Біологічна роль марганцю в організмі людини і тварин

Біологічна роль марганцю в організмі людини і тварин

26

Міністерство освіти і науки України

Чернігівський державний педагогічний університет імені Т.Г. Шевченка

Кафедра ботаніки, зоології та охорони природи

КУРСОВА РОБОТА

БІОЛОГІЧНА РОЛЬ МАРГАНЦЮ В ОРГАНІЗМІ ЛЮДИНИ І ТВАРИН

Виконала:

студентка 41 групи

Доманова А.А.

Чернігів - 2008

ЗМІСТ

• Вступ
• Розділ 1. Біологічна роль марганцю в організмі
• 1.1 Марганець в організмі
• 1.2 Участь марганцю в фізіологічних процесах
• 1.3 Обмін марганцю
• 1.4 Недостатність марганцю: причини та наслідки
• Розділ 2. Токсична дія сполук марганцю на живі організми
• 2.1 Роль металотіонеїнів в детоксикації іонів марганцю в організмі прісноводних риб і молюсків
• 2.2 Вплив низьких доз сполук марганцю на поведінкові реакції залежно від їх віку
• Розділ 3. Складання харчового раціону
• Висновки
• Список літератури

Вступ

Вчення про біологічну роль хімічних елементів, що містяться в тканинах організму в дуже невеликих концентраціях (від 10-3 до 10-12 %) і тому одержали назва мікроелементів, виділилося в самостійну науку порівняно недавно. Майже до кінця XІ ст. вважалося, що для нормальної життєдіяльності організму необхідні тільки ті хімічні елементи, що входять до складу органічних сполук (вуглець, азот, водень, кисень, сірка), а також калій, кальцій, натрій і магній, що містяться в тканинах організмів у високих концентраціях. Всі інші елементи, що виявляються в тканинах організмів, вважалися випадковими домішками, що не мають значення для процесів життєдіяльності.

Але уже в другій половині XІ ст. був опублікований ряд робіт, з яких випливало, що хімічні елементи, що містяться в тканинах тварин і рослин не тільки в значних, але й у незначних концентраціях, впливають на протікання фізіологічних процесів. Так, акад. К. А. Тімірязєв (1871) довів важливе значення цинку в життєдіяльності вищих рослин, Ролень (1870) - роль цинку в росту і розвитку цвілевих грибків, а спостереження Баумана (1895) свідчили про необхідність йоду в харчовому раціоні.

Актуальність роботи зумовлена необхідністю детального ознайомлення дії марганцю на живі організми.

Мета роботи - зв'язувати біологічну роль марганцю для живих організмів.

Завдання роботи:

1) проаналізувати біологічну роль марганцю в організмі людини;

2) з`ясувати токсичну дію марганцю на живі організми;

3) скласти харчовий раціон, до якого входить марганець.

РОЗДІЛ 1. Біологічна роль марганцю в організмі

1.1 Марганець в організмі

Марганець (Mn). Середній вміст марганцю в організмі ссавців становить 0,00005% від живої маси. Міститься в усіх органах і тканинах організму, найбільше його в печінці, кістках, нирках, підшлунковій залозі та гіпофізі. Всмоктування марганцю відбувається в основному в тонкій кишці, потім з кров'ю надходить до печінки і розноситься до інших органів та тканин. Виділяється з організму разом з жовчю, сечею, молоком у самок та з еякулятом у самців.

Марганець входить до складу молекул деяких ферментів і стимулює молекул деяких ферментів і стимулює їх активність.

Організму потрібно лише в значно в малих кількостях цього елементу, а роль його в обміні є дуже велика.

Марганець входить в склад всіх рослинних і тваринних організмів. Для живих організмів має життєво важливе значення.

Добова потреба марганцю 3-5 мг. Марганець міститься майже у всіх харчових продуктах. Найбільше (понад 500 мг на 100 г їстівної частини продукту) у житньому та пшеничному хлібі, крупах гречаних та перлових, пшоні, квасолі, горосі, рисі, буряку, хроні, кропі, петрушці, малині, щавлі.

