ZNACZENIE MIKRO- I MAKROELEMENTÓW W ŻYCIU ORGANIZMÓW OPRACOWAŁA IWONA KUCHARSKA DORADCA METODYCZNY
Pierwiastek ZAWARTOŚĆ PIERWIASTKÓW W ŻYWYCH ORGANIZMACH (% WAGOWY SUCHEJ MASY) Wodorosty morskie Rośliny lądowe Zwierzęta morskie Zwierzęta lądowe Tlen 47,0 41,0 40,0 18,6 Węgiel 34,5 45,4 40,0 46,5 Wodór 4,1 5,5 5,2 7,0 Azot 1,5 3,0 7,5 10,0 Wapń 1,0 1,8 0,15-2,0 0,02-8,5 Siarka 1,2 0,34 0,5-1,9 0,5 Fosfor 0,35 0,23 0,4-1,8 1,7-4,4 Sód 3,3 0,12 0,4-4,8 0,4 Potas 0,5 1,4 0,5-3,0 0,74 Chlor 0,5 0,2 0,5-9,0 0,3 Magnez 0,5 0,3 0,5 0,1
KLASYFIKACJA PIERWIASTKÓW Makroelementy Pierwiastki, z których każdy stanowi co najmniej 0,01% suchej masy. Należą tu: Węgiel (C) Wodór (H) Tlen (O) Azot (N) Siarka (S) Fosfor (P) Sód (Na) Chlor (Cl) Potas (K) Wapń (Ca) Magnez (Mg) Mikroelementy Pierwiastki, których udział w suchej masie organizmu waha się od 0,01% do 0,00001%. Należą tu: Cynk (Zn) Wanad (V) Żelazo (Fe) Lit (Li) Miedź (Cu) Nikiel (Ni) Mangan (Mn) Kadm (Cd) Kobalt (Co) Cyna (Sn) Jod (J) Chrom (Cr) Fluor (F) Molibden (Mn) Selen (Se) Arsen (As) Krzem (Si) Bor (B)
MAKROELEMENTY
MAKROELEMENTÓW WĘGIEL (C) Podstawowy składnik związków organicznych (węglowodanów, tłuszczów, białek, kwasów nukleinowych) Pobierany jest w postaci CO2 - niezbędny dla roślin w procesie fotosyntezy
MAKROELEMENTÓW WODÓR (H) Składnik związków organicznych wchodzących w skład komórek wszystkich organizmów żywych Składnik wody (w tej postaci jest pobierany)
MAKROELEMENTÓW TLEN (O) Pobierany jest w postaci O2 oraz H2O Wchodzi również w skład związków organicznych (np. białka, węglowodany)
MAKROELEMENTÓW U ROŚLIN AZOT (N) Forma pobierania : NO - 3, NH 4 +, mocznik, W postaci azotu cząsteczkowego dostępny jest dla niektórych mikroorganizmów (Azotobacter, Clostridium, Rhizobium) i dla roślin żyjących z nimi w symbiozie Składnik: aminokwasów, białek, kwasów nukleinowych, koenzymów, chlorofilu, fitochromów, cytokinin, Funkcja: Składnik: aminokwasów, białek strukturalnych i enzymatycznych, kwasów nukleinowych, nuleotydów (ATP, NAD, NADP, FMN, FAD) koenzymów, chlorofilu (fotosynteza), cytochromy (oddychanie), fitochromów, cytokinin W postaci zasad amoniowych tworzą fosfolipidy, budujące błony plazmatyczne
OBJAWY NIEDOBORU AZOTU U ROŚLIN: Hamowanie wzrostu rośliny, szczególnie liści Małe liście - przedwcześnie zrzucane, Ograniczone kwitnienie niskie plony Liście bladozielone chloroza, Obniżenie poziomu cytokinin
