и патологические состояния вызваны дефицитом, избытком или дисбалансом микроэлементов в живом организме.

Ниже представлены современные научные данные о биологической роли изученных химических элементах, их метаболизме в организме человека, суточных нормах потребления, содержании химических веществ в продуктах питания. Представлены данные о дефицитных состояниях, развивающихся при недостаточном потреблении данных химических веществ, а также реакция организма на избыточное потребление нутриентов.

В жизни человека, кроме жиров, белков, углеводов и витаминов, огромную роль играют химические элементы. В организме человека можно найти значительную часть элементов периодической таблицы Д.И. Менделеева. Так, в настоящее время обнаружено свыше 70 химических элементов, содержащихся в тканях организма в различных количествах (макро- и микроэлементы).

Макроэлементы - химические элементы, содержание которых исчисляется в организме человека граммами. К макроэлементам относят кальций, фосфор, магний, калий, хлор, железо и др. Потребность организма в минералах-макроэлементах велика.

Микроэлементы – это цинк, медь, йод, фтор и прочие. Их количество в организме измеряется в микрограммах.

Макро- и микроэлементы обеспечивают нормальную работу главных систем организма (мышечной – участвуют в процессе сокращения мышц, пищеварительной и сердечно-сосудистой).

Их нехватка или полное отсутствие могут привести как к серьезным заболеваниям, так и к гибели организма.

Из большого количества макро- и микроэлементов разберем некоторые необходимые для жизнедеятельности, которые часто входят в состав комплекса поливитаминов с микроэлементами.

Молибден

Основная роль в организме – входит в состав ферментов, влияя на рост, принимает участие в обмене азота, оказывает влияние на обмен меди.способствует метаболизму углеводов и жиров, является важной частью фермента, отвечающего за утилизацию железа, в результате чего помогает предупредить анемию.

Цинк

Основная роль в организме – оказывает влияние на активность половых и гонадотропных гормонов гипофиза. Увеличивает активность ферментов: фосфатаз кишечной и костной, катализирующих гидролиз. Участвует также в жировом, белковом и витаминном обмене, в процессах кроветворения.

Недостаток – наблюдается задержка роста, перевозбуждение нервной системы и быстрое утомление. Поражение кожи происходит с утолщением эпидермиса, отеком кожи, слизистых оболочек рта и пищевода, ослаблением и выпадением волос. Дефицит цинка может приводить к усиленному накоплению железа, меди, кадмия, свинца. Недостаточность цинка также приводит к бесплодию. При недостатке цинка дети отстают в развитии, страдают гнойничковыми заболеваниями кожи и слизистых оболочек.

Избыток - задерживает рост и нарушает минерализацию костей. Избыток приводит к дефициту железа, меди, кадмия.

Восполнить дефицит помогут препараты: , .

Селен

Основная роль в организме – оказывает антиоксидантное действие, замедляя старение, способствует предупреждению роста аномальных клеток, укрепляет иммунную систему. В сочетании с витаминами А, С и Е предохраняет от возникновения онкологических заболеваний, помогает при артрите, разрушает вредные для организма вещества (защищает организм от тяжёлых металлов). Увеличивает выносливость организма благодаря увеличению поступления кислорода к сердечной мышце. Селен необходим для образования белков; поддерживает нормальную работу печени, щитовидной железы, поджелудочной железы. Является одним из компонентов спермы, важным для поддержания репродуктивной функции.

Недостаток – при этом в организме усиленно накапливаются мышьяк и кадмий, которые, в свою очередь, усугубляют дефицит селена.

Избыток - может вызывать увеличение печени до 3-х см и боли в правом подреберье, боли в конечностях, судороги, чувство онемения; может привести к дефициту кальция.

Восполнить дефицит помогут препараты: , .

Железо

Основная роль в организме – является составной частью гемоглобина, сложных железобелковых комплексов и ряда ферментов, усиливающих процессы дыхания в клетках. Железо стимулирует кроветворение.

Недостаток – прежде всего, ухудшается клеточное дыхание, что ведет к дистрофии тканей и органов и нарушению состояния организма. Выраженный дефицит железа ведет к гипохромной анемии. Причина гипохромной анемии в недостаточном поступлении железа с пищей или преобладание в рационе продуктов, из которых оно плохо усваивается. Развитию железодефицитных состояний способствует недостаток в питании животных белков, витаминов, кроветворных микроэлементов. Дефицит железа в организме возникает при острых и хронических кровопотерях, заболеваниях желудка и кишечника (резекция желудка, анацидный гастрит, энтерит), некоторых глистных инвазиях. Поэтому при многих заболеваниях потребность в железе увеличивается.