В організмі дорослої людини міститься 20 мг марганцю. Особливо багато є його в клітинах, багатих мітохондріями і меланіном. В крові людини в нормі міститься близько 4-20мкг%.

Одним із найважливіших мікроелементів, що забезпечує нормальне функціонування організму тварин є марганець. Він бере активну участь в окисно-відновних процесах та тканинному диханні в організмі тварин, формуванні кісток, впливає на ріст, розмноження тварин і процеси кровотворення, регулює функцію ендокринних органів, підсилює дію вітамінів, входячи до складу ферментів є їх активатором [1, 4, 7, 9].

Марганець тварини одержують з кормом і частково з водою [1-5]. Для компенсації нестачі марганцю в раціоні його вводять у премікс в неорганічній формі, наприклад, у складі сульфатів [3-5, 9]. Однак, неорганічна форма сполук мінеральних речовин порівняно важко засвоюється організмом тварин, а збільшення дози для досягнення оптимального рівня асиміляції в організмі спричиняє у тварин токсикози. В зв'язку з цим великого практичного значення набуває пошук можливості введення в раціон сільськогосподарських тварин біогенних металів, у тому числі і марганцю в легкозасвоюваній формі [4].

У підвищенні біологічної доступності марганцю і забезпеченні ним тварин важливу роль відіграють хелатні сполуки. Відомо, що хелати є найбільш оптимальною для організму формою сполук біогенних металів з лігандами (органічними речовинами) [4-6]. Біологічна активність металу в цих комплексах зростає у сотні разів порівняно з активністю його в іншому стані [4]. Однак використання в годівлі тварин хелатних форм марганцю потребує всебічних досліджень.

1.2 Участь марганцю в фізіологічних процесах

Він активує багато ферментованих процесів. Марганець необхідний для синтезу глікозаміногліконів хрящової тканини, для еритрогазів і утворення гемоглобіну.

Він стимулює синтез холестерину і жирних кислот, виявляючи тим самим гіпотронні дії. Марганець відноситься до промислових отрут з різким вираженими токсичними властивостями. Надмірне поступлення марганцю в організм тварин веде до підвищення його концентрації і появи в них ідентичних змін в кістках при рахіті. Крім впливу на процеси кровотворення. Марганець впливає на антителогенез, прискорює утворення антитіл.

Марганець разом із залізом, міддю та кобальтом стимулює кровотворення. Активізує фермент фосфатазу, який впливає на процеси кісткотворення та загалом на стан кісткової тканини. Володіє ліпотропними (які знижують вміст жиру) властивостями. Потрібен для правильного обміну аскорбінової кислоти (вітаміну С) та вітамінів групи В. Має зв'язок з процесами статевого розвитку та розмноження, сприяє детоксикаційній (яка знешкоджує шкідливі речовини) функції печінки.

В плазмі марганець зв`язаний в - глобулінами.

Марганець бере участь у синтезі глюкопротеїдів. Він активує кокарбоксилазу, сприяє зменшенню вмісту піровиноградної кислоти в організмі тварин, знижує потреби в тіаміні. Такий фермент, як пероксидаза, містить два атоми марганцю, а піруватпероксидаза мітохондрій -- чотири атоми марганцю. Було відмічено наявність марганцю в коферментній системі, що каталізує окислювальне фосфорилювання. Марганець стимулює синтез білка в м'язах, глікогену -- в печінці, сприяє підвищенню активності Мg-АТФази, що збільшує живу масу птиці. Він підсилює процеси росту, кровотворення, біосинтез нуклеїнових кислот, білків, холестерину, антитіл. Стимулює дію гормонів передньої частки гіпофіза (аденогіпофіз). Марганець, подібно до холіну, підвищує утилізацію жирів в організмі і попереджує жирове переродження печінки [8].