MAKROELEMENTÓW U ROŚLIN SIARKA (S) Forma pobierania: W postaci utlenionej SO 4 2- W małych ilościach rośliny mogą asymilować ten pierwiastek jako SO 2 z atmosfery Siarka jest transportowana z korzeni do pędu głównie przez ksylem, w mniejszym stopniu przez floem Jest składnikiem związków smakowych i zapachowych w czosnku (allicyna), cebuli (cykloalliina), chrzanie czy olejków gorczycznych Funkcja: Składnik ważnych aminokwasów (cystyny, cysteiny i metioniny) i białek jako grupa SH lub tworzy mostki S-S Występuje w ferredoksynie Składnik koenzymów np. CoA Składnik sulfoloipidów (budują błony komórkowe), fitochelatyn, które wiążą w tkankach metale ciężkie
OBJAWY NIEDOBORU SIARKI U ROŚLIN: Chloroza liści najpierw młodych w następnej kolejności dotyczy liści starszych Pierwiastek ten cechuje się małą ruchliwością w roślinie (słaba reutylizaja)
MAKROELEMENTÓW U ROŚLIN FOSFOR (P) Forma pobierania: W postaci jonowej: H 2 PO 4 - lub HPO 4 2- Transport przez floem i ksylem Funkcja: Składnik: nukleotydów, kwasów nukleinowych, ATP, fosfolipidów Pełni kluczową rolę w przemianach energetycznych komórki (kumulowanie i przenoszenie energii) Formą zapasową fosforu jest fityna (sól magnezowowapniowa kwasu fitynowego), występująca głównie w nasionach
OBJAWY NIEDOBORU FOSFORU U ROŚLIN: Zmniejszenie przemian metabolicznych (szczególnie anabolicznych, wymagających dostarczenia energii) Początkowo zahamowanie wzrostu pędu, następnie korzenia Deficyt tego pierwiastka może stymulować zwiększenie liczby włośników (charakterystyczne korzenie zwane proteidami kształtu szczotki do mycia butelek) lub ich rozgałęzienie przystosowanie do zwiększonego poboru tego pierwiastka z podłoża Jest pierwiastkiem ruchliwym w roślinie łatwa reutylizacja
MAKROELEMENTÓW U CZŁOWIEKA FOSFOR (P) Źródła: Mięso, ryby, żółtko jaj, sery podpuszczkowe, podroby, suche nasiona roślin strączkowych, wędliny, napoje typu coca- cola, pieczywo, produkty zbożowe (w postaci fitynianów niska przyswajalność) Norma: 700 mg dla dorosłych Przyswajalność tego pierwiastka spada w obecności błonnika oraz przy zwiększonym spożyciu wapnia i fosforu Funkcja: Budowa kości Wchodzi w skład białek, kwasów nukleinowych, lipidów,węglowodanów, związków wysokoenergetycznych Bierze udział w przemianach metabolicznych Jony fosforu buforują odczyn płynów ustrojowych (wraz z innymi jonami)
MAKROELEMENTÓW U ROŚLIN POTASU (K) Forma pobierania: w postaci K + Jest bardzo ruchliwy (łatwo reutylizowany) Transportowany przez ksylem i floem Funkcja: Występuje w chloroplastach, mitochondriach i cytozolu, aktywuje ponad 50 enzymów (proces fotosyntezy, oddychania komórkowego, transport przez błony np. jonów wodoru) Uczestniczy w osmoregulacji (wpływając na ruchy: aparatów szparkowych, nyktii sejsmonastyczne) Wpływa na równowagę jonową komórki
