Значение макроэлементов в клетке. Биологическая роль микроэлементов. Значение макроэлемента магний

Макроэлементы – полезные для организма вещества, суточная норма которых для человека составляет от 200 мг.

Дефицит макроэлементов ведет к нарушению метаболизма, дисфункции большинства органов и систем.

Есть такое высказывание: мы то, что едим. Но, конечно, если спросить знакомых, когда они в последний раз кушали, например, серу или хлор, удивления в ответ не избежать. А меж тем, в человеческом организме «живет» почти 60 химических элементов, запасы которых мы, порой сами того не осознавая, пополняем из пищи. И примерно на 96 процентов каждый из нас состоит из всего 4 химических названий, представляющих группу макроэлементов. А это:

кислород (есть 65 % в каждом человеческом организме);
углерод (18 %);
водород (10 %);
азот (3 %).

Остальные 4 процента – другие вещества из таблицы Менделеева. Правда, их значительно меньше и они представляют другую группу полезных нутриентов – микроэлементы.

Для наиболее распространенных химических элементов-макронутриентов принято употреблять название-мнемоним CHON, составленное из заглавных букв терминов: углерод, водород, кислород и азот на латыни (Carbon, Hydrogen, Oxygen, Nitrogen).

Макроэлементам в человеческом организме природа отвела довольно широкие полномочия. От них зависит:

формирование скелета и клеток;
уровень рН тела;
правильная транспортировка нервных импульсов;
адекватность протекания химических реакций.

В результате многих опытов было установлено: ежедневно человек нуждается в 12 минералах ( , железо, фосфор, йод, магний, цинк, селен, медь, марганец, хром, молибден, хлор). Но даже эти 12 не смогут заменить функции биогенных элементов.

Почти каждый химический элемент отыгрывает значительную роль в существовании всего живого на Земле, но только 20 из них являются главными.

Эти элементы делятся на:

6 основных биогенных элементов (представлены почти во всем живом на Земле и часто в довольно больших количествах);
5 незначительных биогенных элементов (найдены во многих живых существах в относительно небольших количествах);
микроэлементы (основные вещества, необходимые в малых количествах для поддержания биохимических реакций, от которых зависит жизнь).

Среди биогенных веществ различают:

макроэлементы;

Основные биогенные элементы, или органогены, – это группа углерода, водорода, кислорода, азота, серы, фосфора. Незначительные биогенные вещества представлены натрием, калием, магнием, кальцием, хлором.

Кислород (O)

Это второй в списке самых распространенных веществ на Земле. Является компонентом воды, а она, как известно, составляет примерно 60 процентов человеческого тела. В газообразной форме кислород становится частью атмосферы. В этой форме он играет определяющую роль для поддержания жизни на Земле, способствуя фотосинтезу (в растениях) и дыханию (у животных и людей).

Углерод (C)

Углерод также можно считать синонимом жизни: ткани всех существ на планете содержат соединение углерода. Кроме того, формирование углеродных связей способствует выработке некоторого количества энергии, что играет значимую роль для протекания важных химических процессов на уровне клеток. Многие соединения, в составе которых есть углерод, легко воспламеняются, выделяя тепло и свет.

Водород (H)

Это наиболее легкий и самый распространенный элемент во Вселенной (в частности, в форме двухатомного газа Н2). Водород является реактивным и легковоспламеняющимся веществом. С кислородом образует взрывоопасные смеси. Имеет 3 изотопа.

Азот (N)

Элемент с атомным номером 7 – главный газ в атмосфере Земли. Азот есть в составе многих органических молекул, в том числе и аминокислот, которые являются составляющей белков и нуклеиновых кислот, формирующих ДНК. Почти весь азот производится в космосе – так называемые планетарные туманности, созданные стареющими звездами, обогащают Вселенную этим макроэлементом.

Другие макроэлементы

Калий (К)

(0,25%) является важным веществом, отвечающим за процессы электролита в организме. Простыми словами: транспортирует заряд через жидкости. Это помогает регулировать сердцебиение и передавать импульсы нервной системы. Также участвует в гомеостазе. Дефицит элемента ведет к проблемам с сердцем, вплоть до его остановки.

Кальций (1,5 %) является наиболее распространенным нутриентом в человеческом теле – почти все запасы этого вещества концентрируются в тканях зубов и костей. Именно кальций отвечает за сокращение мышц и регуляцию белков. Но тело будет «съедать» этот элемент из костей (что опасно развитием остеопороза), если ощутит его дефицит в дневном рационе.

Необходим растениям для формирования клеточных мембран. Животные и люди нуждаются в этом макроэлементе для поддержания здорового состояния костей и зубов. Кроме того, кальций играет роль «модератора» процессов в цитоплазме клеток. В природе представлен в составе многих пород (мел, известняк).

В организме человека кальций:

влияет на нервно-мышечную возбудимость – участвует в сокращении мышц (гипокальциемия ведет к судорогам);
регулирует гликогенолиз (расщепление гликогена к состоянию глюкозы) в мышцах и глюконеогенез (образование глюкозы из неуглеводных образований) в почках и печени;
уменьшает проницаемость стенок капилляров и клеточной мембраны, чем усиливает противовоспалительный и антиаллергический эффекты;
способствует свертыванию крови.

Ионы кальция – важные внутриклеточные мессенджеры, влияющие на выработку инсулина и пищеварительных ферментов в тонком кишечнике.

Всасывание Ca зависит от содержания в организме фосфора. Обмен кальция и фосфатов регулируется гормонально. Паратгормон (гормон паращитовидных желез) высвобождает Ca из костей в кровь, а кальцитонин (гормон щитовидной железы) способствует отложению элемента в костях, чем уменьшает его концентрацию в крови.

Магний (Mg)

Магний (0,05 %) играет значимую роль в структуре скелета и мышц.

Является участником более чем 300 метаболических реакций. Типичный внутриклеточный катион, важный компонент хлорофилла. Присутствует в скелете (70 % от общего количества) и в мышцах. Неотъемлемая часть тканей и жидкостей организма.