Активність антиоксидантних ферментів (каталази, глутатіонпероксидази, супероксиддисмутази) тісно пов?язана із присутністю іонів металів. Тому зниження активності антиоксидантних ферментів може потягти за собою порушення в обміні мікроелементів. Знаходячись в мізерних концентраціях у вільному стані та в складі ферментів, гормонів, вітамінів мікроелементи беруть участь у всіх видах обміну речовин. Встановлено, що іонам марганцю належить значна роль в молекулярних механізмах розвитку ІХС, але дія їх в організмі людини ще далеко не вивчена.. Експериментальні та клінічні дослідження показують, що при ІХС обмін мікроелементів значно змінюється. Проте в літературі немає однозначних даних про вміст мікроелементів в крові при ІХС та практично відсутня інформація щодо комплексної оцінки вмісту в крові марганцю (життєвонеобхідний мікроелемент), антиоксидантних ферментів, не вивчений характер їх взаємозалежності, що важливо з позицій вияснення механізмів розвитку та прогресування ІХС.

1.3 Обмін марганцю

Перші відомості про вікові зміни кількісного вмісту марганцю в організмі людини повідомили Г. Ромедж і В. Шелдон (1933), що установили інтенсивне нагромадження його в печінці плоду в останні 3 місяці внутрішньоутробного життя.

У табл. 1 приведені дані, отримані Г.Г. Гацко (1958) у систематичних дослідженнях, вмісту марганцю в тканинах і органах людини в період ембріогенезу. Максимальні концентрації марганцю виявлені в тканині печінки ембріона на 12-15-й тиждень. У плода з 16-ї по 32-ій тиждень розвитку вміст його в печінці знижується майже в 2 рази, а в наступні періоди знову підвищується.

Таблиця 1. Вміст марганцю в тканинах і органах плодів у різні періоди, внутрішньоутробного життя, мкг % у розрахунку на свіжу речовину

Назва органу	Вік плоду, тижнів
	12-15	16-19	20-25	26-32	33-38	39-40
Печінка	217,6	114,1	115,4	119,1	145,9	140,3
Селезінка	__	__	300,2	83,1		49,0
Серце	__	__	106,3	71,0		46,1
Нирки	__	__	81,2	68,0		80,7
Щитовидна залоза	--	--	742,3	447,6		179,7
Підшлункова залоза	--	--	465,6	270,0		171,1
Щитовидна залоза	--	--	359,4	102,0		71,0
Наднирник	--	--	205,8	119,2		64,4

За даними А.А. Микоша (1959), кількість марганцю в печінці ембріона людини підвищується в міру внутрішньоутробного розвитку його і до моменту народження в 40 разів перевершує вміст, виявлений на 4-м місяці внутрішньоутробного життя.

Г.А. Бабенко (1953) установив, що з віком вміст марганцю в мозку й у різних відділах його зазнає певних змін.

У сірій речовині кори мозку й у мозочку людини марганцю утримується більше, ніж у зоровому бугрі і білій речовині. Звертає на себе увагу і той факт, що вміст марганцю в сірій речовині кори мозку, у мозочку і зоровому бугрі, поступово підвищуючи до моменту народження плоду, збільшується в перші роки самостійного життя і знижується після 50 років до рівня, виявленого до 10-му місяця внутрішньоутробного періоду життя. Вміст марганцю в білій речовині мозку підвищується відповідно віку.

Зміни рівня марганцю в інших тканинах і органах людини в період самостійного життя не вивчені. Наявні в літературі зведення про вміст цього мікроелемента в тканинах і органах дорослих людей (табл. 2) свідчать про нерівномірний його розподіл між тканинами й органами.

У найбільших концентраціях марганець утримується в кістах і печінці, у мінімальних - у тканині легенях і м'язі серця. Якщо ж порівнювати вміст його в людини в період внутрішньоутробного життя, то виявляється, що у всіх тканинах і органах дорослих людей, за винятком мозку, рівень марганцю знижений.

