Биогенные элементы и их роль в организме животного

Биогенные элементы - химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и необходимые для их жизнедеятельности. Важнейшими биогенными элементами являются: кислород, углерод, водород, азот, а также кальций, калий, кремний, магний, фосфор, сера, натрий, хлор, железо. Их среднее содержание - более 0,01 % биомассы. Эти биогенные элементы составляют группу макроэлементов. Цинк, медь, мышьяк, марганец, бор, фтор, ванадий, бром, молибден, железо, радий относятся к микроэлементам. Они присутствуют в организме в низких концентрациях: от 10 (для большинства элементов) до 10  % (для радия).

Кислород. Основной (фактически единственной) функцией кислорода является его участие как окислителя в окислительно-восстановительных реакциях в организме. Благодаря наличию кислорода, организмы всех животных способны утилизировать (фактически «сжигать») различные вещества (углеводы, жиры, белки) с извлечением определенной энергии «сгорания» для собственных нужд.

Углерод. Как и другие элементы-органогены, углерод в виде отдельного элемента не обладает биологическим значением, биологической ролью обладают его соединения. Из различных соединений углерода состоят все ткани организма; является структурным компонентом всех органических соединений; его соединения участвуют во всех биохимических процессах; при окислении соединений углерода образуется необходимая для организма энергия; оксид углерода (IV) CO 2 , образующаяся в результате окисления соединений углерода, стимулирует дыхательный центр, регулирует значение рН крови [2].

Водород. Водород как отдельный элемент не обладает биологической ценностью. Для организма важны соединения, в состав которых он входит, а именно вода, белки, жиры, углеводы, витамины, биологически активные вещества (за исключением минералов) и т.д. Наибольшую ценность, конечно, представляет соединение водорода с кислородом – вода, которая фактически является средой существования всех клеток организма. Другой группой важных соединений водорода являются кислоты – их способность высвобождать ион водорода делает возможным формирование рН среды. Немаловажной функцией водорода также является его способность образовывать водородные связи, которые, например, формируют в пространстве активные формы белков и двухцепочечную структуру ДНК [4].

Азот. Чистый (элементарный) азот сам по себе не обладает какой-либо биологической ролью. Биологическая роль азота обусловлена его соединениями. Так в составе аминокислот он образует пептиды и белки (наиболее важный компонент всех живых организмов); в составе нуклеотидов образует ДНК и РНК (посредством которых передается вся информация внутри клетки и по наследству); в составе гемоглобина участвует в транспорте кислорода от легких по органам и тканей.

Некоторые гормоны также представляют собой производные аминокислот, а, следовательно, также содержат азот (инсулин, глюкагон, тироксин, адреналин и пр.). Некоторые медиаторы, при помощи которых «общаются» нервные клетки также имеют в своем составе атом азота (ацетилхолин). Такое соединения как оксид азота (II) и его источники (например, нитроглицерин - лекарственное средство для снижения давления) воздействуют на гладкую мускулатуру кровеносных сосудов, обеспечивая ее расслабление и расширение сосудов в целом (приводит к снижению давления).

Кальций. Прежде всего, кальций является важнейшим структурным компонентом костей и зубов. Также кальций регулирует проницаемость клеточных мембран, а также инициирует ответы клеток на различные внешние стимулы. Присутствие кальция в клетки или во внеклеточной среде обуславливает дифференцировку клетки, а также сокращение мышц, секрецию и перистальтику. Кальций регулирует активность многих ферментов (включая ферменты систем свертывания крови). Кальций регулирует работу некоторых эндокринных желез, обладает десенсибилизирующим и противовоспалительным эффектом.

Калий. Калий вместе с другими важнейшими электролитами обеспечивает необходимое осмотическое давление в биологических жидкостях организма и в клетках, является компонентом буферных систем, поддерживает электрический потенциал на мембранах клеток всех тканей. Главная биологическая функция калия -формирование совместно с другими электролитами (натрий, хлор) разницы потенциалов на мембранах клеток и передача ее изменения по клеточной мембране, за счет обмена с ионами натрия, что особенно важно для нервных и мышечных клеток. Это обуславливает постоянное присутствие в клетках натрия, хлора и калия. В организме эти элементы содержатся в определенном соотношении, обеспечивая гомеостаз (постоянство внутренней среды). Нарушение равновесия между калием и натрием ведет к патологии водного обмена, обезвоживанию, мышечной слабости.

Рассмотрим также роль некоторых микроэлементов:

Медь. Является компонентом многих ферментов, обладающих окислительновосстановительной активностью, участвует в метаболизме железа, повышает усвоение белков и углеводов, принимает участие в обеспечении тканей кислородом, участвует в формировании соединительной ткани, росте костей, поддерживает структуру костей, хрящей, сухожилий, поддерживает эластичность стенок кровеносных сосудов, альвеол, кожи, обладает выраженным противовоспалительным свойством, в т.ч. при аутоиммунных заболеваниях (например, ревматоидного артрита), участвует в образовании гемоглобина и созревании эритроцитов [3,4].

Железо. Обеспечивает транспорт кислорода (входит в состав гемоглобина), обеспечивает транспорт электронов в окислительно-восстановительных реакциях организма (входит в состав цитохромов и железосеропротеидов), участвует в формировании активных центров окислительно-восстановительных ферментов

Бром. Бром избирательно усиливает ряд тормозных процессов в центральной нервной системе (ранее препараты брома назначали как успокаивающее средство).

Молибден. Молибден - кофактор многих ферментов, которые обеспечивают метаболизм аминокислот (содержащих в своей структуре атом серы), а также ферментов, обеспечивающих метаболизм пуринов и пиримидинов, повышает эффективность применения антиоксидантов (например, витамина С), является важным компонентом тканевого дыхания, улучшает накопление азота в организме, увеличивает синтез аминокислот в организме [4].

Краткая характеристика хозяйства, корма которого участвовали в опыте.

Хозяйством, корма которого мы изучали, является ОАО «Маслово» отделение «Бакланово», главный зоотехник которого - Зарубин Андрей Николаевич. Порода крупного рогатого скота - черная пёстрая. Осеменение - искусственное.

Удой - 14 кг в сутки на фуражную корову. Средний вес животного - 500 кг.

Определение железа в корме.

Для анализа используется корм - отруби.

В подготовленный для анализа тигель отвешиваем 5 г корма и озоляем в муфельной печи при температуре 500-550°С до светло-серого цвета золы. После озоления тигель с золой для охлаждения помещаем в эксикатор. Растворяем золу в 15 мл водного раствора (1:1) соляной кислоты и нагреваем почти до кипения в течении 15 минут.

Раствор фильтруем в химический стаканчик, тигель несколько раз ополаскиваем небольшими порциями воды, выливая ее туда же. В полученный раствор добавляем 2-3 капли фенолфталеина и 40-% раствор едкого натра до щелочной реакции, которую определяем по розовой окраске раствора.

После этого стакан накрываем стеклом, ставим на горелку и медленно кипятим в течение 1 часа. Затем содержимое стакана подкисляем концентрированной соляной кислотой до исчезновения розовой окраски, переносим в мерную колбу и доводим объем водой до 50мл.

В другую колбу вносим 10 мл стандартного раствора железа, добавляем 5мл концентрированной серной кислоты и, так же как в первой колбе, доводим объем до 50мл. Оба раствора из колбочек переносим в делительные воронки. В каждую из них добавляем по 10мл амилового спирта и по 5мл 20% раствора роданистого калия или аммония. Делительные воронки встряхиваем в течение 5 минут и после расслоения жидкостей сливаем окрашенный железом слой амилового спирта в колориметрические стаканчики и колориметрируют. Если оставшийся водный раствор сохраняет окраску, то в него наливаем новую порцию амиловго спирта и еще раз эстрагируют железо. Обе порции спирта сливаем и колиметрируем [1].

При колориметрировании испытуемого и стандартного растворов сравниваем интенсивность окраски обоих растворов и на этом основании рассчитываем содержимое железа в 1 кг воздушно-сухого корма по формуле:

х=A*H1*V*1000/H2*C, где А- содержание железа в 1 мл стандартного раствора (в мг);

Н 1 - высота слоя жидкости стандартного раствора по шкале колориметра (в мм);

• V- объем испытуемого раствора (в мл);

• Н₂ - высота слоя жидкости испытуемого раствора по шкале колориметра ( в мм);

• С- навеска воздушно-сухого корма, взятая для анализа;

• 1000- коэффициент для перерасчета на 1 кг воздушно-сухого вещества корма.

Содержание миллиграммов железа в 1 кг корма при его натуральной влажности определяют по формуле:

х1=(1000-пв)*х/1000;

При анализе были получены следующие результаты : содержание железа в 1 мл стандартного раствора 0,1 мг; высота слоя жидкости стандартного раствора по шкале колориметра 30мм; навеска воздушно-сухого корма 5,9874г; высота слоя жидкости испытуемого раствора 31,7 мм; объем испытуемого раствора 10 мл. Для экстракции было взято 10 мл амилового спирта. Подставляя значения в формулу, определяем количество железа в 1 кг натурального корма:

х=0,1*30*10*1000/31,7*5,9874=182,8мг;

Затем определяем содержание железа в воздушно-сухом веществе:

х 1 =(1000-120,7)*182,8/1000=166,3 мг.

Таблица 1 - Концентрация железа (мг/кг сухого вещества) в отдельных кормах

Вид корма	Содержание Fe
Зеленый корм и силос	50—300
Солома злаков	200—450
Мякина злаков	150—300
Картофель сырой	40
Свекла	25—75
Зерно злаков и бобовых	40—80
Экстракционные шроты	200—800
Отруби	150—200
Сухой жом	590

Вывод: Практическим путем было доказано, что отруби, которые используются для кормления крупного рогатого скота в ОАО «Маслово» отделения Бакланово полностью соответствуют нормам и не превышают допустимого значения содержания железа на килограмм сухого вещества.