5 минеральных веществ клетки и их значение. Минеральные вещества и их роль в клетке. Краткая характеристика наиболее важных минеральных веществ

Тестовые задания по теме

«НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА КЛЕТКИ»

Выберите один правильный ответ из предложенных вариантов:

1. Какие химические элементы, содержащиеся в клетке, относят к макроэлементам?
а) Zn , I, F, Br;

в) Ni, Cu, I, Br.

г) Au, Ag, Ra, U.

2. Каковы функции воды в клетке?


в) источник энергии.

г) передача нервного импульса

3. Какие ионы входят в состав гемоглобина?
а) Mg 2+ ;

4. Передача возбуждения по нерву или мышце объясняется:

а) разностью концентраций ионов натрия и калия внутри и вне клетки

б) разрывом водородных связей между молекулами воды

в) изменением концентрации водородных ионов

г) теплопроводностью воды

5 . Из перечисленных веществ является гидрофильными:

а) крахмал

г) целлюлоза

6. В состав молекулы хлорофилла входят ионы

г) Na +
7. Одновременно входит в состав костной ткани и нуклеиновых кислот:

б) фосфор

в) кальций

8 . У детей развивается рахит при недостатке:

а) марганца и железа

б) кальция и фосфора

в) меди и цинка

г) серы и азота

9 . В состав желудочного сока входит:

10. Больше всего воды содержится в клетках:
а) эмбриона;

б) молодого человека;

в) старика.

г) взрослого человека

11. Какие химические элементы, содержащиеся в клетке, относят к микроэлементам?
а) S, Na, Ca, K;

в) Ni, Cu, I, Br.

г) Р, S, Cl, Nа

12. В состав желудочного сока входит
а) серная кислота;

б) соляная кислота;

в) угольная кислота.

г) фосфорная кислота

13. Каковы функции минеральных веществ в клетке?
а) передача наследственной информации;
б) среда для химических реакций;
в) источник энергии;

г) поддержание осмотического давления клетки.

14. Какие ионы влияют на свёртываемость крови?
а) Mg 2+ ;

15 . Железо входит в состав:

в) гемоглобина

г) хлорофилла

16. Меньше воды содержится в клетках:
а) костной ткани;

б) нервной ткани;

в) мышечной ткани.

г) жировой ткани

17. Вещества, плохо растворимые в воде, называются:
а) гидрофильными;

б) гидрофобными;

в) амфифильными.

г) амфотерными

18. Буферность в клетке обеспечивают ионы:
а) Na + , K + ;

б) SO 4 2- , Cl - ;

в) HCO 3 - , CO 3 2-.

г) Mg 2+ ; Fe 2+

19. Вода – основа жизни, т.к. она:
а) может находиться в трех состояниях (жидком, твердом и газообразном);
б) является растворителем, обеспечивающим как приток веществ в клетку, так и удаление из нее продуктов обмена;
в) охлаждает поверхность при испарении.

г) обладает свойством теплопроводности

20 . Из перечисленных веществ является гидрофобным:

г) перманганат калия

Эталоны ответов

1). Играют роль кофакторов в энзиматических реакциях. Так, многие ионы образуют комплексы с белками, в том числе ферментами. Последние для полного проявления своей каталитической активности нуждаются в присутствии минеральных кофакторов – ионов калия, кальция, натрия, магния, железа. Ионы железа, меди и особенно магния необходимы для активации ферментов, связанных с переносом и высвобождением энергии, транспорта и связывания кислорода.

2). Принимают участие в поддержание осмотического давления и кислотно-основного равновесия (фосфатный и гидрокарбонатный буферы).

3). Обеспечивают процессы свертывания крови,

4). Создают мембранный потенциал и потенциал действия возбудимых клеток

5). Минеральные вещества входят в структуры самых различных органов тела. Неорганические вещества могут иметь в организме форму нерастворимых соединений (например, в костной и хрящевой тканях).

6). Участвуют в окислительно-восстановительных реакциях и др.

Большую роль в минеральном обмене играют ионы натрия и калия. Эти катионы определяют величину рН, осмотическое давление, объем жидкостей тела. Они участвуют в формировании биоэлектрических потенциалов, в транспорте аминокислот, сахаров и ионов через мембрану клеток. Натрий составляет 93% всех катионов плазмы крови, его концентрация в плазме крови равна 135-145 ммоль/л. Калий – в основном внутриклеточный катион, в плазме крови его концентрация равна 3,3-4,9 ммоль/л.