В.А. Леонов і Г.Г. Гацко (І960) установили деякі особливості кількісного вмісту марганцю в крові при вагітності, що показують значне підвищення його (22,4 мкг %) у порівнянні зі вмістом його в невагітних жінок (14,6 мкг %). У крові новонароджених дітей як доношених, так а недонесених знайдений більш високий вміст марганцю (23,2 мкг %) у порівнянні з дорослими (14,6± ±3,7 мкг %). Крім того, виявлена тенденція до наростання вмісту марганцю в крові немовлят паралельно з віком матерів.

Таблиця 2. Вміст марганцю в тканинах і органах людини

Назва органу	За А.І. Войнару (1960), мг% в розрахунку на свіжу речовину	За І.С. Гулько (1960), мкг% в розрахунку на свіжу речовину	За Л.І. Котляревським (1961), мг% в розрахунку на свіжу речовину
Кров	0,001	12	0,002
Мозок	0,028--0,030	--	--
Печінка	0,170--0,205	25	0,175
Нирки	0,060--0,061	52	0,075
Серце	0,021--0,032	--	--
Селезенка	0,022--0,032	21	0,021
Легені	0,022	22	0,020--0,040
М`язи	0,050	--	0,017
Підшлункова залоза	0,076	5,0	0,076--0,115
Лімфатичні узлы	0,063	--	--
Кістики трубчасті	0,300	--	--
Щитовидна залоза	--	--	0,049
Наднирники			0,013

У той же час Е.П. Гребенников, порівнюючи процентний вміст марганцю в розрахунку на золу в крові новонароджених дітей і вагітних, а також невагітних жінок, не відзначив істотної різниці (0,0012- 0,0011% у розрахунку на золу).

Н.С. Тюрина (1968) при визначенні процентного вмісту марганцю в розрахунку на золу в крові дітей у віці від 7 до 17 років установила кількісну перевагу цього мікроелемента в хлопчиків усіх вікових груп.

Утримання марганцю в організмі в 5-річних дітей було вище, ніж у 6-ричних (0,23 мг на 1 кг і 0,16 мг на 1 кг відповідно), а добова потреба в ньому вище, ніж у дорослих (І. Л. Маслова, 1955).

1.4 Недостатність марганцю: причини та наслідки

Недостатнє надходження в організм з кормом марганцю спричинює таке захворювання, як пероз, що характеризується розслабленням зв'язок і сухожилків ніг, зміщенням суглобів. Спостерігаються анемія, тетанія, зниження молочної продуктивності, а в молодняку -- анемія і рахіт. Марганець потрібен для нормальної функції залоз внутрішньої секреції.

Марганець і цинк у дозах 75 і 50 мг/кг, відповідно, діють як синергісти, стимулюючи засвоєння азоту, мінеральних речовин, формування органічної та мінеральної фаз шкаралупи. За підвищеної дози марганцю (100 мг/кг корму) проявляється його антагоністичний вплив на цинк та інші елементи.

Багаті на марганець бурякова гичка (104 мг/кг сухої речовини), рапсовий шрот, пшеничні та рисові висівки, дріжджі, конюшина, бобові трави. Добова потреба 40-60 мг/кг сухого корму.

Марганець, мідь і кобальт є активаторами тканинних ферментів. Проте каталітична дія їх на ферменти енолазу, діамінооксидазу та рибонуклеазу неоднакова: для енолази є специфічним марганець, а для діамінооксидази та рибонуклеази -- мідь.

При деяких захворюваннях концентрація в крові збільшується, а при деяких захворюваннях печінки - знижується.

Міститься марганець в продуктах рослин біля 8-50мг/кг, в продуктах тваринного походження нижче 0,1-2 мг/кг.

