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).
Клеточные структуры | Металлы |
Рибосомы | Mg, Ca, Mn |
Ядра | Ca, Mg, Na, K, Fe, Zn, Cu, Mo |
Хлоропласты | Mg, Ca, K, Na, Mn, Fe, Cu, Mo |
Митохондрии | Ca, Mg, K, Na, Fe, Cu, Zn |
Вакуолярный сок | Na, Mg, K, Ca |
Клеточные стенки | Si, 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.