OBJAWY NIEDOBORU POTASU U ROŚLIN: Plamy nekrotyczne i chlorotyczne (od wierzchołka rośliny oraz od brzegów blaszki liściowej) Zahamowany wzrost (głównie korzeni, organów spichrzowych i organów reprodukcyjnych) Wiotka łodyga
MAKROELEMENTÓW U CZŁOWIEKA POTAS (K) Źródła: Produkty zbożowe, mleczne, mięso i jego przetwory, ziemniaki, warzywa, owoce, nasiona roślin strączkowych Norma: 3500 mg dla dorosłych Funkcja: Składnik protoplazmy komórki Regulacja gospodarki wodno elektrolitowej, ciśnienia osmotycznego i odczynu środowiska Wpływa na prawidłową kurczliwość mięśni
MAKROELEMENTÓW U CZŁOWIEKA SÓD (Na) Źródła: Sól kuchenna 90% oraz produkty spożywcze nieprzetworzone jako ich naturalny składnik np. mięsa 10% Norma: 575 625 mg dla dorosłych, dla dzieci i młodzieży zaleca się mniejsze spożycie Funkcja: Składnik płynów pozakomórkowych (np. osocza krwi) Regulacja gospodarki wodno elektrolitowej, ciśnienia osmotycznego i odczynu środowiska
OBJAWY NADMIARU SODU U CZŁOWIEKA: Powstawanie nadciśnienia tętniczego Ryzyko rozwoju raka żołądka Ryzyko wystąpienia udarów mózgu
MAKROELEMENTÓW U ROŚLIN WAPŃ (Ca) Forma pobierania: W postaci Ca 2+ (przy niskim ph) W szerszym zakresie ph tworzy połączenia ze związkami organicznymi tzw. chelaty Transportowany jest głównie przez ksylem Funkcja: Kofaktor enzymów np. ATPazy, fosfolipazy, amylazy, Tworzy komplesy z białkami np. kalmoduliną (wtórny przekaźnik informacji ze środowiska w celu regulacji metabolizmu) Łączy się z pektynami i celulozą składnik ściany komórkowej
OBJAWY NIEDOBORU WAPNIA U ROŚLIN: Zahamowanie wzrostu Deformacja liści Zamieranie wierzchołków pędów Śluzowacenie korzeni Sucha zgnilizna owoców (pomidora i papryki) Gorzka plamistość jabłek
MAKROELEMENTÓW U CZŁOWIEKA WAPŃ (Ca) Źródła: Pokarm (mleko i jego produkty), konserwy rybne, dynia, nać pietruszki, Norma: 800-900 mg, kobiety ciężarne i karmiące 1200mg Składnik kości i zębów, Ok. 1% znajduje się w tkankach miękkich, we krwi i innych płynach ustrojowych, Funkcja: Wapń wpływa na: Prawidłowe funkcjonowanie mięśnia sercowego Przepuszczalność błon komórkowych Przewodzenie bodźców nerwowych Krzepnięcie krwi Zwiększenie odporności organizmu Aktywator enzymów trawiennych lipazy, podpuszczki
OBJAWY NIEDOBORU LUB NADMIARU WAPNIA U CZŁOWIEKA: Spadek poziomu wapnia we krwi poniżej 8 mg% wywołuje tężyczkę (drgawki, silne skurcze mięśni kończyn) Hipokalcemia u dzieci krzywica, zahamowanie wzrostu, u dorosłych łamliwość kości i osteoporoza Nadmiar zaburzenia pracy serca i oddychania.