В организме здорового человека массой тела около 70 кг содержится 150-170 г натрия. Из них 25-30% входят в состав костей и непосредственного участия в метаболизме не принимают. Около 70% общего натрия в организме составляет собственно обменный натрий.

Дневной пищевой рацион жителей цивилизованных стран содержит в среднем 10-12 г хлорида натрия, однако истинная потребность человека в нем значительно ниже и приближается к 4-7 г. Это количество хлорида натрия содержится в обычной пище, что ста­вит под сомнение необходимость ее дополнительного подсаливания.

Избыточный прием поваренной солиможет приводить к увеличению объемов жидкостей тела, повышению нагрузки на сердце и почки. Увеличение в этих условиях проникновения натрия, а с ним и воды в межклеточные промежутки тканей стенки кровеносных сосудов способствует их набуханию и утолщению, а также сужению просвета сосудов.

Постоянство содержания ионов натрия и калия в плазме крови поддерживается в основном почками. При снижении концентра­ции натрия и увеличении калия повышается реабсорбция натрия и снижается реабсорбция калия, а также растет секреция калия в почечных канальцах под влиянием минералокортикоида коры надпочечников альдостерона.

В организме здорового человека массой 70 кг содержится 45-35 ммоль/кг калия. Из них всего 50-60 ммоль находятся во внеклеточном пространстве, а остальной калий сосредоточен в клетках. Таким образом, калий является основным внутриклеточным катионом. С возрастом общее содержание калия в организме уменьшается.

Суточное потребление калия составляет 60-100 ммоль; почти столько же выводится почками и лишь немного (2%) – с каловыми массами.

Физиологическая роль калия заключается в его участии во всех видах обмена веществ, в синтезе АТФ и поэтому он влияет на сократимость. Недостаток его вызывает атонию скелетных мышц, умеренный избыток – повышение тонуса, а очень высокое содержание парализует мышечное волокно. Калий вызывает расширение сосудов. Также он участвует в синтезе ацетилхолина, в разрушении холинэстеразы и, следовательно, влияет на синаптическую передачу возбуждения. Вместе с другими ионами он обеспечивает клетке способность к возбуждению.

Хлор является вторым после натрия внеклеточным анионом. Его концентрация во внеклеточной жидкости и плазме составляет 103-110 ммоль/л. Общее содержание хлора в организме около 30 ммоль/кг. Значительное количество хлора обнаружено только в клетках слизистой оболочки желудка. Именно он является резервом для синтеза соляной кислоты желудочного сока, соединяясь с ионами водорода, которые извлекаются из крови клетками слизистой оболочки и выводятся в просвет желудка.

Нормальное содержание кальция в плазме 2,1-2,6 ммоль/л. Из них 50% связаны с белками плазмы (особенно альбуминами), 10% входят в состав растворимых комплексов, 40% находятся в свободной ионизирован­ной форме, которая с клинической точки зрения представляет наибольший интерес.

Физиологически активными являются только свободные ионы Са 2+ , поэтому регуляция обмена направлена на поддержание постоянства концентрации в плазме не общего кальция, а только его физиологически активной фракции.

Наибольшей функциональной активностью обладают ионы кальция, связанные с ионом фосфора. Кальций принимает активное участие в процессах возбуждения, синаптической передачи, мышечного сокращения, сердечной деятельности, участвует в окислительном фосфорилировании углеводов и жиров, в свертывании крови, влияет на проницаемость клеточных мембран, формирует структурную основу костного скелета. Значительная часть внутриклеточного кальция находится в эндоплазматической сети (Т-цистерны).

Главная роль в регуляции равновесия между кальцием плазмы и кальцием костей принадлежит гормону околощитовидных желез (паратирин).

При употреблении пищи, содержащей значительное количество каль­ция, большая его часть выделяется через кишечник в результате осаждения в основной кишечной среде в виде нерастворимых соединений.