Восполнить дефицит помогут препараты: .

Йод

Основная роль в организме – входит в состав всех растений. Некоторые морские растения обладают способностью концентрировать йод. Общее количество йода в организме около 25 мг, из них 15 мг находятся в щитовидной железе. Щитовидная железа является своего рода центральной регулирующей лабораторией, в которой образуются и накапливаются соединения йода. Значительное количество йода содержится в печени, почках, коже, волосах, ногтях, яичниках и предстательной железе.

Недостаток – у взрослых развивается зоб (увеличение щитовидной железы). У детей недостаток йода сопровождается резкими изменениями всей структуры тела. Ребенок перестает расти, умственное развитие задерживается (кретинизм).

Избыток - может наблюдаться при гипертиреозе, может развиться и базедова болезнь с зобом, экзофтальмом, тахикардией. Кроме этого наблюдается раздражительность, мышечная слабость, потливость, исхудание, склонность к диарее. Основной обмен повышается, наблюдается гипертермия, дистрофические изменения кожи и ее придатков, раннее поседение, депигментация кожи на ограниченных участках (витилиго), атрофия мышц.

Восполнить дефицит помогут препараты: , .

Марганец

Основная роль в организме – важен для репродуктивных функций и нормальной работы центральной нервной системы. Помогает устранить половое бессилие, улучшить мышечные рефлексы, предотвратить остеопороз, улучшить память и уменьшить нервную раздражительность.

Недостаток – нарушаются процессы окостенения во всем скелете, трубчатые кости утолщаются и укорачиваются, суставы деформируются. Нарушается репродуктивная функция.

Избыток - сильная утомляемость, слабость, сонливость, тупые головные боли в лобно-височных областях; тянущие боли в пояснице, конечностях, реже боли ишиалгического характера; боли в правом подреберье, в подложечной области, понижение аппетита; медлительность движений, расстройство походки, парестезии, сильная скованность движений; расстройство мочеиспускания, половая слабость; бессонница, подавленное настроение, слезливость. Избыток марганца усиливает дефицит магния и меди.

Восполнить дефицит помогут препараты: , .

Продукция содержащая марганец -

Медь

Основная роль в организме – участвует в синтезе красных кровяных телец, коллагена, ферментов кожи, в процессах роста и размножения, в процессах пигментации, так как входит в состав меланина. Способствует правильному усвоению железа. Она необходима для правильного развития соединительных тканей и кровеносных сосудов.

Недостаток – в организме наблюдаются: задержка роста, анемия, дерматозы, депигментация волос, частичное облысение, потеря аппетита, сильное исхудание, понижение уровня гемоглобина, атрофия сердечной мышцы.

Избыток - приводит к дефициту цинка и молибдена, а также марганца.

Восполнить дефицит помогут препараты: , .

Продукция содержащая медь -

Хром

Основная роль в организме – является постоянной составной частью всех органов и тканей человека. Наибольшее количество обнаружено в костях, волосах и ногтях - из этого следует, что недостаток хрома сказывается в первую очередь на состоянии этих органов. Хром оказывает действие на процессы кроветворения; оказывает действие на работу инсулина (ускоряет); на углеводный обмен и энергетические процессы.

Избыток - наблюдаются головные боли, исхудание, воспалительные изменения слизистой желудка и кишечника. Хромовые соединения вызывают различные кожные заболевания, дерматиты и экземы, протекающие остро и хронически и носят пузырьковый, папулезный, гнойничковый или узелковый характер.

Восполнить дефицит помогут препараты: .

Фтор

Основная роль в организме – участие в костеобразовании и процессах формирования дентина и зубной эмали. Также фтор стимулирует кроветворную систему и иммунитет, участвует в развитии скелета, стимулирует репаративные процессы при переломах костей. Предупреждает развитие сенильного остеопороза.

Недостаток – выражается в резком учащении заболеваний зубным кариесом.

