Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up

МИКРОЭЛЕМЕ́НТЫ

  • рубрика

    Рубрика: Биология

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 20, 2012, стр. 288-289

Авторы: В. В. Ермаков

МИКРОЭЛЕМЕ́НТЫ, хи­мич. эле­мен­ты, со­дер­жа­щие­ся в ор­га­низ­мах, поч­вах и др. в низ­ких кон­цен­тра­ци­ях (по мас­се не бо­лее ты­сяч­ных до­лей про­цен­та). Ис­хо­дя из уча­стия в про­цес­сах, про­те­каю­щих в ор­га­низ­мах, раз­ли­ча­ют М. не­об­хо­ди­мые, в т. ч. же­ле­зо $\ce{Fe}$, медь $\ce{Cu}$, цинк $\ce{Zn}$, мо­либ­ден $\ce{Mn}$, ко­бальт $\ce{Co}$, хром $\ce{Cr}$, се­лен $\ce{Se}$, иод $\ce{I}$, бор $\ce{B}$, бром $\ce{Br}$, фтор $\ce{F}$, ни­кель $\ce{Ni}$, ва­на­дий $\ce{V}$, оло­во $\ce{Sn}$, алю­ми­ний $\ce{Al}$, крем­ний $\ce{Si}$, и пас­сив­ные, напр. ба­рий $\ce{Ba}$; не­ко­то­рые М. об­ла­да­ют ток­сич. свой­ст­ва­ми – кад­мий $\ce{Cd}$, сви­нец $\ce{Pb}$, ртуть $\ce{Hg}$ и др.

В рас­те­ния и мик­ро­ор­га­низ­мы М. по­сту­па­ют из поч­вы и во­ды, в ор­га­низм жи­вот­ных и че­ло­ве­ка – с пи­щей и во­дой; при этом ус­ваи­ва­ют­ся под­виж­ные (ча­ще во­до­рас­тво­ри­мые) со­еди­не­ния. Роль и функ­ции М. в ор­га­низ­мах весь­ма раз­но­об­раз­ны. Боль­шин­ст­во М. во­вле­че­но в био­хи­мич. про­цес­сы. Они яв­ля­ют­ся не­об­хо­ди­мой со­став­ной ча­стью био­ло­ги­че­ски ак­тив­ных со­еди­не­ний (в т. ч. фер­мен­тов, ви­та­ми­нов, гор­мо­нов), уча­ст­ву­ют в про­цес­сах ды­ха­ния, обез­вре­жи­ва­нии из­быт­ка пе­рок­сид­ных со­еди­не­ний и сво­бод­ных ра­ди­ка­лов и др. Кон­цен­тра­ции М. в раз­ных объ­ек­тах мо­гут су­ще­ст­вен­но ко­ле­бать­ся и ме­нять­ся в за­ви­си­мо­сти от их со­дер­жа­ния в ок­ру­жа­ю­щей сре­де, вре­ме­ни го­да и воз­рас­та ор­га­низ­ма. Не все М. обя­за­тель­но тре­бу­ют­ся ка­ж­до­му ви­ду ор­га­низ­мов. Функ­ции ря­да при­сут­ст­вую­щих в ор­га­низ­мах М. точ­но не ус­та­нов­ле­ны.

