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.

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].

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]. Впоследствии, были открыты другие макролидные антибиотики природного происхождения, содержащие бор, названные тартролонами.

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].

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].