Избыток - развивается тяжелое хроническое отравление, называемое флюорозом. При этом поражаются кости и зубы. Внешне флюороз проявляется в виде белых и желтоватых пятнышек на зубах с последующим их разрушением.

Флюороз - следствие промышленного отравления, когда атмосферный воздух загрязняется производственными выбросами, содержащими фтор. Газообразный фтор и пыль фтористых соединений проникают в организм человека через дыхательные пути и пищеварительный тракт (заносятся загрязненными руками, с пищей). Основной источник промышленного загрязнения атмосферы фтористыми соединениями - предприятия по производству алюминия, цемента, химических удобрений.

Читайте также:

• Программа оздоровления и восстановления организма «Пусть будет молодою Ваша кровь!»

БЕРЕГИТЕ СЕБЯ И БУДЬТЕ ЗДОРОВЫ!

При нарушении баланса кислот и щелочей снижается активность ферментов, нарушается обмен веществ, из-за чего в организме начинают накапливаться токсины.

Поэтому первым этапом очищения организма от шлаков является восстановление рH-баланса.

Минеральные вещества участвуют в построении человеческого тела: они обеспечивают структуру костей и являются регуляторами многих физиологических процессов. Без них невозможна нормальная работа нервной, сердечно- сосудистой, пищеварительной и других систем. Они влияют на защитные реакции организма, его иммунитет. Без их участия не могут происходить процессы кроветворения и свёртывания крови. Они входят в состав ферментов и витаминов, активизируя их действие.

Минеральные вещества подразделяются на макро- и микроэлементы. К макроэлементам, содержание которых составляет десятки и сотни миллиграммов в 100 г продукта, относятся кальций, фосфор, магний, калий, натрий, хлор и сера. Микроэлементы содержатся в продуктах в очень малых количествах, выражаемых долями миллиграммов. Необходимыми для жизнедеятельности являются 14 микроэлементов: железо, медь, марганец, цинк, кобальт, йод, фтор, хром, молибден, ванадий, никель, стронций, кремний и селен. Роль и механизм участия в обмене веществ для каждого вещества специфичен. Длительный недостаток минеральных веществ или их избыток может привести к нарушению обменных процессов и различным заболеваниям.

Минералы против атеросклероза

Для профилактики атеросклероза особое значение имеют магний, калий, йод, селен, цинк, хром и некоторые другие минеральные вещества. В частности, йод стимулирует образование гормонов щитовидной железы, активизирующих распад холестерина. Магний тормозит образование холестерина в организме, способствует его распаду и выделению. Калий оказывает существенное влияние на состояние кровообращения. Селен - один из мощнейших антиоксидантов , защищает организм от свободных радикалов и предотвращает образование тромбов.

Между сердцем и почками

В большинстве случаев питание полностью обеспечивает потребности организма в микроэлементах и минеральных веществах. Однако, отклонения в питании и влияние условий среды могут приводить к развитию различных заболеваний. Например, с жесткостью воды (содержанием в ней разных минеральных веществ и микроэлементов) связывают распространение ряда заболеваний почек и миокарда. При высоком содержании минеральных веществ в питьевой воде повышается риск развития мочекаменной болезни. С другой стороны, относительная недостаточность жесткости воды увеличивает вероятность развития заболеваний сердечной мышцы.

Череп и кости

Кальций необходим организму для формирования костной ткани. Недостаток этого минерального вещества приводит к недоразвитию костей, которое проявляется в виде рахита у детей и потере жесткости костной ткани у взрослых. Баланс между всасыванием кальция в кишечнике и его выведением может быть нарушен "диетой ", например, шоколадно-кофейной. Что приводит к потере кальция из костей и увеличением их ломкости.

Основные для человека источники кальция - питьевая вода, а также молоко и кисломолочные продукты, в которых чем меньше жира, тем больше кальция. Усвоение кальция в организме зависит от наличия витамина D, который вырабатывается в подкожной жировой клетчатке в результате воздействия ультрафиолета солнца. Существует множество доказательств того, что при недостатке солнечного облучения и соответствующем дефиците витамина D (а следовательно- нарушении обмена кальция) может развиваться рахит, при котором таз может деформироваться настолько, что родовой канал сузится до 60% от нормы. Нормальные роды при этом становятся затруднительными, а тяжелых случаях- невозможными. Известны случаи, когда колонии ранее процветающие вымирали по причине рахитичной деформации таза, вызванной нарушением обмена кальция вследствие дефицита витамина D . Проблемы с регуляцией кальцевого обмена испытывают и многие группы современного населения планеты. В зоне риска находятся подростки и молодые женщины европиоидной и монголоидной рас, особенно подверженных нарушениям обмена витамина D.