В человеческом теле магний отвечает за расслабление мышц, выведение шлаков, улучшение притока крови к сердцу. Дефицит вещества нарушает пищеварение и замедляет рост, ведет к быстрой утомляемости, тахикардии, бессоннице, у женщин усиливается ПМС. А вот избыток макроэлемента – это почти всегда развитие мочекаменной болезни.

Натрий (Na)

(0,15%) является элементом, способствующим электролиту. Он помогает передавать по организму нервные импульсы, а также отвечает за регуляцию уровня жидкости в теле, предохраняя от обезвоживания.

Сера (S)

Сера (0,25%) находится в 2 аминокислотах, которые формируют протеины.

Фосфор (1%) концентрируется предпочтительно в костях. Но кроме того, есть в составе молекулы АТФ, которая обеспечивает клетки энергией. Представлен в нуклеиновых кислотах, клеточных мембранах, костях. Как и кальций, необходим для правильного развития и работы опорно-двигательного аппарата. В человеческом организме выполняет структурную функцию.

Хлор (Cl)

Хлор (0,15 %), как правило, находится в организме в форме отрицательного иона (хлорида). В его функции входит поддержание водного баланса в организме. В условиях комнатной температуры хлор является ядовитым зеленым газом. Сильный окислитель, легко вступает в химические реакции, образуя хлориды.

Роль макроэлементов для человека

Макроэлемент	Польза для организма	Последствия дефицита	Источники
Калий	Составная часть внутриклеточной жидкости, корректирует баланс щелочи и кислот, способствует синтезированию гликогена и протеинов, влияет на функции мышц.	Артрит, болезни мышц, параличи, нарушение передачи нервных импульсов, аритмия.	Дрожжи, сушеные фрукты, картофель, бобы.
Укрепляет кости, зубы, способствует упругости мышц, регулирует свертываемость крови.	Остеопороз, судороги, ухудшение состояния волос и ногтей, кровоточивость десен.	Отруби, орехи, разные сорта капусты.
Магний	Влияет на углеводный обмен, снижает уровень холестерина, придает тонус организму.	Нервозность, онемение конечностей, скачки давления, боли в спине, шее, голове.	Злаки, фасоль, темно-зеленые овощи, орехи, чернослив, бананы.
Натрий	Контролирует кислотно-щелочной состав, поднимает тонус.	Дисгармония кислот и щелочи в организме.	Оливки, кукуруза, зелень.
Сера	Способствует выработке энергии и коллагена, регулирует свертываемость крови.	Тахикардия, гипертония, запоры, боли в суставах, ухудшение состояния волос.	Лук, капуста, бобы, яблоки, крыжовник.
Участвует в формировании клеток, гормонов, регулирует обменные процессы и работу мозговых клеток.	Усталость, рассеянность, остеопороз, рахит, спазмы в мышцах.	Дары моря, бобы, капуста, арахис.
Хлор	Влияет на производство соляной кислоты в желудке, участвует в обмене жидкостей.	Снижение кислотности желудка, гастрит.	Ржаной хлеб, капуста, зелень, бананы.

Все живое на Земле, от самого большого млекопитающего до наименьшего насекомого, занимает разные ниши в экосистеме планеты. Но, тем не менее, практически все организмы химически созданы из одних и тех же «ингредиентов»: углерода, водорода, азота, кислорода, серы и других элементов из таблицы Менделеева. И этот факт объясняет, почему столь важно заботиться об адекватном пополнении необходимых макроэлементов, ведь без них нет и жизни.

Важнейшие макроэлементы известны всем с раннего детства. Это кальций и магний, фосфор и хлор, калий, сера и многие другие. Макроэлементы клетки отвечают за её осмотическое внутреннее давление, наполненность митохондрии питательными и энергетическими веществами. Все макроэлементы в организме должны находиться в сбалансированном состоянии, в противном случае они мешают работе друг друга. Некоторые макроэлементы в организме человека отвечают за работу сердца, точнее за его сократительную функцию. Это кальций, магний и калий. При нормальном содержании этих макроэлементов в организме человека не бывает нарушений сердечного ритма и не развиваются ишемии. Про макроэлементы и их значение в организме можно прочитать на этой странице, где приведены основные вещества. В материале подробно рассмотрены макроэлементы в организме человека и их значение для повседневной жизнедеятельности всех органов и систем.

Список основных химических макроэлементов

Основные макроэлементы – это кальций, магний, калий, хлор, сера, фосфор и натрий. Эти химические макроэлементы участвуют в биохимических процессах, являются проводниками электрических импульсов. Приведенный список макроэлементов не включает некоторые другие вещества, которые не рассмотрены детально в предлагаемой статье. Включенные в список химические макроэлементы далее на странице рассмотрены с точки зрения их биологической и физиологической роли.

Также рассказано о том, как можно скорректировать свой рацион питания с целью получения полноценной суточной дозы всех макроэлементов.

Биологическая роль макроэлемента кальция в организме

Кальций (Са). Суточная потребность - 800-1500 мг.

Роль макроэлемента заключается в том, что это главный элемент костной ткани и зубов, в которых кальций образует вместе с фосфатом нерастворимый кристаллический минерал -гидроксилапатит кальция. Общее количество кальция в теле взрослого человека достигает 1,5 кг. Ежегодно до 20% кальция в организме человека подвергается замене. Из костей скелета ежедневно уходит и в них возвращается около 700-800 мг кальция.

Роль макроэлемента кальций в организме в том, что он обладает антистрессовым, антиаллергическим, антиокси-дантным эффектами. Обеспечивает нормальную структуру зубов, костей, ногтей; нормальный сердечный ритм; улучшает деятельность нервной системы; способствует усвоению железа; предотвращает переход клеток из предракового в раковое состояние.

Биологическая роль макроэлемента заключается также в том, что присутствие в организме достаточного количества кальция препятствует накоплению свинца в костной ткани. В случае недостатка поступления кальция -в организм или нарушения его метаболизма возникают изменения в костной ткани (например, остеопороз, характеризующийся уменьшением содержания этого элемента в костях, что может приводить к хрупкости и переломам костей), в мышцах (боли, судороги), шитовидной железе (нарушение функции), иммунной системе (склонность к аллергическим проявлениям, снижение иммунитета, в том числе противоопухолевого), кроветворной системе (нарушение свертываемости). Дефицит кальция может провоцировать развитие гипертонических кризов, токсикозов беременности, гиперхолестеринемии.

