Микроэлементы

Микроэлементы — это химические элементы, которые содержатся в живых организмах в очень малых количествах (обычно тысячные доли процента и ниже), но при этом абсолютно необходимы для их нормального функционирования. К ним относятся более 30 элементов, как металлов (алюминий Al, железо Fe, медь Cu, марганец Mn, цинк Zn, молибден Mo, кобальт Co, никель Ni, стронций Sr и другие), так и неметаллов (йод I, селен Se, бром Br, фтор F, мышьяк As, бор B).

Растения и микроорганизмы получают микроэлементы из почвы и воды, а животные и человек — с пищей и водой. В живых тканях накапливаются преимущественно те микроэлементы, которые в окружающей среде находятся в подвижной, легко усваиваемой (часто водорастворимой) форме.

Роль микроэлементов в организме чрезвычайно разнообразна. Многие из них являются ключевыми компонентами биологически активных веществ:

В составе ферментов (металлоферментов): Цинк (Zn) входит в карбоангидразу, медь (Cu) — в полифенолоксидазу, марганец (Mn) — в аргиназу. Всего известно около 200 ферментов, активность которых зависит от присутствия того или иного металла.
В составе витаминов: Кобальт (Co) — центральный атом в молекуле витамина B₁₂.
В составе гормонов: Йод (I) — неотъемлемая часть гормонов щитовидной железы (тироксина), цинк и кобальт входят в состав инсулина.
В составе дыхательных пигментов: Железо (Fe) — основа гемоглобина и других железосодержащих пигментов, медь (Cu) — основа гемоцианина у некоторых беспозвоночных.

Основное действие микроэлементов, входящих в состав этих соединений, проявляется в регуляции обмена веществ. Они влияют на:

Рост (Mn, Zn, I — у животных; B, Mn, Zn, Cu — у растений).
Размножение (Mn, Zn — у животных; Mn, Cu, Mo — у растений).
Кроветворение (Fe, Cu, Co).
Процессы тканевого дыхания и внутриклеточного обмена (Cu, Zn).

Важно понимать, что биологический эффект одного микроэлемента часто зависит от наличия и концентрации других. Это явление называется взаимодействием или антагонизмом микроэлементов. Например:

Кобальт эффективно стимулирует кроветворение только при достаточном уровне железа и меди в организме.
Марганец улучшает усвоение меди.
Медь является антагонистом молибдена по некоторым эффектам.
Фтор влияет на метаболизм стронция.

Нарушение баланса микроэлементов — их недостаток (дефицит) или избыток — в окружающей среде (например, в почве) приводит к соответствующим нарушениям в организмах, что может вызывать так называемые эндемические заболевания, характерные для определённых географических зон.

Микроэлементы нашли широкое практическое применение:

В медицине для лечения и профилактики дефицитных состояний.
В сельском хозяйстве в виде микроудобрений для повышения урожайности культур.
В животноводстве в качестве добавок к кормам для повышения продуктивности и здоровья животных.

Современный контекст

Современные исследования значительно расширили список элементов, признанных эссенциальными (жизненно необходимыми). Например, селен (Se) сейчас считается критически важным микроэлементом-антиоксидантом, входящим в состав фермента глутатионпероксидазы. Кремний (Si) признан важным для формирования соединительной ткани и здоровья костей. Понимание роли микроэлементов углубилось на уровне молекулярных механизмов: изучается их влияние на экспрессию генов, работу сигнальных путей в клетке и поддержание окислительно-восстановительного гомеостаза. Активно развивается направление нутригеномики, изучающее взаимодействие микроэлементов с геномом.