Фосфор поступает в организм главным образом с молочными, мясными, рыбными и зернобобовыми продуктами. Его концентрация в сыворотке крови равна 0,81-1,45 ммоль/л. Суточная потребность в фосфоре составляет примерно 1,2 г, у беременных и кормящих женщин – до 1,6-1,8 г. Фосфор является анионом внутриклеточной жидкости, макроэргических соединений, коферментов тканевого дыхания и гликолиза. Нерастворимые фосфаты кальция составляют основную часть минерального компонента костей, придавая им прочность и твердость. Соли фосфорной кислоты и ее эфиров являются компонентами буферных систем поддержания кислотно-основного состояния тканей.

Железонеобходимо для транспорта кислорода и для окислительных реак­ций, так как оно входит в состав гемоглобина и цитохромов митохондрий. Его концентрация в крови в комплексе с транспортным белком трансферрином в норме равна 1,0-1,5 мг/л. Суточная потребность в железе для мужчин соответствует 10 мг, для женщин де­тородного возраста в связи с менструальны­ми кровопотерями эта величина значительно больше и приближается к 18 мг. Для бере­менных и кормящих женщин в связи с по­требностями детского организма этот па­раметр приближается соответственно к 33 и 38 мг. Железо содержится в мясе, печени, зернобобовых продуктах, гречневой и пшенной крупах. Недостаточность поступления железа в организм встречается часто. Так, у 10-30% женщин детородного возраста выявляется железодефицитная анемия.

Йод представляет собой единственный из известных микроэлементов, участвующих в построении молекул гормонов. Источниками йода являются морские растения и морская рыба, мясо и молочные продукты. Концентрация йода в плазме крови равна 10-15 мкг/л. Суточная потребность составляет 100-150 мкг, для беременных и кормящих женщин – 180-200 мкг. До 90% циркулирующего в крови органического йода приходится на долю тироксина и трийодтиронина. Недостаточное поступление в организм йода может быть причиной нарушения функций щитовидной железы.

Фторобеспечивает защиту зубов от карие­са. Суточная потребность во фторе равна 0,5-1,0 мг. Он поступает в организм с питьевой водой, рыбой, орехами, печенью, мясом, продуктами из овса. Предполагают, что он блокирует микро­элементы, необходимые для активации бактериальных ферментов. Фтор стимулирует кроветворение, реакции иммунитета, предуп­реждает развитие старческого остеопороза.

Магний – внутриклеточный катион (Mg 2+), содержащийся в организме в количестве 30 ммоль/кг массы тела. Кон­центрация магния в плазме крови равна 0,65-1,10 ммоль/л. Суточная потребность в нем – около 0,4 г. Магний является катализатором многих внутриклеточных процессов, особенно свя­занных с углеводным обменом. Он снижает возбудимость нервной системы и сокра­тительную активность скелетных мышц, спо­собствует расширению кровеносных сосудов, уменьшению частоты сокращений сердца и снижению артериального давления.

Организм человека устроен очень сложно. Он состоит из огромного количества различных веществ, клеток, витаминов. Минеральные вещества должны постоянно находиться в организме человека, так как их роль в различных процессах велика. Они принимают участие в образовании гормонов, ферментов, помогают человеку активно жить и функционировать. Ни один орган не может обойтись без этих веществ, так как они в определенном количестве должны присутствовать почти в каждой клеточке.

Что такое минеральные вещества?

Многим из тех, кто следит за своим здоровьем, знакомо утверждение, что витамины и минеральные вещества служат основой правильного питания. Витамины практически никогда не синтезируются организмом самостоятельно, поэтому должны поступать вместе с пищей. В то же время они являются важным биологическим регулятором многих жизненно важных процессов организма. Витамины и минеральные вещества очень тесно связаны между собой, так как по своему химическому составу они могут дополнять друг друга, иногда заменять, обеспечивая полноценную жизнь человеку.

Для чего они нужны организму?

Важную роль выполняют минеральные вещества: тканестроительную функцию, принимают участие в пластических биопроцессах, а также обеспечивают и поддерживают многие ферментативные реакции человеческого организма. Но наиболее важной их функцией является проведение электрохимических импульсов в нервных волокнах и мышечных тканях.