Источниками кальция являются сухие сливки, молоко и сыр, семена кунжута и бобы. При поступлении в организм менее 0,5 г кальция в сутки резко увеличивается вероятность возникновения остеопороза.

Все безалкогольные напитки богаты фосфором, что препятствует усвоению кальция, замедляет рост, способствует остеопорозу.

Всасывание в кишечнике кальция из злаковых затруднено, так как основная часть этого элемента прочно связана в них с инозитолгексафосфатом, образуя кальций-магниевую соль фитин.

Значение макроэлемента магний

Магний (Mg). Суточная потребность - 400-750 мг.

В организме взрослого человека присутствует около 20 г магния.

Известны более трехсот ферментов, работа которых зависит от магния. Значение макроэлемента магний заключается в том, что нет другого катиона, который оказывал бы влияние на такое количество ферментных реакций вообще и на энергетический обмен в частности. Магний активирует ферменты, регулирующие углеводный, белковый, липидный обмен, высвобождение энергии АТФ; стимулирует распад нуклеиновых кислот; снижает возбуждение в нервных клетках; обладает сосудорасширяющим действием; необходим для работы нервов и мышц. Магний является антистрессовым элементом, облегчает приступы мигрени, помогает в борьбе с депрессией, дает бодрость и заряд энергии для активной деятельности, укрепляет сердечно-сосудистую систему, предупреждает отложение кальция в почках. Вместе с кальцием магний действует как естественный транквилизатор, предотвращает развитие остеопороза, поддерживает здоровыми зубы, нормализует баланс калия, активирует деятельность ферментов, в состав которых входят витамины труппы В (В1, В2, В6).

При хроническом дефиците магния у человека развивается ощущение истощенности и разбитости. Взаимодействие магния с кальцием и хлором играет существенную роль в регуляции артериального давления. Во многих биохимических реакциях магний синергидно взаимодействует с цинком.

Недостаток магния отрицательно сказывается на функциях центральной нервной системы (магний регулирует процессы торможения в коре головного мозга), сердца и сосудов (при дефиците поступления магния или при нарушениях его метаболизма происходит нарушение ритма сердечной деятельности, тонуса кровеносных сосудов, отмечаются спазмы, гипертония); надпочечников (истощение функции); костной ткани (остеопороз); моче- и желчевыводящей систем (магний нормализует перистальтику кишечника и сокращение желчного пузыря, желчеотделение); щитовидной и поджелудочной железы, мышечной ткани (при низкой концентрации магния снижается синтез белков, тормозятся процессы окислительного фосфорилирования в митохондриях и прямое окисление углеводов); иммунной системы (в присутствии ионов магния активно осуществляются процессы фагоцитоза и работа ряда компонентов системы комплемента). При недостатке магния в организме увеличивается уровень свободного холестерина в плазме крови и повышается концентрация атерогенных липопротеинов. Магний играет большую роль в детоксикационных процессах печени, в функционировании фибробластов, ответственных за биосинтез компонентов соединительной ткани.

Для нормальной жизнедеятельности необходимо не только регулярное поступление в организм минеральных веществ, но и правильное их соотношение.

Соотношение поступления в организм человека кальция и магния должно быть 1:0,7. Пища с высоким содержанием кальция снижает всасывание магния. Усвоению магния препятствуют щавелевая кислота, танин и фитины, являющиеся антагонистами магния в организме. Сильными антагонистами магния являются бериллий и марганец. Молоко и казеин оказывают благоприятный эффект на всасывание магния из кишечника.

Согласно современным данным, около 80% населения, проживающего в развитых странах, не получает магний в достаточном количестве. Дефицит магния увеличивается с возрастом человека. Содержание магния недостаточно в рационе престарелых и малообеспеченных людей.

Биоусвояемость магния повышается в присутствии витамина А, кальция и фосфора.

Наибольшее содержание магния среди животных продуктов обнаруживается в морской рыбе, среди растений - в пшеничных отрубях, семенах подсолнуха, орехах. Особенно много магния в хлорофилле зеленых овощей. Лица, проживающие в регионах с жесткой водой, получают магний в достаточных количествах.

Минеральные вещества – макроэлементы калия

Калий (К). Суточная потребность - 3000- 5000 мг.

Как минеральное вещество макроэлемент калий является антагонистом натрия. Это основной внутриклеточный химический элемент, необходимый для функционирования любой живой клетки. Калий, наряду с натрием, хлоридом и бикарбонатом, ответствен за кислотно-щелочное равновесие и осмотическое давление в организме. Эти вещества и макроэлементы поддерживают нормальное функционирование клеточных стенок, способствуют здоровой коже, выведению из организма жидкости, лучшему снабжению мозга кислородом, стимулируют почки к выведению метаболических шлаков, облегчают аллергические проявления, необходимы для мышечных сокращений, участвуют в проведении нервных импульсов. Калий крайне важен для нормального функционирования сердечно-сосудистой системы, регулирует ритм сердца, предотвращает Риск инсультов и некоторые формы депрессии, усталость, нервозность.

При физических и эмоциональных нагрузках отмечается дефицит калия. Значительные потери калия возникают при сахарном диабете, при диареях, при использовании для лечения гипертонии мочегонных препаратов.

Среди животных продуктов калий в значительных количествах присутствует в молоке, мясе, рыбе, куриных грудках и филе; среди растительных - в авокадо, абрикосе, петрушке, бананах, томатном соке, цитрусовых и семенах подсолнечника, миндальных и других орехах.

Макроэлемент фосфор в продуктах питания

Фосфор (Р). Суточная потребность - 1200-1600 мг.

Фосфор связан с обменом кальция, играет важную роль в деятельности головного мозга, мышц, костей, входит в состав ряда ферментов, в структуры ДНК и РНК, кумулируется в макроэргических соединениях (АДФ и АТФ). Недостаток фосфора отрицательно сказывается на функциях центральной нервной системы (при дефиците развивается слабость, утомляемость), мышечной системы (боли, слабость), печени (снижение функции), костной ткани (остеопороз). Без макроэлемента фосфора в питании не усваивается никотиновая кислота. Он усиленно расходуется при нервных заболеваниях и стрессах.