Наи­бо­лее изу­че­на био­ло­гич. роль же­ле­за. Оно вхо­дит в со­став ге­мо­групп пе­ре­но­ся­щих ки­сло­род ды­хат. пиг­мен­тов – ге­мо­гло­би­на и ми­ог­ло­би­на, яв­ля­ет­ся не­об­хо­ди­мой со­став­ной ча­стью ци­то­хро­мов и ря­да гем­со­дер­жа­щих фер­мен­тов (в т. ч. ци­то­хро­мок­си­даз, ка­та­ла­зы, пе­рок­си­да­зы), не­ко­то­рых фла­во­про­теи­нов. У мле­ко­пи­таю­щих $\ce{Fe^{3+}}$ пе­ре­но­сит­ся с кро­вью с по­мо­щью плаз­мен­но­го бел­ка транс­фер­ри­на, а за­па­са­ние и мо­би­ли­за­ция $\ce{Fe}$ в ви­де бел­ко­во­го ком­плек­са, со­дер­жа­ще­го гид­ро­ксид и фос­фат же­ле­за, осу­ще­ст­в­ля­ют­ся при уча­стии фер­ри­ти­на. Эф­фек­тив­но­му ус­вое­нию же­ле­за в ор­га­низ­мах спо­соб­ст­ву­ет медь, ко­то­рая иг­ра­ет так­же важ­ную роль в ка­та­ли­тич. ак­тив­но­сти ци­то­хро­мок­си­да­зы, су­пер­ок­сид­дис­му­та­зы, по­ли­фе­ни­лок­си­да­зы и ли­зи­лок­си­да­зы (осу­ще­ст­в­ля­ет фор­ми­ро­ва­ние по­пе­реч­ных сши­вок ме­ж­ду по­ли­пеп­тид­ны­ми це­пя­ми кол­ла­ге­на и эла­сти­на), при­сут­ст­ву­ет в ды­хат. пиг­мен­тах мол­лю­сков – ге­мо­циа­ни­нах. Важ­ным ком­по­нен­том мно­же­ст­ва (ок. 100) фер­мен­тов яв­ля­ют­ся ио­ны $\ce{Zn^{2+}}$, в т. ч. мно­гих НАД- и НАДФ-за­ви­си­мых де­гид­ро­ге­наз, ДНК- и РНК-по­ли­ме­раз (уча­ст­ву­ют со­от­вет­ст­вен­но в ре­ак­ци­ях ре­п­ли­ка­ции и транс­крип­ции), ал­ко­голь­де­гид­ро­ге­на­зы, кар­бо­ан­гид­ра­зы, кар­бок­си­пеп­ти­даз. Гор­мон ин­су­лин на­ка­п­ли­ва­ет­ся в ви­де ком­плек­са с $\ce{Zn}$. Ус­та­нов­ле­но, что $\ce{Zn}$ уча­ст­ву­ет в вос­при­ятии вку­са и за­па­ха ре­цеп­то­ра­ми язы­ка и по­лос­ти но­са. Ио­ны $\ce{Mn^{2+}}$ яв­ля­ют­ся ко­фак­то­ром не­ко­то­рых фос­фат-пе­ре­но­ся­щих фер­мен­тов, а так­же фер­мен­тов, обес­пе­чи­ваю­щих об­ра­зо­ва­ние $\ce{O_2}$ в хло­ро­пла­стах рас­те­ний при фо­то­син­те­зе. Они вхо­дят в ак­тив­ный центр фер­мен­та ар­ги­на­зы, уча­ст­вую­ще­го в об­ра­зо­ва­нии мо­че­ви­ны. Не­ко­то­рые М. мо­гут слу­жить спе­ци­фич. ак­ти­ва­то­ра­ми ря­да фер­мен­тов (напр., $\ce{Al}$ для сук­ци­нат­де­гид­ро­ге­на­зы и пи­ри­док­са­ле­вых фер­мен­тов). $\ce{Ni}$ вхо­дит в со­став уреа­зы$\ce{Cr}$ уча­ст­ву­ет в ре­гу­ля­ции ус­вое­ния глю­ко­зы тка­ня­ми жи­вот­ных. У рас­те­ний B, свя­зан­ный с пек­ти­ном, вно­сит вклад в ста­би­ли­за­цию кле­точ­ной стен­ки, осу­ще­ст­в­ле­ние ею за­щит­ной функ­ции, а $\ce{Si}$, на­ка­п­ли­ва­ясь в апо­пла­сте, при­да­ёт ей жё­ст­кость. $\ce{Mo^{6+}}$ в струк­ту­ре Мо-ко­фак­то­ра нит­рат­ре­дук­та­зы и суль­фи­ток­си­да­зы уча­ст­ву­ет в вос­ста­нов­ле­нии $\ce{NO_3^-}$ и де­ток­си­кации из­быт­ка суль­фи­та. $\ce{Fe, Mn, Zn, Cu}$ – ком­по­нен­ты су­пер­ок­сид­дис­му­таз, а $\ce{Se}$ – глу­та­ти­он­пе­рок­си­да­зы, уча­ст­ву­ю­щих в ли­к­ви­да­ции ак­тив­ных форм ки­сло­ро­да. I вхо­дит в со­став ти­рео­ид­ных гор­мо­нов, $\ce{Co}$ – ви­та­ми­на $\ce{B_{12}}$; на­ли­чие $\ce{F}$ не­об­хо­ди­мо для пра­виль­но­го фор­ми­ро­ва­ния кос­тей и зу­бов. Не­ко­то­рые М. влия­ют на рост ор­га­низ­мов ($\ce{Mn, Zn, Cu}$ – у рас­те­ний), раз­мно­же­ние ($\ce{Mn, Zn}$ – у жи­вот­ных, $\ce{Mn, Cu, Mo}$ – у рас­те­ний), кро­ве­тво­ре­ние ($\ce{Fe, Cu, Co}$), на про­цес­сы кор­не­во­го ды­ха­ния ($\ce{Zn, Cu}$) и пр. Био­ло­гич. эф­фект то­го или ино­го М. час­то за­ви­сит от на­ли­чия в ор­га­низ­ме др. мик­ро­эле­мен­тов и их кон­цен­тра­ций. Так, $\ce{Co}$ эф­фек­тив­но воз­дей­ст­ву­ет на кро­ве­тво­ре­ние при на­ли­чии дос­та­точ­ных ко­ли­честв $\ce{Fe}$ и $\ce{Cu; Mn}$ спо­соб­ст­ву­ет ус­вое­нию $\ce{Cu}$. В свою оче­редь, $\ce{Cu}$ в ря­де слу­ча­ев яв­ля­ет­ся ан­та­го­ни­стом $\ce{Mo}$, на ме­та­бо­лизм $\ce{Sr}$ влия­ет $\ce{Fe}$ и т. п. В ус­вое­нии М. важ­ную роль мо­гут иг­рать др. ком­по­нен­ты пи­щи.

