Азот — единственный химический элемент, который входит в состав всех без исключения молекул аминокислот, белков, нуклеиновых кислот, ферментов и других важнейших компонентов клетки; пигментов (хлорофилл, гемоглобин), витаминов. Лишь азот может поглощаться растениями в виде анионов (NO2—, NО3—) и в виде катиона (NH4+). Анионные формы после восстановления до — NH2 включаются в аминокислотный синтез.
В организм животных азот поступает в химически связанном состоянии в виде белков, аминокислот и других азотсодержащих компонентов корма растительного и животного происхождения. Значительная часть азотистых веществ пищи остается в организме, а часть после соответствующих превращений образует в зависимости от систематического уровня конечные продукты азотного обмена — аммиак, мочевину, мочевую кислоту, которые и выводятся из организма. (См. также «Аминокислоты».)
Фосфор входит в состав многих жизненно важных соединений. В органических соединениях растений содержится около 50 % общего его количества в организме. Фосфор входит в состав АМФ, АДФ, АТФ, нукдеотидов, коферментов НАД, НАДФ, фосфорилированных сахаридов, фосфолипидов, некоторых запасных веществ, ферментов и др. Метаболизм фосфора осуществляется в виде остатков ортофосфорной кислоты РО43-, присоединение которых к органическим веществам образует макроэргическую связь. Многие организмы содержат фосфор в минеральной форме (растворимые фосфаты клеточного сока, фосфаты костной ткани и др.).
После отмирания организмов фосфорные соединения минерализуются в почве до солей кальция, магния и железа. Благодаря корневым выделениям, деятельности почвенных бактерий фосфаты растворяются, что делает возможным новое усвоение фосфора растительными, а потом и животными организмами.
Сера участвует в построении серосодержащих аминокислот (цисина, цистеина, метионина), входит в состав витамина В1 и некоторых ферментов. Важной особенностью является ее способность образовывать макроэргические связи в реакциях субстратного фосфорилирования. Особенно большое значение имеет сера и ее соединения для хемосинтезирующих и фотосинтезирующих бактерий (см. «Хемосинтез», «Бактериальный фотосинтез»). В последнее время сера приобретает все большее значение как фактор минерального питания растений. Соединения серы образуются в печени как продукты обеззараживания ядовитых веществ.
Хлор. В клетках организмов животных и растений содержится определенное количество галогенов. Из них только хлор и йод встречаются в относительно больших количествах. Хлор находится в ионизированной форме в виде аниона солей натрия, калия, кальция, магния, марганца и др. Анионы хлора вместе с ионами натрия играют важную роль в формировании осмотического потенциала плазмы крови и других жидкостей. Как составная часть соляной кислоты хлор, является компонентом желудочного сока.
Йод. В отличие от других галогенов йод встречается у животных и растений главным образом в составе органических соединений (производных тирозина). У позвоночных животных основное количество йода содержится в щитовидной железе, в составе ее гормона тироксина. Недостаточное количество йода в пищевых продуктах (особенно в горных местностях) вызывает нарушение функций этой железы, что сопровождается разрастанием соединительной ткани и известно под названием эндемического зоба. Чувствительны к дефициту йода в кормах и сельскохозяйственные животные. Важное биологическое значение имеют и другие галогены — бром и фтор.
Бром поступает в организм с растительными продуктами, а также с кухонной солью. Относительно много брома встречается в гипофизе. Соли брома используют с лечебной целью, так как они успокаивающе действуют на организм.
Фтор. Основное количество указанного элемента находится в составе костей и тканей зубов в виде нерастворимых кальциевых солей. Для организмов вредно как избыточное, так и недостаточное количество фтора в воде (оптимум — 1 мг/л). Недостаток фтора вызывает кариес зубов, а его избыток — болезнь — пятнистую эмаль зубов и флуороз.
Калий содержится в клетках обычно в виде ионов. Постоянных химических связей с органическими соединениями организма он почти не образует. Благодаря калию цитоплазма имеет определённые коллоидные свойства; калий активирует ферменты белкового синтеза, обусловливает нормальный ритм сердечной деятельности, участвует в генерации биоэлектрических потенциалов, в процессах фотосинтеза.
Внутри клеток по сравнению с окружающей средой поддерживается высокая концентрация ионов калия, а концентрация ионов натрия — минимальна. Пока клетка жива, это различие в концентрации ионов между клеткой и средой стойко поддерживается работой ионных насосов. После отмирания клетки или повреждения ее мембранных структур градиент содержания ионов быстро выравнивается.
Натрий, как и калий, содержится в организмах животных и растений только в виде ионов и не образует комплексов с составными частями клеток. Хлористый натрий составляет значительную часть минеральных веществ крови и благодаря этому играет важную роль в регуляции водного обмена организма. При обильном потоотделении организм теряет значительное количество хлористого натрия, что отрицательно сказывается на его состоянии, приводит к снижению работоспособности. Ионы натрия вместе с другими ионами поддерживают соответствующий осмотический потенциал клеток, что благоприятствует поглощению воды растением из почвы.
Ионы натрия способствуют поляризации клеточной мембраны, осуществлению процессов раздражимости, при их участии происходит генерация потенциалов. Нормальный ритм сердечной деятельности зависит от наличия в питательной среде в необходимом количестве солей натрия, калия и кальция.