Наибольшее содержание макроэлемента фосфора в продуктах приходится на рыбу, молочные и мясопродукты, среди растительных продуктов - на фасоль и горох. Оптимальное соотношение поступления в организм кальция и фосфора 1:1,5.

Функции макроэлемента сера

Сера (S). Суточная потребность - 850 мг.

Содержится во всех тканях. Наибольшее количество - в коже, мышцах, волосах и суставах. Функции макроэлемента сера в том, что она входит в состав аминокислот (цистеина, цистина, метионина, таурина), в состав некоторых витаминов группы В, инсулина и коллагена. Повышает устойчивость к радиации, токсинам, способствует восстановлению ДНК. Среди животных продуктов сера в значительных количествах присутствует в молоке, мясе.

Неорганические макроэлементы хлора

Хлор (С1). Суточная потребность - 5000 мг.

Неорганические макроэлементы хлора входят в состав желудочного сока, вместе с калием и натрием поддерживают водный баланс, нормальные функции мышц и нервной системы. При нехватке хлора возникает диарея, ослабление мышечного тонуса, рвота. Тем, кто пьет хлорированную воду, необходимо употреблять кисломолочные продукты, а также витамин Е. Источники хлора -поваренная соль, морепродукты.

Характеристика макроэлементов натрия

Натрий (Nа). Суточная потребность - 4000-6000 мг.

Что такое макроэлементы, наверняка каждый приблизительно себе представляет. Это - биологически значимые вещества, необходимые живому организму. Они полезны и важны. Да, в человеческом организме их не очень много (более 0,01 %), но их значимость даже в таком количестве неоценима. Итак, что же это за вещества, откуда они берутся в организме и какую роль играют?

Происхождение и перечень

Итак, что такое макроэлементы? Это - вещества, слагающие основу плоти живых организмов. Человеческий организм не способен самостоятельно их синтезировать, поэтому они обязательно должны поступить из чистой воды и продуктов питания. Недостача хотя бы одного элемента чревата физиологическими нарушениями и болезнями.

Макроэлементы делятся на:

Биогенные. Их еще называют органогенными элементами, или макронутриентами. Именно они участвуют в построении углеводов, жиров, белков, гормонов, витаминов и ферментов. К ним относится сера, фосфор, кислород, азот, водород и углерод.
Другие. К ним относится калий, кальций, магний, натрий и хлор.

Рекомендуемая суточная доза потребления составляет более 200 мг. Чтобы поддерживать баланс макроэлементов, необходимо тщательно следить за своим питанием и планировать рацион. Очень важно, чтобы организм получал все, что ему необходимо.

Кислород

Итак, что такое макроэлемент, ясно. Теперь стоит вкратце рассказать о каждом из них в отдельности. Кислород в особом представлении не нуждается, ведь из него состоит 65 % клеточной массы.

Этот макроэлемент в составе любого организма играет важнейшую роль. Ведь кислород является универсальным химическим окислителем. Без него невозможен синтез аденозинтрифосфата, являющегося основным источником энергии для всех биологических процессов.

Именно благодаря кислороду организм извлекает энергию из жиров, белков, углеводов и прочих органических веществ. Интересно, что в спокойном состоянии потребляется порядка 2 грамм данного макроэлемента в минуту. То есть порядка тонны в год.

Углерод

Рассказывая о том, что такое макроэлементы, нельзя не уделить особое внимание этому веществу. Он в объеме 18 % входит в состав клеточной массы.

В организм человека попадает с пищей, в сутки примерно 300 г, а также с углекислым газом, который содержится в воздухе (около 3,7 г).

Интересно, что это вещество даже в чистом виде безопасно для человека. Активированный уголь, например, является почти 100-процентным углеродом. И мощным абсорбирующим средством, к слову.

Но не нужно стремиться пополнить свой углеродный баланс, каждый день выпивая по несколько таблеток угля. Дефицита данного вещества ни у кого вообще не наблюдается, так как оно входит в состав всех пищевых продуктов и воздуха.

Водород

Он на 10 % составляет клеточную массу организма. Это также очень важный элемент. Макроэлемент водород структурирует биологическое пространство и органические молекулы.

Он взаимодействует со многими элементами, и проявляет как восстановительные, так и окислительные свойства. В организме человека с другими веществами образует сульфгидрильные и аминокислотные группы, задействованные в функционировании биологических молекул. Именно за счет водородных связей происходит копирование молекулы ДНК.

И конечно же, нельзя не упомянуть, что входящий в список макроэлементов водород образует воду. Это происходит вследствие его реакции с кислородом. А именно из воды на 60-70 % состоит человек.

Многие забывают поддерживать жидкостный баланс в своем организме. А ведь это очень просто - достаточно выпивать 1,5-2,5 литра воды в день.

Азот

Данное вещество также относится к макроэлементам. Оно составляет 3 % от клеточной массы. Это органоген, который входит в состав аминокислот, образующих белки. Также он присутствует в нуклеотидах - строительном материале гемоглобина, гормонов, ДНК, нейромедиаторов, витаминов и прочих веществ.

Из-за нехватки азота может возникнуть мышечная дистрофия, иммунодефицит, нарушение обмена веществ, задержка физического и умственного развития, депрессия и гиподинамия.

Основной источник этого макроэлемента, роль которого действительно важна - белковая пища. Яйца, рыба, мясо, кисломолочные продукты, бобовые культуры, орехи, цельнозерновой хлеб и растительное масло.

Кальций

К макроэлементам относится и это вещество, входящее в организм в количестве 2 %. Вот какую роль он играет:

Участвует в процессе сокращений мышечных тканей, действует на сердце, координирует сердцебиение.
Выполняет функции строительного материала при создании костей и зубов.
Участвует в передаче нервных импульсов в ЦНС, активизирует действие ферментов, которые задействованы в синтезе нейромедиаторов.
Регулирует кровяное давление вместе с натрием и магнием.
Усиливает действие витамина К, который влияет на свертываемость крови.
Воздействует на проницаемость клеточных мембран, участвует в транспортировке питательных веществ.
Укрепляет иммунную систему.

Недостаток вещества приводит к идиопатической гиперкальциурии, нефролитиазу, нарушению кишечной абсорбции, гипертензии и т. д. Пополнить баланс можно, пропив курс кальция. Или просто добавить в свой рацион сливки, молоко, творог, сыр, шпинат, петрушку, фасоль, брокколи, соевый творог, яблоки, урюк, курагу, рыбу, сладкий миндаль.

Фосфор

У этого макроэлемента значение свое. Его роль следующая:

Он входит в состав фосфорпротеинов и фосфорлипидов, которые находятся в структуре мембран. Также он есть в нуклеиновых кислотах, участвующих в процессе деления клеток, а еще в хранении и применении генетической информации.
Преобразовывает белки, углеводы и жиры в энергию. Фосфор есть в молекулах аденозинтрифосфата - ее аккумулятора.
Участвует в метаболизме и в передаче нервных импульсов.
Активирует витамины групп D и В.

Из-за недостатка фосфора наблюдаются боли в костях и мышцах, истощение, слабость иммунитета, изменения миокарда, геморрагические высыпания, пародонтоз, рахит. Источникам этого вещества являются сыры, молоко, говяжья печень, икра осетровых, овсяная крупа, семечки, грецкие орехи, тыква, морковь, чеснок, шпинат и капуста.

Калий

Этот элемент к макроэлементам относится тоже. Его в организме всего 0,35 %, но он выполняет следующие важные функции:

Поддерживает оптимальное внутриклеточное давление, участвуя в натриево-калиевом балансе.
Обеспечивает правильное сокращение мышечных волокон.
Поддерживает внутри клеток жидкостный состав.
Катализирует органические реакции.
Позитивно влияет на функциональность почек, избавляет от зашлакованности и отечности.

Из-за нехватки калия наблюдаются нарушения в сердечном ритме, тремор, раздражительность, координационные нарушения, мышечная слабость, сонливость и утомляемость.

Содержится в следующих продуктах: курага, фасоль, морская капуста, горох, чернослив, миндаль, изюм, грецкие и кедровые орехи, кешью, картофель, горчица, чечевица.

Сера

Вот в чем заключается польза данного макроэлемента, входящего в организм в количестве 0,25 %:

Это вещество, играющее важную роль в строении нервной, костной и хрящевой ткани, клеток, ногтей, кожи и волос.
Она принимает участие в обмене веществ.
Является составляющей ряда витаминов, аминокислот, гормонов и ферментов.
Стабилизирует работу нервной системы.
Нормализует сахарный баланс.
Имеет противоаллергическое свойство.
Повышает иммунитет.

И это лишь малый перечень. О недостатке серы в организме свидетельствует ломкость ногтей, тусклость волос, аллергии, частые запоры, боли в суставах и мышцах, тахикардия, шелушение кожи.

Сера входит в состав нежирной говядины и свинины, рыбы, птицы, яиц, твердых сыров, морепродуктов, моллюсков, бобовых и злаковых, круп, хрена, горчицы, а также фруктов и ягод зеленых сортов.

Натрий

Этот макроэлемент содержится в количестве 0,15 %. Выполняет следующие функции:

Регуляция водного баланса.
Нормализация осмотического давления.
Поддержание кислотно-щелочного баланса.
Транспортировка веществ через клеточную мембрану.
Нормализация обмена веществ.
Переваривание пищи (входит в состав желудочного сока).

Дефицит натрия является редкостью, так как он поступает в наш организм вместе с солью - как поваренной, так и той, которая есть в обычных продуктах. Его источники - копченые и вареные колбасы, твердые сыры, овощные супы, квашеная капуста, шпроты, консервы из тунца, мидии, раки, крабы.

Хлор

Содержится в таком же количестве, что и натрий - 0,15 %. Он незаменим в водно-солевом обмене и кислотно-щелочном балансе. К тому же хлор участвует в осморегуляции - процессах, позволяющих выводить из организма ненужную жидкость и соли. А еще он стимулирует возникновение желудочного сока, предохраняет от обезвоживания и нормализует состояние эритроцитов.

Основные источники хлора - пищевая соль, ржаной и белый хлеб, твердый сыр, сливочное масло, говяжий язык, свиные почки, сельдь, минтай, хек, сайра, мойва, устрицы, 9-процентный творог, оливки, рис, кефир.

Магний

Данного макроэлемента в организме меньше всего - 0,05 %. Но он участвует более чем в 300 различных ферментативных реакциях. Также без него не обходится выработка белка. А еще магний делает более устойчивой структуру клетки в процессе роста. Помимо этого, он позитивно влияет на рост костей, сердечный ритм, АД, уровень сахара в крови, и служит эффективным средством против суставных и мышечных болей.

Источник магния - крупы, злаковые, белокочанная капуста, горох, соевая мука, лимоны, грейпфруты, абрикосы, бананы, фиги, яблоки, креветки, треска, скумбрия.

Как можно видеть, все перечисленные макроэлементы играют важнейшую роль в человеческом организме. Поэтому имеет смысл сбалансировать свой рацион так, чтобы все они поступали в полном объеме.

Но если в натуральных продуктах их соотношение сбалансировано, то в фармацевтических витаминных комплексах баланс часто нарушен. Ниже вы узнаете, какие функции выполняют макро- и микроэлементы, и каково их значение для организма.

Какие функции выполняют макро- и микроэлементы в организме?

Существенное влияние на усвоение витаминов в организме человека оказывают минеральные вещества – макроэлементы и микроэлементы.

Макроэлементы - это элементы, количества которых имеются в клетке в значительных концентрациях (целые и десятые доли процентов). К макроэлементам относят: водород, кислород, азот и углерод, кальций, серу, фосфор, натрий, калий, хлор, магний.

Микроэлементы содержатся в клетке в низких концентрациях (сотые и тысячные доли процента и ниже). Всего в клетке насчитывается более 30 микроэлементов. В их числе - алюминий, железо, медь, марганец, цинк, кобальт, стронций, йод, селен, бром, фтор, бор, мышьяк и др.

Функции макро- и микроэлементов очень многообразны. Они влияют на стабильность коллоидных соединений, активность ферментов, осмотическое давление жидкостей организма и на ряд других физиологических процессов.

Ниже перечислены главные функции макро- и микроэлементов в человеческом организме.

