Микроэлементы

Микроэлементы представляют собой группу незаменимых минеральных элементов, выполняющих важные функции в жизнедеятельности растительных организмов. К числу микроэлементов, содержание которых в организме исчисляется тысячными и даже триллионными долями процента, относятся: железо, кобальт, марганец, медь, молибден, цинк, кадмий, фтор, йод, селен, строн­ций, бериллий, литий и др.

Микроэлементы принимают участие в окислительно-восстановительных процессах, фотосинтезе, азотном и углевод­ном обменах, входят в состав активных центров ферментов и витаминов, повышают устойчивость растений к болезням и неблагоприятным условиям внешней среды. Недостаток микро­элементов вызывает ряд заболеваний и нередко приводит к гибели растений уже в раннем возрасте.

Бор — один из наиболее важных для растений микро-цементов. Его среднее содержание составляет 0,0001%, или 0,1 мг на 1 кг сухой массы. В боре наиболее нуждаются двудольные растения. Обнаружено значительное содержание бора в цветках, особенно в рыльце и столбиках. В клетке большая часть этого микроэлемента сконцентрирована в кле­точных стенках. Бор усиливаем рост пыльцевых трубок, про­растание пыльцы, увеличивает количество цветков и плодов. Без него нарушается созревание семян. Бор снижает актив­ность некоторых дыхательных ферментов, оказывает влияние па углеводный, белковый и нуклеиновый обмен. При его не­достатке нарушаются синтез, превращения и транспорт углеводов. формирование репродуктивных органон, оплодотворе­ние и плодоношение. Бор необходим растениям в течение всего периода их развития. Он не может реутилизироваться и поэтому при борном голодании прежде всего отми­рают конусы нарастания — наиболее типичный симптом бор­ной недостаточности.

Марганец необходим всем растениям. Среднее его содержа­ние составляет 0,001 %, или 1 М1 на 1 кг сухой массы тканей. В клетки он поступает в форме Мп²"¹". Марганец накапливается в листьях. Установлено участие ионов этого металла в выделении кислорода (фоторазложение воды) и вос­становлении СО; при фотосинтезе. Марганец способствует уве­личению содержания Сахаров и их оттоку из листьев. Две дегидрогеназы дыхательного цикла Кребса — малат- и изоцитратдегидрогеназы — активируются ионами марганца. Азотный обмен растений также не обходится без марганца, который необходим для функционирования комплекса нитратредуктазы при восстановлении нитратов.

Микроэлементам, несмотря на их малое количественное содержание в организмах, принадлежит значительная биологическая роль. Помимо общего благоприятного влияния на процессы роста и развития, установлено специфическое воздействие ряда микроэлементов на важнейшие физиологические процессы — например, фотосинтез у растений.

Связь между ролью элемента в жи­вом организме и положением его в периодической сис­теме хорошо прослежена для многих микроэлементов, однако далеко еще не все стороны этой зависимости изучены в достаточной степени.

Обратимся теперь к сущности влияния микроэлемен­тов на живой организм. Наиболее характерна высокая биологическая активность микроэлементов, т. е. способ­ность чрезвычайно малых доз их оказывать сильное дей­ствие.

Мощное воздействие микроэлементов на физиологи­ческие процессы и организме объясняется тем, что они вступают в теснейшую связь с биологически активными органическими веществами — гормонами, витаминами. Изучена также их связь со многими белками и фермен­тами. Именно указанными взаимоотношениями и опре­деляются основные пути вовлечения микроэлементов в биологические процессы.

В настоящее время твердо установлена связь между микроэлементами и витаминами. Показано, что марганец необходим для образования в ряде растений витамина С (аскорбиновой кислоты), предохраняющего человека и, некоторых животных от заболевания цингой. Есть данные, показывающие, что введением марганца можно вы­звать образованиеаскорбиновой кислоты в организме тех видов животных, которые обычно неспособны к вы­работке этого витамина. Марганец, по-видимому, нужен и для действия витамина D (антирахитного) и B₁ (антиневритного). Намечается связь между микроэлементом цинком и витамином В₁. Однако наиболее интересно открытие антианемического витамина B₁₂, недо­статок которого в организме приводит к тяжелым фор­мам анемии (злокачественному малокровию). Оказа­лось, что этот витамин — соединение микроэлемента коба­льта и сложной органической группы.

Как известно, многие металлы, преимущественно микроэлементы, в растворах обладают ярко выражен­ным каталитическим действием, т. е. способны в значительнойстепени, в сотни тысяч и миллионы раз, уско­рять течение химических реакций. Это каталитическое действие микроэлементы проявляют и в живом организ­ме, особенно тогда, когда они вступают во взаимо­действие с органическими веществами, содержащими азот.

Максимальную каталитическую активность металлы как таковые или, чаще, их металлоорганические (органо-минеральные) соединения приобретают, всту­пая в соединения с белками. Именно такое строение имеют многие биологические катализаторы — ферменты. Помимо значительного повышения активности, роль белкового компонента заключается в придании таким соединениям, в основном ферментам, специфичности действия.

При взаимодействии микроэлементов с белковыми компонентами ферментов образуются металлоэнзимы. Состав большой группы металлоэнзимов характеризует­ся наличием в них металла в качестве стабильного ком­плекса (железосодержащие ферменты — каталаза, пероксидаза, цитохромы, цитохромоксидаза и др.).