Ионы натрия, участвуют совместно с анионами органических кислот в поддержании и регулировании кислотно-щелочного равновесия организма. Этот ион влияет на синтез гормонов и является основным элементом при образовании буферной системы тканей и биологических жидкостей в организме. В связи с этим ежедневная потребность животных организмов в этом элементе достаточно велика. В растительных организмах роль натрия не столь разнообразна.
Кальций в ионном состоянии является антагонистом калия. Он входит в состав мембранных структур, в виде солей пектиновых веществ, образующих межклеточное вещество, соединяет растительные клетки. Много солей кальция в костях, оболочках некоторых водорослей, раковинах моллюсков, коралловых полипах. В растительных клетках он часто содержится в виде простых, игловидных или сросшихся кристаллов оксалата кальция.
В организме животных кальций играет важную роль в процессах образования желчи, повышает рефлекторную возбудимость спинного мозга и центра слюноотделения, принимает участие в процессах синаптической передачи нервных импульсов, сворачиваемости крови, соединении ДНК с белками. Кальций относится к важнейшим факторам молекулярного механизма мышечного сокращения.
Магний содержится в клетках в определенном соотношении с кальцием. Он входит в состав молекулы хлорофилла, образует соли с пектиновыми веществами, активирует энергетический обмен и синтез.
Железо — составная часть молекул хромопротеидов — гемоглобина и миоглобина. Оно участвует в биосинтезе хлорофилла, поэтому при недостатке железа в почве у растений развивается хлороз. Основная физиологическая роль железа — участие в процессах дыхания, фотосинтеза путем переноса электронов в составе окислительных ферментов (Fe-протеидов) — цитохромов, каталазы, пероксидазы, ферредоксина. Определенный запас железа в организме животных и человека сохраняется в железосодержащем белке ферритине, содержащемся в печени, селезенке.
Медь встречается в организмах животных и растений, где она играет важную роль. У беспозвоночных медь входит в состав гемоцианинов, которые подобно гемоглобину в организмах позвоночных переносят кислород. Медь входит в состав некоторых ферментов (оксидаз). Установлено значение меди для процессов кроветворения, синтеза гемоглобина и цитохромов.
Ежесуточно в организм человека с пищей поступает 2 мг меди. Недостаток этого элемента в продуктах питания вызывает ряд расстройств в организме, прежде всего нарушение процессов кроветворения и синтеза гемоглобина.
При недостатке меди в почве растения обедняются этим элементом ив недостаточной мере обеспечивают им животных. Животные в этих случаях заболевают «лизухой» — медной недостаточностью. У больных животных наблюдается анемия, расстройство пищеварения, потеря аппетита, заболевания сердца.
У растений медь входит в состав многих ферментов, которые участвуют в темновых реакциях фотосинтеза и других биосинтезах. Она необходима для получения нормально развитых семян. Недостаток меди в почве вызывает болезни растений.
Марганец — микроэлемент, при недостаточном количестве которого у растений возникает хлороз —функциональное заболевание, сопровождающееся пожелтением листьев. Входит в состав или повышает активность некоторых ферментов (карбоксилазы), благоприятствует процессу фотосинтеза. Большая роль принадлежит марганцу и в процессах восстановления нитратов в растениях.
Цинк входит в состав некоторых ферментов, активизирующих расщепление угольной кислоты. Важную роль играет цинк в синтезе растительных гормонов — ауксинов, аминокислоты пролина и др.
Бор влияет на ростовые процессы, особенно растительных организмов. При отсутствии в почве этого микроэлемента у растений отмирают проводящие ткани, верхушечные почки, цветки и завязь, на корнях бобовых растений плохо развиваются клубеньки.
При отсутствии в почве молибдена клубеньковые бактерии не поселяются на корнях бобовых, ухудшается деятельность устьичного аппарата листьев, угнетаются ростовые процессы в результате замедления биосинтеза белка. Большая роль принадлежит молибдену в азотном питании растений, в процессах восстановления нитратов, поскольку он входит в состав фермента нитратредуктазы. Этот микроэлемент повышает устойчивость растений к грибным заболеваниям.
В последнее время микроэлементы достаточно широко применяются в растениеводстве (предпосевная обработка семян, корневая и внекорневая подкормка растений) и животноводстве (микроэлементные добавки к корму и т. п.).
Другие неорганические компоненты клетки. Отдельные группы клеток специализировались даже на продуцировании некоторых неорганических соединений. В частности, клетки желудка образуют значительное количество соляной кислоты, которая в составе желудочного бока участвует в подготовке ив самом процессе переваривания пищи.
Клетки слюнных желез синтезируют определенное количество веществ со щелочными свойствами. В клетках многих животных образуется аммиак. При неблагоприятных условиях аммиак образуется и в растительных организмах, вызывая их отравление, так как выделительной системы у растений нет.
Неорганические компоненты клеток чаще всего находятся в виде солей, диссоциированных в растворе на ионы, или в нерастворенном состоянии (соли фосфора костной ткани, известковые или кремнеземные скелеты губок, кораллов, панцири диатомовых водорослей и др.).
—Источник—
Богданова, Т.Л. Справочник по биологии/ Т.Л. Богданова [и д.р.]. – К.: Наукова думка, 1985.- 585 с.
Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава
