Как уже отмечалось, присоединение фосфатной группы к какому-либо веществу сообщает ему повышенную реакционную способность в биохимических превращениях. Следовательно, нуклеотиды, и особенно нуклеотидтрифосфаты, принадлежат к числу наиболее реакционноспособных веществ, основных источников химической энергии. В нашей книге часто будет упоминаться именно аденозинтрифосфат, хорошо известный под сокращенным названием АТФ

8.2. Состав и свойства нуклеиновых кислот

Установлено, что нуклеиновые кислоты являются высокоорганизованными и хорошо упорядоченными соединениями. Каждое нуклеотидное звено рибонуклеиновой кислоты построено следующим образом:

Здесь 1-й углеродный атом связан с основанием, а 3-й углеродный атом сахара – с фосфатом. При объединении нуклеотидов в цепочку образует- ся связь между фосфатом и 5-м углеродным атомом сахара второго нуклео-тида

|

СН₂ О Основание

О ОН

|

p

О

Основная цепь РНК, таким образом, построена из чередующихся остатков сахара и фосфата и может быть изображена схемой

основание основание

сахар – фосфат – сахар – фосфат …

Следовательно, в молекулах РНК меняется только порядок чередования четырех разных оснований вдоль цепи. Хотя этих оснований всего четыре, количество возможных перестановок в цепи, состоящей из сотен нуклеотидных звеньев, велико.

Все-таки, несмотря на большое число остроумнейших методов, предложенных для анализа строения нуклеиновых кислот, несмотря на огромный интерес, проявляемый к РНК и ДНК в связи с той чрезвычайно важной ролью, которую они играют в процессах передачи наследственной информации и биосинтеза белка, мы еще многого не знаем о расположении нуклеотидов в их макромолекулах.

Структура повторяющегося звена ДНК аналогична РНК с той лишь разницей, что вместо рибозы в состав этой нуклеиновой кислоты входит дезоксирибоза. Установлено, что ДНК построена в виде α-спирали, молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных одна вокруг другой и вокруг некоей общей для обеих цепей оси. Эти цепи удерживаются вместе непрочными водородными связями между азотистыми основаниями, причем каждое основание одной цепи специфично присоединено к «партнеру» другой цепи: аденин (А) соединяется только с тимином (Т), а гуанин (Г) – с цитозином (Ц). Построение моделей ДНК показало, что прочное связывание двух разных цепей между собой, подобное шиповидному соединению досок, возможно лишь в том случае, если обе цепи идут в противоположных направлениях одна относительно другой.

Несмотря на известные ограничения, которые создаются обязательным попарным соединением оснований в молекулах нуклеиновых кислот, количество возможных изомеров выражается астрономическими цифрами.

9. Минеральные вещества

Минеральные вещества в пищевых продуктах составляют (2…5) % от массы сухих веществ. Качественный состав и содержание минеральных веществ в пищевых системах колеблется в широких пределах.

Содержание минеральных веществ определяют, сжигая навеску материала при температуре 650…850 °C. Массу золы, выраженную в процентах к исходной массе материала, называют зольностью материала. Минеральные вещества в состав золы за редким исключением входят в виде окислов.

Исходя из количественного содержания минеральных элементов в тканях животных или растения, принято делить на следующие группы:

– макроэлементы объединяют элементы, содержание которых колеблется от десятков до сотых долей процента (10¹…10^–2) %, это элементы: Cl, Р, К, Mg, Na, Fe, S, Al, Si, Ca;

– микроэлементы объединяют элементы, содержание которых колеблется от тысячных до стотысячных долей процента (10^–3…10^–5) %, это Mn, B, Sr, Cu, Zn, Ba, Ti, Li, I, Br, Mo, Co и др.;

– ультрамикроэлементы объединяют элементы, содержание которых исчисляется миллионными долями процента (10^–6…10^–8) % и меньше, это Cs, Se, Cd, Hg, Ag, Au, Ra.

К минеральным веществам относятся вода и различные соли, которые, находясь в растворимом состоянии, часто диссоциируют. Часто минеральные вещества входят в состав сложных органических веществ. Так, железо включено в состав гемоглобина; магний, марганец, медь, кобальт и другие металлы – в состав многих ферментов и т.д.

Животный организм очень чувствителен к недостатку, а тем более к отсутствию тех или иных минеральных веществ в пище.

Минеральные вещества играют большую роль в пластических процессах, в формировании и построении тканей организма, особенно костей скелета. Они очень важны для поддержания кислотно-щелочного баланса в организме, создания физиологической концентрации водородных ионов в тканях, клетках, межтканевых и межклеточных жидкостях и придания им свойств, необходимых для нормального течения процессов обмена веществ и энергии, в том числе водно-солевого обмена. Большое значение имеют минеральные вещества для образования и формирования белка. Общеизвестно значение минеральных веществ для деятельности эндокринных желез (например, йода для щитовидной железы), а также их роль в ферментных процессах.

Минеральные вещества участвуют в нейтрализации кислот и служат для предотвращения «закисления» организма, т. е. развития так называемого ацидоза, резко нарушающего нормальное течение реакций обмена веществ и приводящего к развитию ряда патологических расстройств.

В золе пшеницы и ржи преобладают фосфор, калий и магний. На фосфор приходится около половины всей золы, на калий – около 1/3 и на магний – 12…13 %. В пленчатых культурах резко возрастает доля кремния в результате его высокого содержания в лузге. В семенах бобовых содержание фосфора меньше, чем в злаковых, а доля железа возрастает примерно вдвое.

Химический состав золы масличных семян заметно различается. Зола подсолнечника богата не только фосфором, но и калием, магнием, кальцием. Зола семян сои содержит повышенное количество калия и т. д.

9.1. Макроэлементы

Минеральные вещества входят в состав всех тканей организма человека и постоянно расходуются в процессе жизнедеятельности.

Хлор – жизненно важный элемент, участвующий в образовании желудочного сока, формировании плазмы, активизирует ряд ферментов.

Среди разнообразных минеральных солей, которые человек получает с пищей, значительное место занимает поваренная соль. Пресная пища, даже самая разнообразная, быстро приедается и вызывает отвращение. Поваренная соль необходима для поддержания нормального количества жидкости в крови и тканях, она влияет на мочевыведение, деятельность нервной системы, кровообращение, участвует в образовании соляной кислоты в железах желудка.

Всего в организме человека содержится около 300 г соли. В среднем человеку за день следует употреблять до 12 г соли. Несмотря на то, что хлор поступает в организм человека, в основном, в виде хлорида натрия, пути обмена хлора и натрия неодинаковы. Хлор способен отлагаться в коже, задерживаться в организме при избыточном поступлении, выделяться с потом в значительном количестве.

Нарушения обмена хлора ведет к таким патологическим состояниям, как развитие отеков, недостаточная секреция желудочного сока и др. Резкое уменьшение содержания хлора в организме может привести к тяжелому состоянию, вплоть до смертельного исхода. Повышенное содержание хлора в крови наступает при обезвоживании организма, а также при нарушении работы почек.

Фосфор. Разнообразные фосфорорганические соединения, встречающиеся в тканях животных и растений, характеризуются одной общей чертой – все они содержат фосфор только в окисленной форме. Роль фосфора в обмене веществ определяется в первую очередь тем, что он входит в состав нуклеопротеидов. Важнейшую роль играет фосфорная кислота в процессе дыхания и фотосинтеза, поскольку она участвует в построении образующегося при дыхании и фотосинтезе аденозинтрифосфата (АТР), являющегося источником энергии для различных процессов обмена веществ. Фосфор участвует в образовании костной ткани, входит в состав нервной ткани, поэтому он необходим для нормальной деятельности нервной системы.

Суточная норма фосфора для взрослого человека считается 1,6 г.

Сера входит в состав аминокислот метионина, цистеина и является составной частью глютатиона. Ассимиляция серы растением выражается в восстановлении поглощенных сульфатов и синтезе аминокислот и белков. Этот процесс особенно выражен в созревающих семенах. Исключительно высокая активность и важная роль кофермента А (КоА) в обмене веществ обусловлены его SH-группой.

Калий и натрий при большом сходстве их химических свойств в физиологическом отношении различны.

Натрий и калий находятся во всех пищевых продуктах: в растительных продуктах содержится больше калия, а в животных – натрия. Кровь человека содержит 0,32 % натрия и 0,2 % калия.

Калий повышает гидрофильность протоплазмы и увеличивает ее водоудерживающую способность. Повышенная обводненность коллоидов благоприятствует сохранению нормального состояния протоплазменных структур, нормальной проницаемости мембран, обеспечивает благоприятные условия для развертывания в клетке синтетических процессов.

Суточная потребность организма человека в калии приблизительно равна 2…3 г.

Магний – жизненно важный элемент, участвующий в формировании костей, регуляции работы нервной ткани, в обмене углеводов и энергетическом обмене.

Магний участвует в построении хлорофилла. Ему принадлежит также существенная роль в обмене веществ клетки, поскольку он является кофактором, необходимым для действия многих ферментов. Структурная организация рибосом зависит от концентрации в них магния. Рибосомы содержат заметное количество магния.

Соли магния имеют большое значение для нормальной деятельности сердечно-сосудистой системы. Особенно они необходимы в пожилом возрасте. Большое количество солей магния содержится в отрубях, хлебе грубого помола, гречневой и ячневой крупах, в морской рыбе.

Взрослый человек должен получать в сутки 500 мг магния.

Кальций является важным элементом пищи. Он входит в состав костной ткани. Костный скелет составляет около 1/5…1/7 массы человеческого тела, а кости на 2/3 состоят из минеральных солей. В состав костной ткани входит 99 % всего кальция, имеющегося в организме человека.

Однако оставшаяся часть кальция играет большую роль, участвуя в самых разнообразных процессах обмена веществ. Соли кальция присутствуют почти во всех пищевых продуктах, но усваиваются организмом человека на 10…40 %. Поэтому для обеспечения организма необходимым количеством кальция необходимо включать в пищевой рацион продукты, содержащие хорошо усвояемый организмом кальций: молоко, молочнокислые продукты, сыр, яичный желток.

Суточная норма кальция для взрослого человека составляет примерно 800 мг.

Железо входит в состав ряда ферментов – цитохромоксидазы, каталазы и пероксидазы. Оно входит в состав так называемых негеминовых железопротеинов, участвующих в процессе дыхания, фотосинтеза и фиксации молекулярного азота.

Азотфиксирующие бактерии, живущие в клубеньках на корнях бобовых растений, не могут существовать без железа. Без железа не происходит образование хлорофилла, хотя оно и отсутствует в его молекуле.

Потребность человека в железе составляет примерно 14 мг в сутки. Обычно она покрывается пищевым рационом, но следует учитывать, что железо полностью не усваивается организмом. Много железа содержится в печени, почках, бобовых.