Все минеральные вещества разделяют на макроэлементы и микроэлементы. К микроэлементам причисляют цинк, йод, фтор, марганец, а к макроэлементам - кальций, магний, фосфор, калий, железо, хлор. Не всегда человек может пополнить запас минеральных веществ в организме только с помощью питания, иногда целесообразным является применение различных добавок к питанию и лекарственных препаратов. Это происходит при интенсивных физических нагрузках, периоде авитаминоза весной, а также, когда жизненные условия не соответствуют общепринятым нормам. В таких случаях минеральные вещества клетки уменьшаются в своем количестве, что приводит иногда к необратимым последствиям.

Значение кальция, где он содержится?

Кальций является необычайно важным макроэлементом. Он обеспечивает нормальную проводимость нервной и мышечной тканей, кислотно-щелочной баланс, а также выполняет строительную функцию для костной и хрящевой тканей, в которых находится до 98% всех запасов кальция в организме человека. Среднедневная его норма для организма взрослого составляет 800-1000 мг. Для обеспечения потребности в кальции необходимо употреблять творог, молоко, яйца, сыр, цветную капусту, орехи, семена кунжута и мака, пшеничные отруби, овощи и зелень.

Вопреки всеобщему мнению, в продуктах с высоким содержанием молочного жира (сливочное масло, сметана, сливки), содержание этого вещества низкое. Правильное усвоение кальция организмом происходит в сочетании с витамином D. Самым оптимальным условием для поступления этого элемента в организм является вода и минеральные вещества, а именно сочетание кальция, магния, фосфора, витамина C и витамина D. Особое внимание специалисты уделяют содержанию Са в организме детей. Ведь этот элемент обеспечивает рост и развитие практически всех органов подрастающего организма. Если содержание кальция у детей ниже нормы, могут возникнуть серьезные проблемы с опорно-двигательным аппаратом (рахит), нарушаются рост и здоровье зубов, появляются тенденции к патологическим процессам в желудочно-кишечном тракте. Но высокий показатель наличия в организме этого микроэлемента также чреват проблемами со здоровьем, особенно он вреден для почек и печени. Поэтому важен баланс этого вещества в клетках и системах.

Фосфор в организме и пище

На примере фосфора также легко оценить значение минеральных веществ для здоровья человека. Как мы отметили выше, баланс фосфора тесно зависит от баланса кальция. В биологических процессах фосфор отвечает за образование ферментов, благодаря которым высвобождается и усваивается энергия из пищи. Кроме этого, фосфор поддерживает правильный липидный и энергетический обмен, а также стабилизирует уровень холестерина в крови. Дневная норма фосфора составляет 1000-1500 мг. Лучше данный макроэлемент усваивается из продуктов животного происхождения. Для получения суточной потребности желательно включить в рацион рыбу, кисломолочные продукты, пивные дрожжи, тыквенные семечки, овсяные хлопья, орехи, говяжью печень, яйца, мясо кролика, свеклу, картофель, капусту, морковь, яблоки, клубнику, смородину, арбуз, груши. Дневная норма фосфора содержится, к примеру, в 150 граммах твердого сыра, 350 граммах овсяных хлопьев или 125 граммах тыквенных семечек.

Важная роль магния, содержание в продуктах

Магний, в отличие от фосфора, усваивается лучше как раз из продуктов растительного происхождения. Он способствует правильному усвоению фосфора, кальция, балансирует остальные минеральные и органические вещества. Магний важен для работы сердечно-сосудистой системы, поскольку помогает укреплять стенки кровеносных сосудов и обладает мочегонным эффектом, что способствует стабилизации артериального давления.

Особенно важен этот микроэлемент для работы нервной системы. Все минеральные вещества в организме так или иначе влияют на ее работу. Но от количества магния в нервных клетках зависят такие процессы, как возбудимость, торможение, скорость нервных импульсов, восприятие их мозгом и реакция на них. Магний передает информацию от периферии к отделам центральной нервной системы. Многим беременным рекомендуют принимать лекарственные препараты с содержанием этого вещества для улучшения работы нервной и сердечно-сосудистой систем. Для тех, кто испытывает постоянные стрессы на работе или дома, истощен физически и морально, также полезен этот элемент.

Как показывает таблица минеральных веществ, представленная ниже, суточная норма магния колеблется в пределах 300-500 мг. Алкоголь, никотин, жирная пища и кофеин существенно ухудшают усвоение магния. Наиболее богаты на его содержание гречневая каша (одна ее порция обеспечит для организма суточную потребность), бананы, тыквенные семечки. Помимо этого, магний содержится в пшеничных отрубях, овсянке, кальмарах и креветках, сухих бобах, камбале, шпинате, картофеле белокочанной капусте.

