Биологическая роль бора

Биологическая роль бора на данный момент достаточно хорошо установлена для одноклеточных организмов и для растений. В отношении биологической роли и необходимости бора для животных и человека по сей день нет окончательной ясности.

Возможная роль бора в зарождении жизни на Земле и в абиогенезеПравить

В 2013 году группа учёных предложила гипотезу о том, что бор и молибден, возможно, катализировали образование РНК на Марсе, откуда жизнь была перенесена на Землю крупным метеоритом около 3 миллиардов лет назад[1].

Биологическое значение бора для одноклеточных организмовПравить

Некоторые одноклеточные организмы производят или способны производить бор-содержащие природные антибиотики. Первым из обнаруженных в природе бор-содержащих антибиотиков был боромицин, синтезируемый некоторыми почвенными грибками рода стрептомицет[2][3].

Биологическое значение бора для растенийПравить

Для растений бор является важным микроэлементом, необходимым прежде всего для поддержания целостности клеточных стенок. Однако высокие концентрации бора в почве (выше 1,0 ppm) приводят к некрозу сначала маргинальной (краевой) зоны листьев, а затем и к некрозу их чашечек, и к общему замедлению роста и развития растений. Некоторые растения, особенно чувствительные к фитотоксичности бора, могут проявлять те же симптомы и при более низкой концентрации бора в почве, но превышающей 0,8 ppm. Практически все растения, даже наиболее устойчивые к фитотоксическому действию повышенных концентраций бора в почве, проявляют хотя бы некоторые признаки борной интоксикации при концентрациях бора в почве, превышающих 1,8 ppm. При концентрациях бора в почве, превышающих 2,0 ppm, очень мало видов растений способны сохранить удовлетворительную продуктивность и темпы роста. Некоторые растения при такой концентрации бора в почве гибнут[4][5][6].

Дефицит бора является одним из самых распространённых микроэлементных дефицитов у растений во всём мире, и вызывает значительные потери как в валовой урожайности растений, так и в качестве урожая[7]. Дефицит бора нарушает как развитие и вегетацию, так и процессы полового размножения (цветения и плодоношения) у высших растений. Дефицит бора приводит к угнетению размножения растительных клеток, частичной или полной гибели побегов (стеблей), листьев, бутонов и завязей, снижению образования семян и плодов, уменьшению содержания в плодах сахаров и крахмала[8].

Растения содержат бор как в водорастворимой форме, так и в нерастворимой, иммобилизированной в ковалентных связях с крупными полисахаридными молекулами наружной мембраны клеток и мембран клеточных органелл. У здоровых растений, не страдающих от дефицита бора, процент содержания нерастворимых, иммобилизированных в клеточной мембране и мембранах органелл, соединений бора в тканях сохраняет относительное постоянство, в то время как процент содержания в тканях растения водорастворимых соединений бора может меняться пропорционально величине его текущего поступления из почвы и воды. Появление признаков дефицита бора у растения сопровождается снижением содержания именно нерастворимого, иммобилизированного в связях с полисахаридами мембран клеток и клеточных органелл, бора в тканях растения. По-видимому, именно нерастворимые соединения бора с полисахаридами, укрепляющие клеточную мембрану и мембраны органелл, играют функциональную роль, и именно ради их биосинтеза растение всасывает и запасает водорастворимые соединения бора. В то же время водорастворимые соединения бора представляют собой обменный пул бора, легко биодоступный его запас в тканях растения. Из этого запаса, при необходимости, и синтезируются нерастворимые функционально полезные соединения бора. Таким образом, водорастворимые соединения бора служат поддержанию гомеостаза бора в тканях растения, но сами по себе функциональной роли, по-видимому, не играют[9].

Бор критически необходим для роста и развития всех высших растений. Его основная функция заключается в укреплении и поддержании целостности мембран клеток и клеточных органелл. Однако не исключено и участие бора в некоторых метаболических процессах в растениях[10].

Биологическое значение бора для животных и человекаПравить

Существуют предположения, что бор играет или может играть несколько важных физиологических ролей в организмах животных и человека. Однако точное физиологическое значение бора для человека и животных пока окончательно не выяснено[11][12][13]

В одном небольшом исследовании, опубликованном в 1987 году, сообщалось о том, что у женщин в постменопаузе, у которых был предварительно искусственно создан дефицит бора, последующее введение в организм 3 мг/сут бора привело к значительному снижению суточной экскреции кальция с мочой и к повышению концентрации в крови 17-бета-эстрадиола и тестостерона[14][13].

Дефицит бора у свиней, согласно сообщению Уэйна Джонсона в 2005 году на ветеринарной конференции имени Аллана Дж. Лемана[15] может проявляться остеохондрозом. Развитие этих симптомов у свиней предотвращается добавлением 50 ppm бора к их обычной диете [15]. Количество бора, необходимое для нормальной жизнедеятельности другим животным или человеку, пока окончательно не установлено.

Несмотря на все эти факты, Американский Национальный институт медицины и здравоохранения (NIH) пока не подтвердил статус бора как необходимого микроэлемента для человека, и в связи с этим пока не установил нормы рекомендованного потребления с пищей (Recommended Daily Allowance — RDA) или нормы адекватного потребления (Adequate Intake — AI). Среднее потребление бора взрослым человеком оценивается приблизительно от 0,9 до 1,4 мг/сут (от 900 до 1400 мкг/сут). Соединения бора, поступающие с пищей и водой, хорошо всасываются (абсорбция около 90 %). Всосавшийся бор выводится преимущественно через почки с мочой. Установленный NIH верхний предел суточного потребления бора (Tolerable Upper Limit — TUL), при котором заведомо не наступает вредных последствий для организма, равен 20 мг/сут[16][13].