Не думайте о йоде с высока

Наиболее яркий пример нарушения обмена микроэлементов - широко распространенная на территории России йодная недостаточность. Йод входит в состав гормона тироксина, синтезируемого в щитовидной железе. Дефицит йода приводит к задержке роста и нарушениям формирования скелета. В тяжелых случаях йодной недостаточности могут развиваться задержки физического (карликовость) и психичеcкого развития (кретинизм). В зонах йодной недостаточности находятся 52 из 89 входящих в состав РФ районов. В этих областях у населения, не получающих добавок йода с пищей, могут развиваться зоб и бесплодие .

Йодная недостаточность (особенно в период внутриутробного развития) приводит к отставанию детей в физическом и психическом развитии, интеллектуальной деградации. Научные исследования показали, что уровень интеллекта у жителей регионов с хроническим недостатком йода на 10-15% ниже, чем у населения благополучных областей. Нарушения обмена йода могут провоцироваться специфическими диетами. Некоторые растения семейства крестоцветных, в том числе капуста и репа, содержат так называемые зобогенные вещества. поэтому людям, постоянно потребляющим эти овощи, следует принимать повышенные количества йода. Неблагоприятные последствия влияния зобогенных веществ хорошо видны на памятниках древнерусского искусства: явно увеличенную щитовидную железу можно различить у персонажей многих русских икон. Причина этого в том, что капуста и репа составляли основу русской кухни вплоть до 17 века. Такая диета в сочетании с характерной для почв Центральной России йодной недостаточностью приводила к широкому распространению зоба. Только в 17-18 веках, когда подвижность населения России резко возросла, обмен продуктами стал более интенсивным, а место репы начал занимать картофель, частота поражений щитовидной железы стала снижаться. В настоящее время, конечно, проблема не стоит так остро, но всё же более полутора миллиардов человек на планете проживают в регионах, почвы которых бедны йодом. Борьба с йодным дефицитом в большинстве стран проводится централизованно. Самый простой и надёжный способ - "йодирование" поваренной соли или других продуктов повседневного потребления, например, хлеб.

«Макро» - много, поэтому название говорит само за себя. К макроэлементам относятся довольно известные даже простому обывателю вещества. Кальций и кислород точно не должны вызывать вопросов. В данный список добавим еще натрий, калий, хлор, серу, азот, фосфор, водород, магний и углерод. Именно этих элементов из таблицы Менделеева в нашем организме содержится в больших количествах. Снижение уровня того или иного вещества может привести как к ухудшению самочувствия, так и к более серьезным последствиям.

Макроэлементы: список

Поговорим о каждом макроэлементе в отдельности, узнаем их функцию и значение.

Натрий и хлор

Сразу в памяти всплывают школьные уроки химии. Словосочетание «натрий хлор» мы слышали там неоднократно, даже не задумываясь, что это не просто формула поваренной соли, а макроэлементы, содержащиеся в нашем организме. Мы начнем с натрия и хлора, потому что именно они являются основой или солью жизни. Кровь по сути это солевой раствор, в желудочном соке и в слезах также содержится соль. Благодаря натрию наши мышцы способны сокращаться, необходим он и для сосудистых стенок. В процессе расслабления и обратном – возбудимости также участвует этот химический элемент. Каждые 24 часа человеку надо употреблять до 5 граммов натрия, если норма превышена, появится жажда.

Чтобы почки функционировали нормально, и сохранялось водное равновесие, организму необходим хлор. В большем количестве его содержится в легких и коже. Обязательно пополняйте каждые новые сутки запасы этого макроэлемента на 7-10 грамм.

Все мы любим «соленое», это не просто вкусовые предпочтения, но потребность нашего организма, однако, злоупотреблять все-таки данным минералом не стоит.

Кальций

Самые главные «потребители» этого макроэлемента – кости. Недостаток кальция приведет к мышечным болям и судорогам. Боль в голове, раздражительность, беспокойный сон, усталость, скачки артериального давления также могут свидетельствовать о резком снижении количества кальция в организме.