MAKROELEMENTÓW U ROŚLIN MAGNEZ (Mg) Forma pobierania: W postaci Mg 2 transportowany głównie przez ksylem Funkcja: Składnik chlorofilu w postaci czterowartościowego kompleksu tzw. chelatu (fotosynteza) Tworzy połączenia między podjednostkami rybosomu (translacja) Tworzy mostki jonowe między ATP a białkami enzymatycznymi (ważne przy katalizowaniu reakcji) Wpływa na aktywność RuBisCo, enzymu katalizującego przyłączenie dwutlenku węgla do RuBP w fazie ciemnej fotosynyezy (występującej w stromie chloroplastów) Wraz z pektynami wchodzi w skład ściany komórkowej
OBJAWY NIEDOBORU MAGNEZU U ROŚLIN: Chlorozy i nekrozy Czerwienienie liści między nerwami Zahamowanie wzrostu, szczególnie korzeni
MAKROELEMENTÓW U CZŁOWIEKA MAGNEZ (Mg) Źródła: Produkty pochodzenia głównie roślinnego: produkty zbożowe (ciemne pieczywo0, grube kasze, w zielonych częściach roślin, ziemniaki, nasiona roślin strączkowych oraz mięso i ryby Norma: 300-370 mg dla dorosłych Przyswajalność tego pierwiastka spada w obecności błonnika oraz przy zwiększonym spożyciu wapnia i fosforu Funkcja: Budowa kości i zębów Aktywator wielu enzymów tkankowych Niezbędny w przemianach białek i kwasów tłuszczowych Niezbędny do prawidłowego funkcjonowania układów: nerwowego, mięśniowego i krążenia Odgrywa też rolę w zapobieganiu miażdżycy
MAKROELEMENTÓW U ROŚLIN CHLOR(Cl) Forma pobierania i funkcja: Cl - Uczestniczy w reakcjach fotosyntezy konieczny w reakcjach uwalniania tlenu podczas fotolizy Objawy niedoboru: Chloroza i nekroza liści, Zmniejszenie wzrostu liści
MIKROELEMENTY
MIKROELEMENTÓW U ROŚLIN ŻELAZO (Fe) Forma pobierania i funkcja: Fe 2+, Fe 3+ oraz w formie chelatów Składnik: cytochromów, ferredoksyny, katalazy, peroksydazy, reduktazy azotanowej Objawy niedoboru: Chloroza całych, młodych liści
MIKROELEMENTÓW U CZŁOWIEKA ŻELAZO (Fe) Występowanie w organizmie i funkcja: 65% - w barwniku krwi hemoglobinie, 12% w mioglobinie, ponadto w wątrobie, śledzionie i w szpiku kostnym Fe uczestniczy w procesach utleniania jest przenośnikiem tlenu Objawy niedoboru i źródła: Zmniejszenie odporności organizmu na infekcje Anemia Główne źródła lepiej przyswajalne są formy hemowe, a więc pochodzące z produktów zwierzęcych (wątroba, mięso, drób, ryby), W mniejszym stopniu przyswajalne jest żelazo w formie niehemowej z produktów roślinnych (pieczywo, kasze, nasiona roślin strączkowych, warzywa liściaste) Przyswajalność tego pierwiastka wzrasta w obecnośći wit. C, kwasu foliowego oraz miedzi
MIKROELEMENTÓW U ROŚLIN MANGAN (Mn) Forma pobierania i funkcja: Mn 2+, Mn 3+ oraz w formie chelatów Uczestniczy w reakcji fotolizy wody i wydzielaniu tlenu w czasie fotosyntezy Aktywator enzymów: dekarboksylaz, dehydrogenaz, uczestnicząc w metabolizmie cukrów, tłuszczów i białek Objawy niedoboru: Zahamowanie wzrostu wydłużeniowego (zmniejszenie zawartości auksyn) Tworzenie korzeni bocznych Mozaikowa chloroza Nekroza międzyżyłkowa Smugowate plamy u zbóż Zwiększenie wrażliwości roślin na niskie temperatury Opadanie liści
MIKROELEMENTÓW U CZŁOWIEKA MANGAN(Mn) Występowanie w organizmie i funkcja: Występuje głównie w mózgu, wątrobie, nerkach i kościach Niezbędny jest do budowy kości, funkcjonowania układu nerwowego oraz procesach rozrodczych Uczestniczy w wytwarzaniu erytrocytów Jest składnikiem wielu enzymów tkankowych Norma: 2,0 5,0 mg/dzień Objawy niedoboru i źródła: Osłabienie wzrostu Osłabienie tkanki łącznej Deformacje szkieletu Występowanie: otręby pszenne, ciemne pieczywo, suche nasiona roślin strączkowych, herbata
MIKROELEMENTÓW U ROŚLIN BOR (B) Forma pobierania i funkcja: H 2 BO 3, BO 3 3-, B 4 O 7 2- Funkcja nie jest do końca poznana Wchodzi w skład ściany komórkowej (tworząc raczej labilne połączenia estrowe z cukrami) Uczestniczy w procesie wzrostu (podziały komórkowe, wzrost łagiewki pyłkowej) Pośrednio uczestniczy w metabolizmie (być może i transporcie) cukrowców Objawy niedoboru: Zahamowanie wzrostu całych roślin, łagiewki pyłkowej oraz podziałów i elongacji w merystemach wierzchołkowych: pędu i korzenia Nekroza wierzchołków wzrostu Zamieranie kwiatów Kruche liście Brak zawiązywania owoców, owoce słabo wyrośnięte, skorkowaciałe i spękane