Один из редких типов дистрофии роговицы связан с геном, кодирующим SLC4A11 (белок-транспортер, предположительно регулирующий внутриклеточную концентрацию бора)[17][13].

ПримечанияПравить

  1. Primordial broth of life was a dry Martian cup-a-soup, New Scientist (29 августа 2013). Дата обращения 29 августа 2013.
  2. Hütter, R.; Keller-Schien, W.; Knüsel, F.; Prelog, V.; Rodgers Jr., G. C.; Suter, P.; Vogel, G.; Voser, W.; Zähner, H. Stoffwechselprodukte von Mikroorganismen. 57. Mitteilung. Boromycin (нем.) // Helvetica Chimica Acta (англ.) : magazin. — 1967. — Bd. 50, Nr. 6. — S. 1533—1539. — doi:10.1002/hlca.19670500612. — PMID 6081908.
  3. Dunitz, J. D.; Hawley, D. M.; Miklos, D.; White, D. N. J.; Berlin, Y.; Marusić, R.; Prelog, V. Structure of boromycin (англ.) // Helvetica Chimica Acta (англ.) : journal. — 1971. — Vol. 54, no. 6. — P. 1709—1713. — doi:10.1002/hlca.19710540624. — PMID 5131791.
  4. Mahler, R. L.. Essential Plant Micronutrients. Boron in Idaho, University of Idaho. Архивировано 1 октября 2009 года. Дата обращения 5 мая 2009.
  5. Functions of Boron in Plant Nutrition (PDF). U.S. Borax Inc.. Архивировано 20 марта 2009 года.
  6. Blevins, Dale G.; Lukaszewski, K. M. Functions of Boron in Plant Nutrition (англ.) // Plant Physiology : journal. — American Society of Plant Biologists, 1998. — Vol. 49. — P. 481—500. — doi:10.1146/annurev.arplant.49.1.481. — PMID 15012243.
  7. Shorrocks V. M. The occurrence and correction of boron deficiency (англ.) // Plant and Soil (англ.) : journal. — 1997. — Vol. 193, no. 1. — P. 121—148. — doi:10.1023/A:1004216126069.
  8. Marschner H. Mineral Nutrition of Higher Plants (неопр.). — 2nd. — San Diego: Academic Press, 1995. — С. 379—396.
  9. Koshiba, T; Kobayashi, M; Matoh, T. Boron deficiency (неопр.) // Plant Signal Behav. — 2009. — Т. 4. — С. 557—558. — doi:10.1093/pcp/pcn184. — PMID 19816136.
  10. Camacho-Cristóbal, Juan J.; Jesús Rexach; Agustín González-Fontes. Boron in plants: deficiency and toxicity (неопр.) // Journal of Integrative Plant Science. Архивировано 12 июня 2012 года.
  11. Boron. PDRhealth. Дата обращения: 18 сентября 2008. Архивировано 11 октября 2007 года.
  12. Nielsen, Forrest H. Ultratrace elements in nutrition: Current knowledge and speculation (англ.) // The Journal of Trace Elements in Experimental Medicine : journal. — 1998. — Vol. 11, no. 2—3. — P. 251—274. — doi:10.1002/(SICI)1520-670X(1998)11:2/3<251::AID-JTRA15>3.0.CO;2-Q.
  13. 1 2 3 4 Беккер Р.А., Быков Ю.В. Препараты бора в психиатрии и неврологии: их взлёт, падение и возобновление интереса : [] // Acta Biomedica Scientifica. — Т. 3, вып. 4 — С. 85—100. — doi:10.29413/ABS.2018-3.4.13.
  14. Nielsen F. H., Hunt C. D., Mullen L. M., Hunt J. R. Effect of dietary boron on mineral, estrogen, and testosterone metabolism in postmenopausal women (англ.) // The FASEB Journal (англ.) : journal. — Federation of American Societies for Experimental Biology (англ.), 1987. — Vol. 1, no. 5. — P. 394—397. — PMID 3678698.
  15. 1 2 Ветеринарная конференция имени Аллана Дж. Лемана, проводимая Университетом Миннесоты
  16. Boron. IN: Dietary Reference Intakes for Vitamin A, Vitamin K, Arsenic, Boron, Chromium, Copper, Iodine, Iron, Manganese, Molybdenum, Nickel, Silicon, Vanadium, and Copper. National Academy Press. 2001, PP. 510—521.
  17. Vithana, En; Morgan, P; Sundaresan, P; Ebenezer, Nd; Tan, Dt; Mohamed, Md; Anand, S; Khine, Ko; Venkataraman, D; Yong, Vh; Salto-Tellez, M; Venkatraman, A; Guo, K; Hemadevi, B; Srinivasan, M; Prajna, V; Khine, M; Casey, Jr; Inglehearn, Cf; Aung, T. Mutations in sodium-borate cotransporter SLC4A11 cause recessive congenital hereditary endothelial dystrophy (CHED2) (англ.) // Nature genetics : journal. — 2006. — July (vol. 38, no. 7). — P. 755—757. — ISSN 1061-4036. — doi:10.1038/ng1824. — PMID 16767101.