Клетка как носитель жизни:
Минеральные вещества и ионный состав клетки

источник: Физиология растений - 3-е изд., М: 1988 г. // Лебедев С.И.

Клетки и ткани растений состоят из элементарных частиц (протонов, электронов, нейтронов, фотонов), биоэлементов (воды, органогенов — Н, С, S, О, Р), ионов (Na+, К+, Mg2+, Са2+, Сl-), микроэлементов (Mn, Fe, Со, Cu, В, Al, V, Mo, I) и молекулярных структурных единиц (углеводов, жиров, фосфатидов, 20 аминокислот и 5 нуклеиновых оснований).

Таблица №1.
Распределение металлов в клетках растений (по Е. А. Бойченко)
Клеточные структурыМеталлы
РибосомыMg, Ca, Mn
ЯдраCa, Mg, Na, K, Fe, Zn, Cu, Mo
ХлоропластыMg, Ca, K, Na, Mn, Fe, Cu, Mo
МитохондрииCa, Mg, K, Na, Fe, Cu, Zn
Вакуолярный сокNa, Mg, K, Ca
Клеточные стенкиSi, Ca, иногда Mg, Al

Минеральные вещества в клетке находятся в виде солей или в соединении с белками, углеводами и липидами.

Соли, которые диссоциируют на анионы (Сl-) и катионы (Na+, К+), играют важную роль в поддержании осмотического давления и кислотно-щелочного равновесия клетки. Преобладающими ионами в клетке являются анионы фосфата. Между клеточными структурами металлы распределяются следующим образом (табл. 1).

Минеральные вещества обусловливают изменения физикохимического состояния коллоидов и тем самым непосредственно влияют на внутреннюю архитектонику клетки. Металлы и неметаллы оказывают токсическое и антитоксическое действие на живые ткани и органы, выполняют функцию катализаторов биохимических реакций, играют роль в поддержании тургора и проницаемости цитоплазмы. Они являются центрами электрических и радиоактивных явлений в клетке.

Биохимическими исследованиями последних лет установлено, что роль элементов, и особенно микро- и ультрамикроэлементов, определяется тем, что они входят в состав высокоактивных комплексных соединений, так называемых хелатов, участвующих в обмене веществ в растении.

Xелаты — это органические внутрикомплексные соединения циклического строения, в молекуле которых содержится ион какого-либо металла, принимающий участие в создании кольца. Они образуются из аминокислот, нуклеиновых и органических кислот, витаминов, антибиотиков. Свойствами хелатов обладают также ферменты, хлорофиллы и другие комплексные соединения. Хелаты обеспечивают движение металлов по сосудам растений, участвуют в переносе электронов между каталитически активными белками:

Исследование топографии галогенов (Cl, F, Br, I) в растениях показало, что наибольшее их количество содержится в листьях, несколько меньше — в корнях и стеблях. В генеративных органах больше всего галогенов в цветках. Галогены распределяются в листьях в базипетальном порядке, в стеблях — в акропетальном. Преобладание органических соединений в протопласте придает химическим реакциям, происходящим в нем, специфический характер.

В протопласте имеются соединения с гетерополярними связями (ионные соединения), в молекуле которых содержатся ионы — радикалы, несущие электрический заряд. Удержание этих ионов друг возле друга обусловливается силой электрического притяжения. Примером таких соединений может быть KNO3, в котором ионы К+ и NO3-, имея разные по знакам: электрические заряды, взаимодействуют между собой. Комплексные белковые соединения гетерополярны, и реакции в них происходят с большой скоростью.

Существуют иные типы органических соединений с гомеополярными связями, молекулы которых состоят из атомов, соединенных лишь атомными связями. Примером этого могут быть Н2, О2, N2, СН4, C6H6 и другие, в которых атомы соединяются между собой в молекулу парой электронов, общих для обоих атомов. Такие гомеополярные соединения в отличие от гетерополярных имеют малую электропроводность, и реакции в них осуществляются медленно, скорость их можно даже измерять.