Значение натрия и калия для работы организма, из каких продуктов их можно получить?

Важным является тот факт, что в поваренной соли минеральные вещества тоже содержатся. За сутки нужно употребить 10-15 грамм поваренной соли, чтобы обеспечить организму дневной запас натрия (3-6 грамм). В организме этот макроэлемент транспортирует минеральные вещества клетки и участвует в регулировании водно-солевого обмена. Но важно не переборщить с употреблением этого продукта, так как его чрезмерное количество пагубно влияет на работу некоторых органов и может спровоцировать накопление песка и образование камней в почках, желчном пузыре и так далее.

Калий является важным элементом для поддержания здоровой работы сердца и сосудов. Правильное соотношения калия и кальция позволяет наладить полноценное функционирование сердечной мышцы. Калий и натрий содержится в хлебе, бобовых, кураге, яблоках.

Содержится ли в нас железо?

Железо - еще один жизненно важный микроэлемент. Благодаря ему в организме образуется белок гемоглобин, который соединяется с кислородом и доставляет его в клетки, а затем выводит углекислый газ. Таким образом, роль минеральных веществ, в частности железа, состоит в кислородном питании организма. Железо также способствует правильной кроветворной функции. В организме взрослого человека находится 10-30 мкмоль/литр железа. Очень богат железом такой фрукт, как айва, большое его содержание в яблоках, красном мясе и субпродуктах.

Женщинам железо нужнее, чем мужчинам, так как представительницы слабого пола живут циклично и приблизительно раз в месяц теряют этот микроэлемент в большом количестве. Для восполнения его запасов нужно употреблять вышеуказанные продукты. Нехватка железа в организме приводит к анемии.

Важность хлора для человека

Важность хлора для организма состоит в том, что он является составляющим желудочного сока и плазмы крови. Вместе с натрием и калием этот макроэлемент поддерживает водно-солевой и кислотно-щелочной обмен. До 90% дневной нормы хлора поступает в организм вместе с обычной поваренной солью. При нарушении обмена хлора, натрия и калия нарушается работа сердца, появляются отеки, и человек страдает от перепадов артериального давления.

Йод - лекарственный препарат или важный микроэлемент для организма?

Йод с детства знаком каждому благодаря своим антисептическим свойствам. Но еще он является полезным микроэлементом. Пищу, богатую йодом, необходимо употреблять для правильной работы щитовидной железы. Йод входит в состав гормонов, продуцируемых щитовидной железой, поэтому напрямую влияет на правильную работу эндокринной системы. Дневная норма употребления йода составляет 100-200 мг. Наиболее богаты йодом морская капуста и рыба, но в современных условиях жизни достаточно тяжело обеспечить баланс йода в организме. Поэтому рекомендуется принимать специальные препараты, повышающие его содержание.

Содержание и получение организмом фтора

Это микроэлемент, который входит в состав эмали поверхности зубов, а значит, отвечает за их здоровье и красоту. Организму необходимо 2-3 миллиграмма фтора в сутки, эта потребность обеспечивается благодаря употреблению различных сортов чая, морепродуктов и орехов.

Какие еще микроэлементы важны для нас?

Составленная нами таблица минеральных веществ содержит основные элементы и поможет лучше разобраться в потребности организма в микро- и макроэлементах.

Кроме названных выше, к списку жизненно необходимых элементов относится цинк и марганец. Цинк является составляющим ферментов, поддерживающих окислительно-восстановительные реакции организма, а марганец участвует в энергетических реакциях и влияет на усвоение многих витаминов.

Можно отметить, что минеральные вещества в питании очень важны для вашего здоровья, поскольку обеспечивают все процессы жизнедеятельности. Употребление правильной суточной нормы минералов - это залог здоровья.

Неорганические ионы, или минеральные вещества, выполняют в организме следующие функции:

1. Биоэлектрическая функция. Эта функция связана с воз­никновением разности потенциалов на клеточных мембранах. Градиент концентрации ионов по обе стороны мембраны создаёт в разных клетках потенциал порядка 60-80 мВ. Внутренняя сторона клеточной мембраны относительно наружной заряжена отрицательно. Электрический потен­циал мембраны тем выше, чем больше содержание белка и его иониза­ция (отрицательный заряд) внутри клетки и концентрация катионов вне клетки (диффузия ионов Na + и К + через мембрану внутрь клетки затруд­нена). Данная функция неорганических ионов используется для регуля­ции функций особенно возбудимых клеток (нервных, мышечных) и для проведения нервных импульсов.

2. Осмотическая функция используется для регуляции осмо­тического давления. Живая клетка подчиняется закону изоосмополярности: во всех средах организма, между которыми есть свободный обмен водой, устанавливается одинаковое осмотическое давление. Если число ионов в какой-то среде возрастает, то вслед за ними устремляется вода, пока не установится новое равновесие и новый уровень осмотического давления.

3. Структурная функция обусловлена комплексообразующими свойствами металлов. Ионы металлов взаимодействуют с анионными группами белков, нуклеиновых кислот и других макромолекул и тем са­мым обеспечивают наряду с другими факторами поддержание опреде­лённых конформаций этих молекул. Поскольку биологическая активность биополимеров зависит от их конформаций, то нормальное осуществление белками их функций, беспрепятственная реализация информации, зало­женной в нуклеиновых кислотах, образование надмолекулярных ком­плексов, формирование субклеточных структур и другие процессы не­мыслимы без участия катионов и анионов.

4. Регуляторная функция заключается в том, что ионы ме­таллов являются активаторами ферментов и тем самым регулируют ско­рость химических превращений в клетке. Это прямое регуляторное дей­ствие катионов. Косвенное заключается в том, что ионы металлов часто необходимы для действия другого регулятора, например, гормона. При­ведём несколько примеров. Формирование активной формы инсулина невозможно без ионов цинка. Третичная структура РНК в огромной сте­пени определяется ионной силой раствора, а такие катионы, как Сr 2+ , Ni 2+ , Fe 2+ , Zn 2+ ,Mn 2+ и другие, непосредственно участвуют в формирова­нии спиральной структуры нуклеиновых кислот. Концентрация ионов Мg 2+ влияет на формирование такой надмолекулярной структуры, как рибосомы.

5. Транспортная функция проявляется в участии некоторых металлов (в составе металлопротеидов) в переносе электронов или про­стых молекул. Например, катионы железа и меди входят в состав цитохромов, являющихся переносчиками электронов в дыхательной цепи, а железо в составе гемоглобина связывает кислород и участвует в его пе­реносе.

6. Энергетическая функция связана с использованием фос­фат-анионов в образовании АТФ и АДФ (АТФ - основной носитель энер­гии в живых организмах).

7. Механическая функция. Например, катион Са +2 и фосфат-анион входят в состав гидроксилапатита и фосфата кальция костей и определяют их механическую прочность.

8. Синтетическая функция. Многие неорганические ионы ис­пользуются в синтезах сложных молекул. Например, ионы йода I¯ участ­вуют в синтезе йодтиронинов в клетках щитовидной железы; анион (SО 4) 2- - в синтезе эфиросерных соединений (при обезвреживании в ор­ганизме вредных органических спиртов и кислот). Важное значение в механизме защиты от токсического действия пероксида имеет селен. Он образует селеноцистеин - аналог цистеина, в котором вместо атомов серы атомы селена. Селеноцистеин является составной частью фермента глутатион-пероксидазы, катализирующей восстановление пероксида во­дорода глутатионом (трипептид - γ-глутамил-цистеинилглицин)

Важно отметить, что в известных пределах возможна взаимоза­меняемость некоторых ионов. При недостатке какого-то иона металла он может заменяться ионом другого металла, близким по физико-химическим свойствам и ионному радиусу. Например, ион натрия заме­щается ионом лития; ион кальция - ионом стронция; ион молибдена - ионом ванадия; ион железа - ионом кобальта; иногда ионы магния - ио­нами марганца.

Благодаря тому, что минеральные вещества активируют дейст­вие ферментов, они влияют на все стороны обмена веществ. Рассмотрим, в чём выражается зависимость обмена нуклеиновых кислот, белков, уг­леводов и липидов от наличия тех или иных неорганических ионов.