TEMA BROJA

Dr Ana Paunović

Periodni sistem elemenata / Biološki značaj nekih elemenata

Iz zemljišta i preko biljaka do...

Hemijski elementi koji ulaze u sastav ćelija živih bića nazivaju se biogeni elementi. Oni su prisutni u svim komponentama živih bića, u neorganskom ili u organskom obliku. Od 117 prirodnih elemenata, 6 elemenata - ugljenik, vodonik, azot, kiseonik, fosfor i sumpor - čine sastav oko 99% živog tkiva. Ovi elementi imaju određene osobine (mali i laki atomi, elektroni blizu nukleusa, sposobnost da formiraju čvrste i stabilne veze) zbog kojih su, tokom stvaranja života, postali elementi koji izgrađuju žive ćelije. Gotovo svi se javljaju u sastavima jedinjenja. Pored ugljenika, kiseonika i vodonika, glavne hranljive materije od značaja za biljke su: azot, fosfor, sumpor, kalijum, kalcijum i magnezijum.

Elementi koji ulaze u sastav biljaka mogu se klasifikovati na više načina. Najčešće se klasifikuju prema kvantitativnoj zastupljenosti i funkciji u biljci. Prema prisutnosti u biljkama mogu se podeliti u tri grupe:

I grupa - elementi neophodni za izgradnju i normalan razvoj: C, O, H, N, P, S, Ca, K, Cl, Na, Mg, Zn, Fe, Cu, Mn, Mo, Co, Se... Sastojci su enzima, hormona, vitamina i smatraju se nezamenljivim.
II grupa - elementi čija biološka funkcija nije dovoljno proučene: Sr, Br, F, B, Si, Cr, Be, Ni, Li, Cs, Sn, Al, Ba, Rb, Ti, Ag, Ga, Ge, As, Sb, U, Th... Ulaze u sastav jedinjenja čija funkcija u metabolizmu nije dovoljno pručena.
III grupa - elementi čije se prisustvo smatra slučajnim: Tl, Nb, In, Te, La, Pr, Nd, Eu, Tb, Er, Hg, Pb, Cd, Re... Nalaze se u biljkama, ali nema dovoljno podataka o njihovoj funkciji u metabolizmu.

Prema koncentraciji u organizmu, uobičajeno se dele na: makroelemente - 0,040% i više, mikroelemente - do 0,039% i ultramikroelemente - elementi u tragovima. Magnezijum, natrijum, kalcijum, kalijum i hlor često se označavaju kao makronutrijenti. Iako u mnogim organizmima čine samo oko 0,1% organske materije, neophodni su za centralne životne funkcije.

Fosfor i biljke mesožderi

Azot (N) je potreban za brzi rast i razvoj biljke. Utiče na rast korena i stabla, obrazovanje lisne površine, otpornost biljaka na nepovoljne uslove spoljašnje sredine i bolesti, kvalitet proizvoda i prinos. Zbog tog razloga se stavlja akcenat na azotna đubriva. Do pojave nedostataka azota najčešće dolazi na peskovitim i šljunkovitim zemljištima, siromašnim humusom, kao i na zemljištu koje se intenzivno koristi i navodnjava. Kao što nije poželjan manjak nije poželjan ni višak ovog elementa jer, u tom su slučaju, biljke su osetljivije na bolesti i, kod nekih useva, podložne su poleganju.
Fosfor (P) je biljci potreban za prenos energije. Važan je sastojak genskih struktura, enzima membranskih fosfolipida. Od velike je važnosti pri stvaranju zdravog korena i formiranju zdravog cveta. Biljka najintenzivnije usvaja fosfor u ranoj fazi rasta i formiranja korenovog sistema. Zbog toga se, u toj početnoj fazi rasta biljke, dodaju đubriva sa većim sadržajem fosfora. Fosfor povoljno utiče na otpornost biljaka prema niskim temperaturama i bolestima.
Karnivorne biljke su nastale adaptacijom biljaka na zemljišta siromašna mineralima, posebno azotom i fosforom. Da bi došle do tih minerala, one su se morfološki prilagodile i počele da se hrane protozoama i životinjama, a posebno zglavkarimima i insektima, hvatajući ih u klopke. Na taj način su postali predatori, što je dosta redak slučaj kod biljaka. One se i dalje hrane fotosintezom jer u sebi sadrže hlorofil, kao i procesom dobijanja vode i drugih mineralnih materija preko korenja. Pored listova imaju modifikovane apsorpijske dlačice pomoću kojih upijaju produkte nastale od tela insekata koje su razgradili enzimi iz njihovih žlezda. Poseduju specijalne mehanizme za hvatanje plena.
Rosulja (Drosera rotundifolia), poznata i kao rosna trava ili rosica, je karnivorna višegodišnja i zeljasta biljka iz roda koji obuhvata preko 170 vrsta. Ova biljka se javlja na staništima gde je zemljište siromašno mineralnim materijama ili je previše kiselo pa biljka mora da nadoknadi taj nedostatak, a to čini tako što hvata insekte i vari ih. Rosulja je biljka kojoj odgovaraju kisela i vlažna močvarna zemljišta kao i treseti, a izbegava krečnjačka tla. U oblasti Vlasine je pronađena podvrsta rosulje koja uspeva jedino tu i iz nekog razloga ne raste u drugim delovima Srbije.