РОЗДІЛ 2. Токсична дія сполук марганцю на живі організми

2.1 Роль металотіонеїнів в детоксикації іонів марганцю в організмі прісноводних риб і молюсків

Сполуки важких металів є пріоритетними забруднювачами прісних водойм України (Линник П.Н., 1999). Оцінка небезпеки цього забруднення для гідробіонтів має здійснюватись на основі біоіндикації, позаяк застосування гідрохімічних показників ускладнюється багатофакторною детермінацією біодоступності металів (Саванина Я.В. и др., 2001; Брагинский Л.П., Линник П.Н., 2003). Тому актуальним є з'ясування специфічних механізмів детоксикації для іонів важких металів різної природи. Серед ймовірних молекулярних мішеней зв'язування цих йонів у клітинах у першу чергу розглядають спеціалізовані тіолові сполуки металотіонеїни (МТ) та глутатіон (ГSH) (Кулинский В.І., Колесниченко Л.С., 1990; Kagi J.H.R., Shaffer A., 1988).

Функціональні взаємозв'язки між пулами металотіонеїнів i ГSH за інтоксикації йонами важких металів, а також конкуренція фізіологічних металів та металу-токсиканту за зв'язування мало вивчені (Fowler B.A., Gould E., 1988; Lange A. et al., 2002). Переважна більшість досліджень проведена на прикладі морських риб і безхребетних, причому за умов гострої токсичності (Viarengo A. et al., 1999; Conners D.E., Ringwood A.H., 2000), тоді як про стан металотіонеїнів прісноводних тварин за умов екологічно реального забруднення води немає чітких уявлень (Correlia A.D. et al., 2001; Laporte J.M. et al., 2002). У зв'язку з цим, дослідження участі металотіонеїнів та інших тіолових сполук прісноводних тварин у зв'язуванні важких металів за підвищеного вмісту їх йонів у водному середовищі є актуальною проблемою.

Іншим аспектом, пов'язаним із вивченням зв'язування важких металів з металотіонеїнами гідробіонтів, є виявлення меж ефективності цього шляху детоксикації. Тому представляє інтерес ідентифікувати відповідність між ступенем зв'язування металу в тканині з металотіонеїнами та дозо-залежними стадіями відповіді організму на його дію (Божков А.И., 1997). Стан антиоксидантно-прооксидантної системи (АПС), як відомо, чутливо відображає ці стадії (Котеров А.Н., Никольский А.В., 1999).

Для дослідження були обрані йони металу, що належить до пріоритетних забруднювачів прісних водойм - марганець (ІІ), який вважають відносно нетоксичним металом (Barceloux D.G., 1999), але його здатність легко змінювати ступінь окиснення і широкий спектр коливань вмісту у прісних водоймах (Линник П.Н., 1999) викликають інтерес до вивчення його дії на гідробіонтів. Концентраційне залежні дослідження їх впливу на металотіонеїни прісноводних тварин не проводились. Інформація про зв'язування марганцю з металотіонеїнами відсутня, проте встановлено, що його токсичність для ссавців пов'язана зі специфічним впливом на тіоли.

Для виявлення універсальних та видових характеристик тіолових сполук організму за дії іонів важких металів становило інтерес розглянути їх вплив на представників, що належать до одного біотопу, але різних за екологічними вимогами. Значення обраних для дослідження видів визначається тим, що короп є промисловою рибою, а беззубка лебедина - одним з найпоширеніших на території України видів прісноводних двостулкових молюсків, які можуть ефективно концентрувати метали - забруднювачі (Стадниченко А.И., 1984).

Уперше досліджено дію марганцю (ІІ) на металотіонеїни прісноводних тварин і виявлено здатність металотіонеїнів коропа, на відміну від металотіонеїнів беззубки, зв'язувати надлишок марганцю за широкого діапазону його концентрацій у воді узгоджено із значною активацією антиоксидантних факторів організму. Надлишок свинцю в тканинах не акумулюється металотіонеїнами і викликає найзначніші ознаки токсичності.

Страницы: 1, 2