Металлы
Металлы — калий, кальций, магний, натрий, железо — поглощаются растениями в виде катионов: К+, Na+, Са2+, Mg2+, Fe2+. Они влияют на состояние коллоидов цитоплазмы и являются регуляторами жизненных процессов, происходящих в растении, стимулируя одни и задерживая другие. Кроме того, некоторые металлорганические соединения содержатся в клетках важнейших органов растений. Например, в семенах много магния, он входит в состав хлорофилла, а железо и медь — в состав ферментов.
Катионы играют важную роль в жизни растений. Установлено, что катионы, введенные в коллоидный раствор, изменяют электрическое равновесие, увеличивают или уменьшают заряд коллоидных частиц, что приводит к изменению устойчивости коллоидного раствора цитоплазмы, с состоянием которого тесно связаны процессы жизнедеятельности клетки. В клетках растительного организма постоянно происходит переход золей в коацерваты и гели. Катионы создают термодинамические градиенты на мембранах цитоплазмы и участвуют в работе мембранных ионных насосов.
Таким образом, наличие в клетке электролитов — один из важнейших факторов регулирования процессов коацервации. Действие ионов на коллоиды зависит от их электрического заряда и специфических свойств. Поэтому для сложного комплекса коллоидно-химических явлений, происходящих в клетке, необходим и сложный комплекс имеющихся в ней анионов и катионов. Металлы так, ион кальция влияет на изменение изоэлектрической точки клеточных коллоидов: при введении в питательный раствор солей кальция появляется положительный антагонизм по отношению к другим катионам. В связи с этим ликвидируется вредное действие, магния и натрия на растение, т. е. восстанавливается физиологическая уравновешенность раствора. Влияние электрического заряда, свойственного катионам, сказывается на состоянии биоколлоидов цитоплазмы: гидратации, изменении ее вязкости.
Калий связан с жизнедеятельностью протопласта. В растениях он содержится в форме солей и их ионов (КСl, КНСО3, К2НРО4). Особенно много калия в молодых органах — меристемах почек, молодых листьях, живых тканях коры и др. В их золе калий составляет более 50% общего количества зольных элементов. Наоборот, в старых органах калия мало: он передвигается оттуда в молодые с большим количеством протопласта части растений. В золе низших бесхлорофилльных растений содержание калия достигает 60%. Много калия обнаружено в органах, богатых углеводами, например в корнях сахарной свеклы, клубнях картофеля, крахмалистых семенах. Значительная потребность в этом элементе наблюдается у растений, образующих большие запасы углеводов. Есть основание считать, что калий участвует в их превращении. Металлы на это указывает повышенное содержание его в клетках палисадной ткани, где происходит первичный синтез углеводов. Благодаря относительно небольшой энергии гидратации ионов калий играет значительную роль в обводненности клеток. Калий повышает активность ферментов амилазы и β-фруктофураяозидазы (сахаразы), воздействующих на углеводы, усиливает действие протеолитических ферментов, активирует гидролитическую и синтетическую деятельность этих ферментов. Он активирует более 20 ферментов, участвующих в реакциях синтеза и гидролиза АТФ.
Согласно последним исследованиям, ионы калия занимают определенное место в боковых цепях крупных молекул белковых веществ. Экспериментально доказано, что содержащийся в растении калий по форме связи может быть разделен на две части: одна находится в лабильной связи с коллоидами — адсорбированный калий, другая образует прочные связи химической природы, и такого калия в клетках содержится 50%. Свойство калия образовывать лабильные связи с белком и легко переходить в ионную форму важно для обмена веществ. У растений, обеспеченных этим элементом, интенсивно протекает фотосинтез.
Металлы Калий способствует конверсии солнечной энергии в АТФ, участвует в переносе энергии в клетке и синтезе высокомолекулярных соединений (белков, полисахаридов), что способствует повышению эффективности фотосинтеза. Ускорение потока энергии происходит благодаря активации калием ферментативных реакций, которые катализируют перенос богатых энергией фосфорных связей. Он непосредственно влияет на синтез, обмен аминокислот и полимеризацию более высокомолекулярных соединений (белков, нуклеиновых кислот и нуклеотидов). Относительно высокая внутриклеточная концентрация ионов калия необходима по крайней мере для двух процессов, имеющих жизненно важное значение для клетки: для синтеза белка рибосомами и для гликолиза, при котором ионы калия служат активаторами пируваткиназы (А. Лепинджер).