Водород, кислород, азот и углерод - это основные химические элементы, из которых построены белки, жиры, углеводы.

Ионы водорода определяют кислотность среды биологических растворов.

Кальций, фосфор и магний являются важным строительным материалом для костной ткани.

Кальций также необходим для мышечного сокращения, передачи нервного импульса через синапсы. Он является одним из факторов свертывающей системы крови.

Сера входит в состав аминокислот и ряда биологически активных веществ.

Йод играет важную роль в гуморальной регуляции функций организма, так как входит в состав гормонов щитовидной железы.

Железо входит в состав гемоглобина (обеспечивает реализацию его транспортной функции).

Железо, цинк и кобальт содержатся в некоторых ферментах и витаминах.

С ионами натрия, калия, хлора связано возникновение и проведение нервных импульсов в нервной системе.

Калий особенно необходим для нормальной работы сердечной мышцы.

Хлор также входит в состав соляной кислоты желудочного сока.

Фтор входит в состав эмали зубов.

Зная о функциях макро- и микроэлементов в организме человека, помните, что в любой пище имеется тесная взаимосвязь между витаминами и минеральными веществами. В натуральных продуктах баланс между и минералами соблюдается самой природой. А вот вопрос о том, как взаимосвязаны свойства витаминов, макро- и микроэлементов в синтетических витаминных комплексах, наукой еще недостаточно изучен. Некоторые специалисты, например, настаивают на том, что витаминные комплексы не должны содержать минеральные вещества и микроэлементы, поскольку они ухудшают усвоение и всасывание витаминов. Но, с другой стороны, недостаток или избыток макро- и микроэлементов приводит к серьезным нарушениям обменных процессов в организме, в том числе обмена витаминов. В общем, учитывая функции в организме микро- и макроэлементов, дебаты на тему «Витамины и минералы - враги или друзья?» продолжаются.

Минеральные вещества

1. Роль минеральных элементов в организме человека 1

2. Макроэлементы, их характеристика

3. Микроэлементы, их характеристика

4. Влияние технологической обработки

на минеральный состав пищевых продуктов

5. Методы определения минеральных веществ

Роль минеральных элементов в организме человека

Многие элементы в виде минеральных солей, ионов, комплексных соединений и органических веществ входят в состав живой материи и являются незаменимыми нутриентами, которые должны ежедневно потребляться с пищей. Содержание минеральных веществ в основных продуктах питания приведено в табл. 5.1.

В соответствии с рекомендацией диетологической комиссии Национальной академии США ежедневное поступление химических элементов с пищей должно находиться на определенном уровне (табл. 5.2). Столько же химических элементов должно ежесуточно выводиться из организма, поскольку их содержание в нем находится в относительном постоянстве.

Роль минеральных веществ в организме человека чрезвычайно разнообразна, несмотря на то, что они не являются обязательным компонентом питания. Минеральные вещества содержатся в протоплазме и биологических жидкостях, играют основную роль в обеспечении постоянства осмотического давления, что является необходимым условием для нормальной жизнедеятельности клеток и тканей. Они входят в состав сложных органических соединений (например, гемоглобина, гормонов, ферментов), являются пластическим материалом для построения костной и зубной ткани. В виде ионов минеральные вещества участвуют в передаче нервных импульсов, обеспечивают свертывание крови и другие физиологические процессы организма.

В зависимости от количества минеральных веществ в организме человека и пищевых продуктах их подразделяют на макро - и микроэлементы. Так, если массовая доля элемента в организме превышает 10 -2 %, то его следует считать макроэлементом. Доля микроэлементов в организме составляет 10 -3 -10 -5 %. Если содержание элемента ниже 10 -5 %, его считают ультрамикроэлементом. К макроэлементам относят калий, натрий, кальций, магний, фосфор, хлор и серу. Они содержатся в количествах, измеряемых сотнями и десятками миллиграммов на 100 г тканей или пищевого продукта. Микроэлементы входят в состав тканей организма в концентрациях, выражаемых десятыми, сотыми и тысячными долями миллиграмма и являются необходимыми для его нормальной жизнедеятельности. Микроэлементы условно делят на две группы: абсолютно или жизненно необходимые (кобальт, железо, медь, цинк, марганец, иод, бром, фтор) и так называемые вероятно необходимые (алюминий, стронций, молибден, селен, никель, ванадий и некоторые другие). Микроэлементы называют жизненно необходимыми, если при их отсутствии или недостатке нарушается нормальная жизнедеятельность организма.

Распределение микроэлементов в организме зависит от их химических свойств и очень разнообразно. Железо, например, является составной частью гемоглобина, миоглобина и других дыхательных пигментов, то есть веществ, участвующих в поглощении и транспорте кислорода во все ткани организма; атомы меди входят в активный центр ряда ферментов и т.д.

Действие микроэлементов может быть и опосредованным - через влияние на интенсивность или характер обмена веществ. Так, некоторые микроэлементы (например, марганец, цинк, иод) влияют на рост, и их недостаточное поступление в организм с пищей тормозит нормальное физическое развитие ребенка. Другие микроэлементы (например, молибден, медь, марганец) принимают участие в репродуктивной функции, и их недостаток в организме отрицательно влияет на эту сторону жизнедеятельности человека.

К наиболее дефицитным минеральным веществам в питании современного человека относятся кальций и железо, к избыточным - натрий и фосфор.

Недостаток или избыток в питании каких-либо минеральных веществ вызывает нарушение обмена белков, жиров, углеводов, витаминов, что приводит к развитию ряда заболеваний. Ниже приведены характерные (типичные) симптомы при дефиците различных химических элементов в организме человека: Наиболее распространенным следствием несоответствия в рационе количества кальция и фосфора является кариес зубов, разрежение костной ткани. При недостатке фтора в питьевой воде разрушается зубная эмаль, дефицит йода в пище и воде приводит к заболеваниям щитовидной железы. Таким образом, минеральные вещества очень важны для устранения и профилактики ряда заболеваний.