MIKROELEMENTÓW U ROŚLIN MIEDŹ (Cu) Forma pobierania i funkcja: Cu 2+,Cu + oraz w formie chelatów (połączenia z aminokwasami i białkami) Uczestniczy w reakcjach oksydordukcyjnych (składnik plastocyjaniny, oksydazy cytochromowej i askorbinianowej, tyrozynazy), pełniąc rolę w procesach fotosyntezy, oddychania oraz w metabolizmie zwiazków azotowych i cukrowców Uczestniczy w lignifikacji ściany komórkowej Objawy niedoboru: Zaburzenia w syntezie skrobi Nekrotyczne plamy i niebieskozielona barwa liści Zakłócenia w powstawaniu i żywotności pyłku Zaburzenia w formowaniu organów generatywnych Zahamowanie wypełniania ziarniaków zbóż choroba nowin (dotyczy często gleb świeżo wziętych pod uprawę i torfowych
MIKROELEMENTÓW U CZŁOWIEKA MIEDŹ(Cu) Występowanie w organizmie i funkcja: Występuje głównie w mózgu i wątrobie oraz w mięśniach i kościach Norma: 2,0 2,5 mg/dobę Uczestniczy w biosyntezie hemu (niezbędna do syntezy hemoglobiny erytrocytów) Uczestniczy w przemianie materii Jest składnikiem niektórych enzymów (oksydaz) Objawy niedoboru i źródła: Niedobór wywołuje anemię Występuje głównie w mięsie i podrobach, nasionach roślin strączkowych, w ciemnym pieczywie oraz w warzywach i niektórych owocach
MIKROELEMENTÓW U ROŚLIN CYNK (Zn) Forma pobierania i funkcja: Zn 2+ oraz w formie chelatów Jest składnikiem lub wpływa na aktywność enzymów np. anhydrazy węglanowej, karbosypeptydazy, dehydrogenazy alkoholowej, polimerazy RNA, Uczestniczy w metabolizmie cukrów, syntezie białek Objawy niedoboru: Zhamowanie międzywęźli u drzew z jednoczesnym zmniejszeniem powierzchni liści Zaburzenia procesu wzrostu (wynikające z dezintegracji rybosomowego RNA) U starszych roślin jasnozielone przebarwienia liści Uczestniczy w regulacji ekspresji genów (jest składnikiem rybosomów) Występuje w metaloproteinach Uczestniczy w stabilizacji struktur białkowych
MIKROELEMENTÓW U CZŁOWIEKA CYNK (Zn) Występowanie w organizmie i funkcja: Występowanie: kości, wątroba, trzustka, nerki Norma: 13 mg dla dziewcząt i kobiet, 16 mg dla chłopców i mężczyzn Rola: uczestniczy w przemianach białek, cukrowców (insulina) i kwasów nukleinowych, wykorzystywany jest ten pierwiastek w procesie tworzenia się tkanki kostnej Objawy niedoboru i źródła: Cukrzyca Zanik mięśni Choroby nowotworowe Źródła: głównie produkty zwierzęce (lepsza przyswajalność) mięso, mleko, jaja, nasiona roślin strączkowych. W następnej kolejności warzywa i owoce fityniany (sole kwasu fitynowego miedzi, cynku, magnezu, manganu czy żelaza) i hemicelulozy hamują wchłanianie tego pierwiastka
MIKROELEMENTÓW U ROŚLIN MOLIBDEN (Mo) Forma pobierania i funkcja: MoO 4 2- Występuje w najmniejszej ilości ze wszystkich mikroelelmentów Znacznie zwiększenie pobierania Mo przy niskim ph ( w przeciwieństwie do innych składników mineralnych) Wraz z żelazem wchodzi w skład nitrogenazy i reduktazy azotanowej wpływ na metabolizm azotowy Objawy niedoboru: Zmniejszenie produkcji i żywotności pyłku Zahamowanie rozwoju blaszki liściowej z nadmiernym ich użyłkowniem (biczykowatość liści kalafiora) Chloroza młodych liści Zahamowanie rozwoju brodawek i wzrostu roślin motylkowych Deformacja pędu
MIKROELEMENTÓW U CZŁOWIEKA MOLIBDEN (Mo) Występowanie w organizmie i funkcja: Występowanie: enzymy uczestniczące w syntezie hemoglobiny Norma: 75 270 mikrogram/dobę Rola: tworzenie hemoglobiny, zapobiega próchnicy zębów oraz zmianom w układzie szkieletowym Objawy niedoboru i źródła: Uszkodzenia stawów Osłabienie wzrostu Osteoporoza Źródła: drożdże, wątroba, kasza gryczana, ryż.
