Роль ионов металлов в биохимических процессах высших растений

Ионы магния Он входит в состав фотосинтетического пигмента — хлорофила и участвует в аккумуляции солнечной энергии в ходе фотосинтеза (Якушкина И.И., 2004). Также магний принимает участие в передвижении фосфора и в углеводном обмене, влияет на активность окислительно-восстановительных процессов.

При недостаточности магния снижается содержание хлорофилла в зеленых частях растений Поскольку хлорофилл поглощает солнечную энергию и с ее помощью углекислый газ и вода превращаются в сложные органические вещества: сахара, крахмал и др., само существование зеленых растений невозможно без магния. (Полевой В.В., 1989).

Ионы марганца Марганец, как и медь, играет важную роль в окислительно — восстановительных реакциях (он характеризуется высоким показателем окислительно-восстановительного потенциала), протекающих в растении. Он входит в состав ферментов, с помощью которых происходят данные процессы. Марганец непосредственно участвует в фотосинтезе, дыхании, в углеводном и белковом обменах. В растения марганец находится в разной степени окисления (Мn2+, Мn3+, Мn4+), но поступает в растение в виде ионов Мn2+. Среднее содержание данного элемента в растениях 0,001%.

Ионы марганца необходимы для нормального протекания фотосинтеза, так как входят в состав активного центра водоокисляющего комплекса ФС-2. Кроме того, марганец участвует в восстановлении С02, играет значимую роль в поддержании структуры хлоропластов. При недостатке марганца хлорофилл незамедлительно начинает разрушаться при освещениирастений. (Якушкина И.И., 2004).

Ионы кальция Кальций поступает в растение в течение всей его жизни в виде катионов Са2+ (Полевой В.В., 1989). Часть кальция находится в клеточном соке. Здесь он поддерживает определенное физиологическое равновесие ионов в клетке, главным образом нейтрализуя избыточно образующиеся органические кислоты; влияет на вязкость и проницаемость протоплазмы.(Малиновский В.И., 2004).

Помимо прочего кальций участвует в углеводном и белковом обмене растений, образовании и росте хлоропластов. От кальция в большей степени зависит построение нормальных клеточных оболочек. Кальций также как и марганец как входит в состав активного центра ВОК ФС-2.

Ионы цинка Поступает в растение в виде ионов Zn2+. Среднее содержание цинка в растениях 0,002%. В растениях цинк не участвует в окислительно-восстановительных реакциях, поскольку не обладает переменной валентностью. Он входит в состав более 30 ферментов, в т. ч. фосфатазы, карбоангидразы, алкогольдегидрогеназы, РНК-полимеразы и др. Кроме того, цинк участвует в синтезе аминокислоты триптофана, являющеся предшественником ростовых веществ (ауксинов) в растении. (Полевой В.В., 1989). Фермент КА важен для многих этапов процесса фотосинтеза. Например, углекислый газ, поступая в клетку, растворяется в воде, образуя Н2СO3: СO2 + Н2O НСO3 + Н+. Фермент карбоангидраза, катализируя высвобождение С02 из гидрата окиси углерода, способствует его быстрой фиксации в цикле Кальвина-Бенсона. (Якушкина И.И., 2004).

Цинк благоприятен для процесса синтеза хлорофилла. Вызываемое недостатком цинка нарушение процессов синтеза хлорофилла приводит к появлению на листьях хлоротичных пятен светло-зеленого, желтого и даже почти белого цвета. Однако, избыток цинка токсичен для растения, связан недостатком меди, железа и редких случаях приводит к гибели растения. (Полевой В.В., 1989).

Ионы меди Медь является переходным и тяжелым металлом, для которого доказано токсическое действие. При взаимодействии с НАДФН-оксидазой он вызывает образование Н2О2. В митохондриях и хлоропластах ионы тяжёлых металлов могут являться акцептором при переносе электронов или неправильно направляют перенос электрона (в зависимости от окислительно-восстановительного статуса металла), что вызывает образование свободных радикалов. Кроме того, ионы тяжёлых металлов могут быть причиной мутаций. (ArunK. Shanker, 2008).

Ионы медь входят непосредственно в состав ряда ферментных систем. 75% ионов меди, содержащейся в листьях, сконцентрировано в хлоропластах. Также в хлоропластах находится маленький, водорастворимый, медьсодержащий белок синего цвета — пластоцианин (молекулярная масса около 10,5 кДа). В пластоцианине содержание меди составляет 0,57%. Медь обладает способностью к обратимому окислению и восстановлению (Сu2+ е —> Сu+), пластоцианин участвует в переносе электронов от ФС-2 к ФС-1. При дефиците меди снижается активность ФС-1. (Якушкина И.И., 2004).

Исследования последних лет свидетельствуют, что ингибирующее действие ионов тяжелых металлов на фотосинтетические функции растений обусловлено их взаимодействием с компонентами ФС-2.