Перечислим причины нарушения обмена минеральных веществ, которые могут иметь место даже при их достаточном количестве в пище:

а) несбалансированное питание (недостаточное или избыточное количество белков, жиров, углеводов, витаминов и др.);

б) применение методов кулинарной обработки пищевых продуктов, обуславливающих потери минеральных веществ, например, при размораживании (в горячей воде) мяса, рыбы, или при удалении отваров овощей и фруктов, куда переходят растворимые соли;

в) отсутствие своевременной коррекции состава рационов при изменении потребности организма в минеральных веществах, связанной с физиологическими причинами. Так, например, у людей, работающих в условиях повышенной температуры внешней среды, увеличивается потребность в калии, натрии, хлоре и других минеральных веществах в связи стем, что большая их часть выводится из организма с потом;

г) нарушение процесса всасывания минеральных веществ в желудочно-кишечном тракте или повышение потерь жидкости (например, кровопотери).

Макроэлементы, их характеристика

Кальций. Это основной структурный компонент костей и зубов; входит в состав ядер клеток, клеточных и тканевых жидкостей, необходим для свертывания крови. Кальций образует соединения с белками, фосфолипидами, органическими кислотами; участвует в регуляции проницаемости клеточных мембран, в процессах передачи нервных импульсов, в молекулярном механизме мышечных сокращений, контролирует активность ряда ферментов. Таким образом, кальций выполняет не только пластические функции, но и влияет на многие биохимические и физиологические процессы в организме.

Кальций относится к трудноусвояемым элементам. Поступающие в организм человека с пищей соединения кальция практически не растворимы в воде. Щелочная среда тонкого кишечника способствует образованию трудноусвояемых соединений кальция, и лишь воздействие желчных кислот обеспечивает его всасывание.

Ассимиляция кальция тканями зависит не только от содержания его в продуктах, но и от соотношения его с другими компонентами пищи и, в первую очередь, с жирами, магнием, фосфором, белками. При избытке жиров возникает конкуренция за желчные кислоты и значительная часть кальция выводится из организма через толстый кишечник. На всасывание кальция отрицательно сказывается избыток магния; рекомендуемое соотношение этих элементов составляет 1: 0,5. Если количество фосфора превышает уровень кальция в пище более чем в 2 раза, то образуются растворимые соли, которые извлекаются кровью из костной ткани. Кальций поступает в стенки кровеносных сосудов, что обуславливает их ломкость, а также в ткани почек, что может способствовать возникновению почечно-каменной болезни.Для взрослых рекомендовано соотношение кальция и фосфора в пище 1:1,5. Трудность соблюдения такого соотношения обусловлена тем, что большинство широко потребляемых продуктов значительно богаче фосфором, чем кальцием. Отрицательное влияние на усвоение кальция оказывает фитин и щавелевая кислота, содержащиеся в ряде растительных продуктов. Эти соединения образуют с кальцием нерастворимые соли.

Суточная потребность в кальции взрослого человека составляет 800 мг, а у детей и подростков - 1000 мг и более.

При недостаточном потреблении кальция или при нарушении всасывания его в организме (при недостатке витамина D) развивается состояние кальциевого дефицита. Наблюдается повышенное выведение его из костей и зубов. У взрослых развивается остеопороз - деминерализация костной ткани, у детей нарушается становление скелета, развивается рахит.

Лучшими источниками кальция являются молоко и молочные продукты, различные сыры и творог (100-1000 мг/100 г продукта), зеленый лук, петрушка, фасоль. Значительно меньше кальция содержится в яйцах, мясе, рыбе, овощах, фруктах, ягодах (20-40 мг/100 г продукта).

Магний. Этот элемент необходим для активности ряда ключевых ферментов, обеспечивающих метаболизм организма. Магний участвует в поддержании нормальной функции нервной системы и мышцы сердца; оказывает сосудорасширяющее действие; стимулирует желчеотделение; повышает двигательную активность кишечника, что способствует выведению шлаков из организма (в том числе холестерина).

Усвоению магния мешают наличие фитина и избыток жиров и кальция в пище. Ежедневная потребность в магнии точно не определена; считают, однако, что доза 200-300 мг/сут предотвращает проявление недостаточности (предполагается, что всасывается около 30% магния).

При недостатке магния нарушается усвоение пищи, задерживается рост, в стенках сосудов откладывается кальций, развивается ряд других патологических явлений. У человека недостаток ионов магния, обусловленный характером питания, крайне маловероятен. Однако большие потери этого элемента могут происходить при диарее; последствия их сказываются, если в организм вводятся жидкости, не содержащие магний. Когда концентрация магния в сыворотке снижается примерно до 0,1 ммоль/л, может возникать синдром, напоминающий белую горячку: у человека наступает полукоматозное состояние, наблюдается мышечная дрожь, спазмы мышц в области запястья и стопы, повышение нервно-мышечной возбудимости в ответ на звуковые, механические и зрительные раздражители. Введение магния вызывает быстрое улучшение состояния.

Магнием богаты в основном растительные продукты. Большое количество его содержат пшеничные отруби, различные крупы (40 - 200 мг/100 г продукта), бобовые, урюк, курага, чернослив. Мало магния в молочных продуктах, мясе, рыбе, макаронных изделиях, большинстве овощей и фруктов (20 - 40 мг/100 г).

Калий . Около 90% калия находится внутри клеток. Он вместе с другими солями обеспечивает осмотическое давление; участвует в передаче нервных импульсов; регуляции водно-солевого обмена; способствует выведению воды, а, следовательно, и шлаков из организма; поддерживает кислотно-щелочное равновесие внутренней среды организма; участвует в регуляции деятельности сердца и других органов; необходим для функционирования ряда ферментов.

Калий хорошо всасывается из кишечника, а его избыток быстро удаляется из организма с мочой. Суточная потребность в калии взрослого человека составляет 2000-4000 мг. Она увеличивается при обильном потоотделении, при употреблении мочегонных средств, заболеваниях сердца и печени. Калий не является дефицитным нутриентом в питании, и при разнообразном питании недостаточность калия не возникает. Дефицит калия в организме появляется при нарушении функции нервно-мышечной и сердечно-сосудистой систем, сонливости, снижении артериального давления, нарушении ритма сердечной деятельности. В таких случаях назначается калиевая диета.

Большая часть калия поступает в организм с растительными продуктами. Богатыми источниками его являются урюк, чернослив, изюм, шпинат, морская капуста, фасоль, горох, картофель, другие овощи и плоды (100 - 600 мг/100 г продукта). Меньше калия содержится в сметане, рисе, хлебе из муки высшего сорта (100 - 200 мг/100 г).

Натрий. Натрий содержится во всех тканях и биологических жидкостях организма. Он участвует в поддержании осмотического давления в тканевых жидкостях и крови; в передаче нервных импульсов; регуляции кислотно-щелочного равновесия, водно-солевого обмена; повышает активность пищеварительных ферментов.

Метаболизм натрия всесторонне изучен благодаря его физиологическим свойствам и важности для организма. Этот нутриент легко всасывается из кишечника. Ионы натрия вызывают набухание коллоидов тканей, что обуславливает задержку воды в организме и противодействует ее выделению. Общее количество натрия во внеклеточной жидкости, таким образом, определяет объем этих жидкостей. Возрастание концентрации натрия в плазме приводит к ощущению жажды. В жарком климате и при тяжелой физической работе происходит существенная потеря натрия с потом и необходимо введение в организм соли для восполнения утраченного количества.

В основном ионы натрия поступают в организм за счет поваренной соли - NaCl. При избыточном потреблении хлористого натрия ухудшается удаление растворимых в воде конечных продуктов обмена веществ через почки, кожу и другие выделительные органы. Задержка воды в организме осложняет деятельность сердечно-сосудистой системы, способствует повышению кровяного давления . Поэтому потребление соли при соответствующих заболеваниях в пищевом рационе ограничивают. Вместе с тем при работе в горячих цехах или жарком климате увеличивают количество натрия (в виде поваренной соли), вводимого извне, чтобы компенсировать его потерю с потом и уменьшить потоотделение, отягощающее функцию сердца.

Натрий естественно присутствует во всех пищевых продуктах. Способ получения пищевых продуктов в значительной мере определяет конечное содержание в нем натрия. Например, замороженный зеленый горошек содержит гораздо больше натрия, чем свежий. Свежие овощи и фрукты содержат его от менее чем 10 мг/кг до 1 г/кг, в отличие от круп и сыра, которые могут содержать натрий в количестве 10 - 20 г/кг.

Оценка среднесуточного поступления натрия с пищей затруднена, поскольку его концентрация в пище широко варьируется и, кроме того, люди привыкли подсаливать пищу. Взрослый человек ежедневно потребляет до 15 г поваренной соли и столько же выделяет ее из организма. Это количество значительно превышает физиологически необходимое и определяется, прежде всего, вкусовыми качествами хлористого натрия, привычкой к соленой пище. Содержание поваренной соли в пище человека можно без ущерба для здоровья снизить до 5 г в сутки. На выделение хлористого натрия из организма, а, следовательно, и на потребность в нем, влияет количество солей калия, получаемое организмом. Растительная пища, особенно картофель, богата калием и усиливает выделение с мочой хлористого натрия, а, следовательно, и повышает потребность в нем.

Фосфор. Фосфор входит в состав всех тканей организма, особенно мышц и мозга. Этот элемент принимает участие во всех процессах жизнедеятельности организма: синтезе и расщеплении веществ в клетках; регуляции обмена веществ; входит в состав нуклеиновых кислот и ряда ферментов; необходим для образования АТФ.

В тканях организма и пищевых продуктах фосфор содержится в виде фосфорной кислоты и ее органических соединений (фосфатов). Основная его масса находится в костной ткани в виде фосфорнокислого кальция, остальной фосфор входит в состав мягких тканей и жидкостей. В мышцах происходит наиболее интенсивный обмен соединений фосфора. Фосфорная кислота участвует в построении молекул многих ферментов, нуклеиновых кислот и т. д.

При длительном дефиците фосфора в питании организм использует собственный фосфор из костной ткани. Это приводит к деминерализации костей и нарушению их структуры - разрежению. При обеднении организма фосфором снижается умственная и физическая работоспособность, отмечается потеря аппетита, апатия.

Суточная потребность в фосфоре для взрослых составляет 1200 мг. Она возрастает при больших физических или умственных нагрузках, при некоторых заболеваниях.

Большое количество фосфора содержится в продуктах животного происхождения, особенно в печени, икре, а также в зерновых и бобовых. Его содержание в этих продуктах составляет от 100 до 500 мг в 100 г продукта. Богатым источником фосфора являются крупы (овсяная, перловая), в них содержится 300-350 мг фосфора/100 г. Однако из растительных продуктов соединения фосфора усваиваются хуже, чем при потреблении пищи животного происхождения.

Сера. Значение этого элемента в питании определяется, в первую очередь, тем, что он входит в состав белков в виде серосодержащих аминокислот (метионина и цистина), а также является составной частью некоторых гормонов и витаминов.

Как компонент серосодержащих аминокислот сера участвует в процессах белкового обмена, причем потребность в ней резко возрастает в период беременности и роста организма, сопровождающихся активным включением белков в образующиеся ткани, а также при воспалительных процессах. Серосодержащие аминокислоты, особенно в сочетании с витаминами С и Е, оказывают выраженное антиоксидантное действие. Наряду с цинком и кремнием сера определяет функциональное состояние волос и кожи.

Хлор. Этот элемент участвует в образовании желудочного сока, формировании плазмы, активирует ряд ферментов. Этот нутриент легко всасывается из кишечника в кровь. Интересна способность хлора отлагаться в коже, задерживаться в организме при избыточном поступлении, выделяться с потом в значительных количествах. Выделение хлора из организма происходит главным образом с мочой (90%) и потом.

Нарушения в обмене хлора ведут к развитию отеков, недостаточной секреции желудочного сока и др. Резкое уменьшение содержания хлора в организме может привести к тяжелому состоянию, вплоть до смертельного исхода. Повышение его концентрации в крови наступает при обезвоживании организма, а также при нарушении выделительной функции почек.

Суточная потребность в хлоре составляет примерно 5000 мг. Хлор поступает в организм человека в основном в виде хлористого натрия при добавлении его в пищу.

IV. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ВЫПУСКНИКОВ ПРОГРАММ БАКАЛАВРИАТА ПО НАПРАВЛЕНИЮ ПОДГОТОВКИ 05.03.06 ЭКОЛОГИЯ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