Не­дос­та­ток и из­бы­ток М. в ор­га­низ­ме, обу­слов­лен­ные их со­дер­жа­ни­ем во внеш­ней сре­де, при­во­дят к т. н. эн­де­ми­че­ским за­бо­ле­ва­ни­ям, или био­гео­хи­мич. эн­де­ми­ям. При этом на­ря­ду со спе­ци­фич. на­ру­ше­ни­ем об­ме­на ве­ществ на­блю­да­ют­ся дис­тро­фии, на­ру­ше­ние ре­про­дук­тив­ной спо­соб­но­сти, сни­же­ние им­му­ните­та и др. яв­ле­ния. Па­то­ло­гии, свя­зан­ные с дис­ба­лан­сом М. в ор­га­низ­мах, на­зы­ва­ют­ся мик­ро­эле­мен­то­за­ми. К их чис­лу от­но­сят­ся эн­де­ми­че­ский зоб (не­до­с­та­ток $\ce{I}$), мы­шеч­ные дис­тро­фии (де­фи­цит $\ce{Se}$), ане­мии (дис­ба­ланс $\ce{Fe, Cu, Co}$), ави­та­ми­ноз $\ce{B_{12}}$ (не­дос­та­ток $\ce{Co}$), ще­лоч­ная бо­лезнь (из­бы­ток $\ce{Se}$), флюо­роз (из­бы­ток $\ce{F}$), бор­ный эн­те­рит (из­бы­ток $\ce{B}$), мо­либ­де­ноз (из­бы­ток $\ce{Mo}$), мед­ные, свин­цо­вые, ртут­ные ток­си­ко­зы и др.

М. ис­поль­зу­ют в ме­ди­ци­не, для по­вы­ше­ния уро­жай­но­сти с.-х. куль­тур (мик­ро­удоб­ре­ния) и про­дук­тив­но­сти с.-х. жи­вот­ных (до­бав­ки М. к кор­мам).

Лит.: Ви­но­гра­дов А. П. Био­гео­хи­ми­че­ские про­вин­ции и эн­де­мии // Док­ла­ды АН СССР. 1938. Т. 18. № 4/5; Вер­над­ский В. И. Био­гео­хи­ми­че­ские очер­ки. 1922–1932 гг. М., 1940; Ко­валь­ский В. В. Гео­хи­ми­че­ская эко­ло­гия. М., 1974; Мик­ро­эле­мен­то­зы че­ло­ве­ка. М., 1991; Риш М. А. На­след­ст­вен­ные мик­ро­эле­мен­то­зы // Тех­но­ге­нез и био­гео­хи­ми­че­ская эво­лю­ция так­со­нов био­сфе­ры. М., 2003; Elements and their compounds in the environment. 2nd ed. Weinheim, 2004. Vol. 1–3; Би­тюц­кий Н. П. Не­об­хо­ди­мые мик­ро­эле­мен­ты рас­те­ний. СПб., 2005; Ер­ма­ков В. В., Тю­ти­ков С. Ф. Гео­хи­ми­че­ская эко­ло­гия жи­вот­ных. М., 2008.

Вернуться к началу