MIKROELEMENTÓW U ROŚLIN NIKIEL (Ni) Forma pobierania i funkcja: Ni 2+ Składnik ureazy rola w przemianach przy nawożeniu azotowym Składnik hydrogenaz Uczestniczy w metabolizmie pochodnych mocznika Wpływa na pobieranie żelaza i wiązanie azotu atmosferycznego Objawy niedoboru: Nekroza liści Gromadzenie mocznika
MIKROELEMENTÓW U CZŁOWIEKA JOD (J) Występowanie w organizmie i funkcja: Występowanie: Tarczyca (składnik hormonów tyroksyny i trójjodotyroniny) Norma: 140 160 mikrogram/dobę Rola: hormony regulują metabolizm (akcję serca, przemianę materii) oraz mają wpływ na pobudliwość układu nerwowego Objawy niedoboru i źródła: Przerost gruczołu tarczycowego (wole proste) Źródła: ryby morskie (dorsze, śledzie), sól jodowana, mleko, produkty roślinne.
MIKROELEMENTÓW U CZŁOWIEKA FLUOR (F) Występowanie w organizmie i funkcja: Występowanie: kości, zęby (96%) Norma: 1,5 4, 0 mg/dobę Rola: zwiększa twardość tkanki kostnej i szkliwa (zapobiega procesowi rozpuszczania szkliwa przez kwasy organiczne i działa hamująco na rozwój bakterii), umożliwia prawidłowy rozwój uzębienia. Objawy niedoboru i źródła: Próchnica zębów Źródła: głównie woda pitna, następnie ryby morskie i herbata, w mniejszych ilościach występuje w mleku i warzywach.
MIKROELEMENTÓW U CZŁOWIEKA SELEN (Se) Występowanie w organizmie i funkcja: Występowanie: organiczne i nieorganiczne związki tego pierwiastka ulegają konwersji do form biologicznie aktywnych Norma: 60 70 mikrogram/dobę Rola: przeciwutleniacz neutralizuje niektóre toksyny np. metale ciężkie (kadm, rtęć), nadtlenkiem wodoru. Stymuluje pracę serca. Objawy niedoboru i źródła: Degeneracja mięśni Hemoliza Choroby nowotworowe Źródła: ryby morskie, mięso, nerki, kukurydza, ryż.
BIBLIOGRAFIA 1. Fizjologia roślin pod redakcją Jana Kopcewicza i Stanisława Lewaka, Wyd. PWN, Warszawa 2005. 2. Witaminy i mikroelementy przełożyli Piotr R. Burda, Małgorzata Gutowska Jabłońska, Agata Rudowska, wyd. Prószyński i S-ka, Warszawa 1997. 3. Zasady żywienia człowieka Hanna Kunachowicz, Elżbieta Czarnowska Misztal, Halina Turlejska, WSiP, Warszawa 2000.