Представительницам женского пола особенно надо пополнять запасы кальция, ведь он залог здорового цвета лица, блестящих волос, красивых ногтей.
Этот элемент работает только в содружестве с витамином D. Можно приобретать препараты, где содержится и то, и другое или же принимать последний дополнительно осенью и зимой. В летний период нам в этом помогает солнышко, так что загорайте с удовольствием, только в меру, конечно.

Злоупотребление кофе и алкогольных напитков, курение, пассивный образ жизни, беременность и кормление грудью не способствуют пополнению запасов кальция, а наоборот мешают его усвоению или вовсе «забирают» из организма.

Фосфор

Этот макроэлемент является своеобразным топливом. Люди постарше помнят «рыбные» дни в советских столовых. Отличная практика. Именно рыба способна обогатить наш организм фосфором. Если у вас нет возможности, так часто есть рыбу, тогда пейте фосфоросодержащие препараты. Еще данный элемент можно найти в молочных продуктах.

Фосфор крепко дружит с кальцием. Нарушение обмена одного несет такие последствия и для другого. Пополнять в сутки запасы фосфора необходимо на 1 – 4,6 грамма.

Такие вещества в нашем организме, как фосфолипиды, нуклеотиды и другие, в своем составе имеют фосфор;
в свою очередь фосфолипиды – главный компонент клеточной мембраны;
именно фосфор отвечает за уровень pH;
в костях, в зубах этот макроэлемент выполняет структурную функцию.

Калий

Очень необходим нашим мышцам, благодаря ему они способны сокращаться и расслабляться. Одна из основных мышц – сердечная – весьма зависит от этого макроэлемента. Ее страдания могут дорого обойтись нашему организму.

Съедайте свою норму калия в виде моркови, курага и изюм также пополнят запасы, а еще виноград, болгарский перец и картофель печеный с кожурой. «Вкусный» этот калий, как видите.

Магний

Часто раздражайтесь, заметили мышечные подергивания или даже судороги, вполне возможно, организм сигнализирует о недостатке магния. Дефицит данного макроэлемента может привести и к более серьезным последствиям. Богата этим элементом растительная пища. Во время голодания его количество резко снижается.

Сера

Что же делает сера?
Приводит в норму уровень сахара в крови;
Участвует в отделение желчи печенью;
Укрепляет мышечную ткань;
Дает противовоспалительный эффект;
Участвует в заживлении ран;
Благодаря тому, что входит в состав коллагена, меланина и кератина, оказывает благотворное влияние на волосы, ногти, кожу;
Принимает непосредственное участие в формирование костной ткани и хрящевой;
Способствует нейтрализации токсинов.

Нехватка серы сразу отразится на коже в виде высыпаний, пятен. Она очень важна и для нормального развития, поэтому пренебрегать этим элементом также не стоит.

Хлор

Хлор необходим нашему организму для поддержания баланса, одним из которых является водный. Нарушение может привести к такому неприятному явлению – отёки. Для нормального функционирования в правильном соотношении в организме должна находиться «святая» троица: калий, натрий и хлор. В таком случае водно-солевой обмен будет сбалансирован, что приведет в норму артериальное давление.

Необходим хлор также печени, улучшая ее работу, он помогает клеткам освобождаться от шлаков. Именно этот макроэлемент отвечает за срок гибкости суставов и силы мышц.

Клетка: микро- и макроэлементы

Итак, в основном (98%) клетка состоит из четырех макроэлементов: кислород, углерод, водород и азот. В достаточном, но меньшем количестве мы находим в составе клетки еще шесть уже известных нам элемента из таблицы Менделеева. В составе белков, биологических полимеров и нуклеиновых кислот найдем серу, фосфор. Каждый из них имеет свое значение и выполняет определенные функции. Все макроэлементы должны находиться в пределах допустимой нормы. Опасен для здоровья, как недостаток, так и избыток. Например, кальций не только необходим нашим костям, он также ответственный за свертываемость крови.

Кроме макро- в нашей клетке имеются микроэлементы. К ним относятся почти все остальные химические элементы из таблицы Менделеева. Составляя всего 0,02 % массы, они очень важны для организма. Микроэлементы входят в состав витаминов, гормонов и ферментов.

Макроэлементы и микроэлементы в продуктах питания

Макроэлементы содержатся в следующих продуктах питания:

Кальций – молоко и молочные продукты;
Фосфор – молочные продукты, рыба;
Магний – зеленые овощи, бобовые, орехи;
Натрий – соль;
Кадий – сухофрукты, дрожжи.

Микроэлементы:

Железо – грибы, мясо, продукты из муки грубого помола;
Йод – яйца, рыба, водоросли, субпродукты;
Фтор – соя, лесные орехи;
Цинк – злаковые, мясо, субпродукты;
Селен – рыба, орехи;
Медь – морепродукты, печень;
Марганец – листовые овощи, бобовые;
Хром – мясо, кочанный салат, овсяные хлопья, помидоры.

Недостаток микро- и макроэлементов

Эта проблема заявила о себе еще до того, как вообще люди дали названия элементам и разделили их на микро – и макро-. Более 4 тысяч лет назад жители Индия и Китая столкнулись с таким заболеванием, как эндемический зоб, связанным с недостатком йода. Лечили его с помощью водорослей, которые богаты на этот химический элемент. Микроэлементозы (недостаток или избыток микро-, макроэлементов), как выяснили ученые, являются причиной 95% заболеваний.

4 основных и еще 8 макроэлементов – строительный материал нашей клетки. Свою частичку макро- они получили за то, что суточная норма их потребления составляет более 200 мг. Микроэлементы содержатся в нашем теле в очень маленьких количествах – от нескольких микрограмм. Однако объем не уменьшает их значимость. Микро- и макроэлементы одинаково важны нормальной жизнедеятельности человека.

В большем дефиците у большинства населения находятся цинк, селен, йод, железо и кальций. Повышение уровня жизни, научно-технических прогресс и другие «прелести» современности привели к загрязнению окружающей среды. Постоянные стрессы, стремительный темп и «синтетические» продукты питания, бытовая химия и беспорядочное употребление лекарственных препаратов – все это и привело к недостатку полезных элементов, но зато к накоплению токсинов и шлаков, разрушающих организм.

Отметим некоторые недомогания и нарушения в работе человеческого организма, обусловленные именно данной проблемой.

Дефицит кальция – основная причина частых переломов конечностей и проблем с зубами;
Недостаток цинка немедленно отразится на репродуктивном здоровье мужчины;
Сложно сбросить лишний вес и усугубляется течение сахарного диабета из-за нехватки хрома;
Истощение запасов магния сразу же дадут о себе знать в виде бессонницы и раздражительности;
Недостаток йода у детей может выразиться кретинизмом, а у взрослых – гипофункцией щитовидной железы;
Слабые связки и суставы нуждаются в кремнии;
Ранняя седина засвидетельствовала о дефиците меди;
Поддерживайте селен в норме, чтобы избежать преждевременного старения;
Причиной снижения иммунитета вполне могут стать большие запасы свинца, ртути, мышьяка.

Видеоурок 2: Строение, свойства и функции органических соединений Понятие о биополимерах

Лекция: Химический состав клетки. Макро- и микроэлементы. Взаимосвязь строения и функций неорганических и органических веществ

Химический состав клетки

Обнаружено, что в клетках живых организмов постоянно содержатся в виде нерастворимых соединений и ионов около 80 химических элементов. Все они подразделяются на 2 большие группы по своей концентрации:

макроэлементы, содержание которых не ниже 0,01%;

микроэлементы – концентрация, которых составляет меньше 0,01%.

В любой клетке содержание микроэлементов составляет менее 1%, макроэлементов соответственно -- больше 99%.

Макроэлементы:

Натрий, калий и хлор – обеспечивают многие биологические процессы – тургор (внутреннее клеточное давление), появление нервных электрических импульсов.

Азот, кислород, водород, углерод. Это основные компоненты клетки.

Фосфор и сера – важные компоненты пептидов (белков) и нуклеиновых кислот.

Кальций – основа любых скелетных образований – зубов, костей, раковин, клеточных стенок. Также, участвует в сокращении мышц и свертывании крови.

Магний – компонент хлорофилла. Участвует в синтезе белков.

Железо – компонент гемоглобина, участвует в фотосинтезе, определяет работоспособность ферментов.

Микроэлементы содержатся в очень низких концентрациях, важны для физиологических процессов:

Цинк – компонент инсулина;

Медь – участвует в фотосинтезе и дыхании;

Кобальт – компонент витамина В12;

Йод – участвует в регуляции обмена веществ. Он является важным компонентом гормонов щитовидной железы;

Фтор – компонент зубной эмали.

Нарушение баланса концентрации микро и макроэлементов приводит к нарушениям метаболизма, развитию хронических болезней. Недостаток кальция – причина рахита, железа – анемия, азота – дефицит протеинов, йода – снижение интенсивности метаболитических процессов.

Расмотрим связь органических и неорганических веществ в клетке, их строение и функции.

В клетках содержится огромное количество микро и макромолекул, относящихся к разным химическим классам.

Неорганические вещества клетки

Вода . От общей массы живого организма она составляет наибольший процент – 50-90% и принимает участие практически во всех процессах жизнедеятельности:

терморегуляции;

капиллярных процессах, так как является универсальным полярным растворителем, влияет на свойства межтканевой жидкости, интенсивности обмена веществ. По отношению к воде все химические соединения делятся на гидрофильные (растворимые) и липофильные (растворимые в жирах).

От концентрации ее в клетке зависит интенсивность обмена веществ – чем больше воды, тем быстрее происходят процессы. Потеря 12% воды человеческим организмом – требует восстановления под наблюдением врача, при потере 20% – наступает смерть.

Минеральные соли. Содержатся в живых системах в растворенном виде (диссоциировав на ионы) и нерастворенном. Растворенные соли участвуют в:

переносе веществ сквозь мембрану. Катионы металлов обеспечивают «калиево-натриевый насос», изменяя осмотическое давление клетки. Из-за этого вода с растворенными в ней веществами устремляется в клетку либо покидает ее, унося ненужные;

формировании нервных импульсов, имеющих электрохимическую природу;

сокращении мышц;

свертывании крови;

входят в состав белков;

фосфат-ион – компонент нуклеиновых кислот и АТФ;

карбонат-ион – поддерживает Ph в цитоплазме.

Нерастворимые соли в виде цельных молекул образуют структуры панцирей, раковин, костей, зубов.

Органические вещества клетки

Общая черта органических веществ – наличие углеродной скелетной цепи. Это биополимеры и небольшие молекулы простой структуры.

Основные классы, имеющиеся в живых организмах:

Углеводы . В клетках присутствуют различные их виды -- простые сахара и нерастворимые полимеры (целлюлоза). В процентном отношении доля их в сухом веществе растений -- до 80%, животных – 20%. Они играют важную роль в жизнеобеспечении клеток:

Фруктоза и глюкоза (моносахара) – быстро усваиваются организмом, включаются в метаболизм, являются источником энергии.

Рибоза и дезоксирибоза (моносахара) – один из трех основных компонентов состава ДНК и РНК.

Лактоза (относится к дисахарам) – синтезируется животным организмом, входит в состав молока млекопитающих.

Сахароза (дисахарид) – источник энергии, образуется в растениях.

Мальтоза (дисахарид) – обеспечивает прорастание семян.

Также, простые сахара выполняют и другие функции: сигнальную, защитную, транспортную.
Полимерные углеводы – это растворимый в воде гликоген, а также нерастворимые целлюлоза, хитин, крахмал. Они играют важную роль в метаболизме, осуществляют структурную, запасающую, защитную функции.

Липиды или жиры. Они нерастворимы в воде, но хорошо смешиваются между собой и растворяются в неполярных жидкостях (не имеющих в составе кислород, например – керосин или циклические углеводороды относятся к неполярным растворителям). Липиды необходимы в организме для обеспечения его энергией – при их окислении образуется энергия и вода. Жиры очень энергоэффективны – с помощью выделяющихся при окислении 39 кДж на грамм можно поднять груз весом в 4 тонны на высоту в 1 м. Также, жир обеспечивает защитную и теплоизоляционную функцию – у животных толстый его слой способствует сохранению тепла в холодный сезон. Жироподобные вещества предохраняют от намокания перья водоплавающих птиц, обеспечивают здоровый лоснящийся вид и упругость шерсти животных, выполняют покровную функцию у листьев растений. Некоторые гормоны имеют липиднуюструктуру. Жиры входят в основу структуры мембран.

Белки или протеины являются гетерополимерами биогенной структуры. Они состоят из аминокислот, структурными единицами которых являются: аминогруппа, радикал, и карбоксильная группа. Свойства аминокислот и их отличия друг от друга определяют радикалы. За счет амфотерных свойств – могут образовыватьмежду собой связи. Белок может состоять из нескольких или сотен аминокислот. Всего в структуру белков входят 20 аминокислот, их комбинации определяют разнообразие форм и свойств протеинов. Около десятка аминокислот относятся к незаменимым – они не синтезируются в животном организме и их поступление обеспечивается за счет растительной пищи. В ЖКТ белки расщепляются на отдельные мономеры, используемые для синтеза собственных белков.

Структурные особенности белков:

первичная структура – аминокислотная цепочка;

вторичная – скрученная в спираль цепочка, где образуются между витками водородные связи;

третичная – спираль или несколько их, свернутые в глобулу и соединенные слабыми связями;

четвертичная существует не у всех белков. Это несколько глобул, соединенных нековалентными связями.

Прочность структур может нарушаться, а затем восстанавливаться, при этом белок временно теряет свои характерные свойства и биологическую активность. Необратимым является только разрушение первичной структуры.

Белки выполняют в клетке множество функций:

ускорение химических реакций (ферментативная или каталитическая функция, причем каждый из них отвечает за конкретную единственную реакцию);
транспортная – перенос ионов, кислорода, жирных кислот сквозь клеточные мембраны;

защитная – такие белки крови как фибрин и фибриноген, присутствуют в плазме крови в неактивном виде,в месте ранений под действием кислорода образуют тромбы. Антитела -- обеспечивают иммунитет.

структурная – пептиды входят частично или являются основой клеточных мембран, сухожилий и других соединительных тканей, волос, шерсти, копыт и ногтей, крыльев и внешних покровов. Актин и миозин обеспечивают сократительную активность мышц;

регуляторная – белки-гормоны обеспечивают гуморальную регуляцию;
энергетическая – во время отсутствия питательных веществ организм начинает расщеплять собственные белки, нарушая процесс собственной жизнедеятельности. Именно поэтому после длительного голода организм не всегда может восстановиться без врачебной помощи.

Нуклеиновые кислоты. Их существует 2 – ДНК и РНК. РНК бывает нескольких видов – информационная, транспортная, рибосомная. Открыты щвейцарцем Ф. Фишером в конце 19-го века.

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота. Содержится в ядре, пластидах и митохондриях. Структурно является линейным полимером, образующим двойную спираль из комплементарных цепочек нуклеотидов. Представление о ее пространственной структуре было создано в в 1953 г американцами Д. Уотсоном и Ф. Криком.

Мономерные ее единицы --нуклеотиды, имеющие принципиально общую структуру из:

фосфат-группы;

дезоксирибозы;

азотистого основания (принадлежащие к группе пуриновых – аденин, гуанин, пиримидиновых – тимин и цитозин.)

В структуре полимерной молекулы нуклеотиды объединены попарно и комплементарно, что обусловлено разным количеством водородных связей: аденин+тимин – две, гуанин+цитозин – водородных связей три.

Порядок расположения нуклеотидов кодирует структурные последовательности аминокислот белковых молекул. Мутацией называются изменения порядка нуклеотидов, так как будут кодироваться белковые молекулы другой структуры.

РНК – рибонуклеиновая кислота. Структурными особенностями ее отличия от ДНК являются:

вместо тиминового нуклеотида – урациловый;

рибоза вместо дезоксирибозы.

Транспортная РНК – это полимерная цепочка, которая в плоскости свернута в виде листочка клевера, основной ее функцией является доставка аминокислоты к рибосомам.

Матричная (информационная) РНК постоянно образуется в ядре, комплементарно какому-либо участку ДНК. Это -- структурная матрица, на основе ее строения на рибосоме будет собираться белковая молекула. От всего содержания молекул РНК этот тип составляет 5%.

Рибосомная – отвечает за процесс составления молекулы белка. Синтезируется на ядрышке. Ее в клетке 85%.

АТФ – аденозинтрифосфорная кислота. Это нуклеотид, содержащий:

3 остатка фосфорной кислоты;

В результате каскадных химических процессов дыхания синтезируется в митохондриях. Основная функция – энергетическая, одна химическая связь в ней содержит почти столько же энергии, сколько получается при окислении 1 г жира.