Osetljive na...

Kalijum (K) je jedan od tri najvažnija elementa za biljke. Utiče na fotosintezu, sintezu proteina, metabolizam, transport hrane, nakupljanje ugljenih hidrata, vodni režim, otpornost biljaka na niske temperature i bolesti. Nedostatak K može dovesti do brojnih poremećaja u metabolizmu biljaka, što se ogleda smanjenjem prinosa i lošim kvalitetom ploda. U početku bitan je za rast vegetativnih organa, a u drugom delu vegetacije bitan je za pigmentaciju ploda, sadržaj suve materije i sadržaj šećera. Kod uzgajivača cveća kalijum je značajan za intenziviranje boje cveta.
Magnezijum (Mg) je sastavi deo hlorofila pa otud i njegova važnost u ishrani biljaka. Do pojave nedostatka ovog elementa dolazi na siromašnim zemljištima.
Kalcijum (Ca); njegovo prisustvo u biljkama vezano je za čvrstoću ploda. Nedostatak kalcijuma ozbiljno utiče na razvoj i kvalitet ploda i izaziva niz nepravilnosti kod povrtarskih (vršna trulež) i voćarskih (gorke pege kod jabuke) useva.
Gvožđe (Fe) učestvuje u brojnim životnim procesima biljaka, kao što su: sinteza hlorofila, metabolizam, disanje, fotosinteza. Potrebe biljaka za gvožđem su male, ali su važne jer njegov nedostatak prouzrokuje da listovi požute.

Bor (B) je jedan od najznačajnijih mikroelemenata, posebno u procesu oplodnje. Utiče na rast polenovih prašnika pa samim tim i na procenat oplodnje, koji je veći kod useva tretiranim bornim đubrivima. Nedostatak bora može biti izražen u baznim (alkalnim) zemljištima i u vreme suše. Neki od simptoma nedostatka su: smanjen rast i razvoj biljke, smanjenje rasta biljke, mlado lišće je deformisano i naborano, izraženo je slabije zametanje cvetova i plodova.
Mangan (Mn) je značajan mikroelement i njegova uloga se izražava u procesu asimilacije azota; utiče na sintezu hloroplasta u biljkama. Malina, kupina, jabuka i šećerna repa su posebno osetljive na nedostatak mangana.
Cink (Zn) - njegovim nedostatkom inhibira se sinteza hormona rasta i smanjuje napredovanje biljaka. Izražene promene se vide na listovima koji ostaju sitni i uski. Prisustvo ovog elementa u optimalnoj količini povećava otpornost biljaka prema bolestima i suši.
Bakar (Cu) je bitan za proces fotosinteze. Uglavnom ga ima u zemljištu u dovoljnim količinama. Dodavanje đubriva na bazi bakra poboljšava proces fotosinteze. Osetljive biljke na nedostatak bakra su: pšenica, ječam, lucerka i duvan.
Molibden (Mo) ima značajnu funkciju pri vezivanju atmosferskog azota kod leguminoza.
Hlor (Cl) - u novije vreme se ubraja u mikroelemente. Na višak hlora osetljivi su: duvan, vinova loza i krompir.

Ulaz preko lanca ishrane

Biljke imaju važnu ulogu u kruženju teških metala u prirodi. Teški metali (na primer, olovo, živa, kadmijum...) ubrajaju se u materije koje zagađuju životnu sredinu. Teški metali, najvećim delom preko biljaka, ulaze u lanac ishrane. Jedan od načina na koji teški metali dospevaju u prehrambene proizvode je preko zagađenih biljaka i životinja koje se koriste za njihovu proizvodnju. Ako se biljke gaje na zemljištu sa visokim sadržajem teških metala, jedan deo tih metala dospeće u njihov organizam.

Korišćenje takvih biljaka za ishranu domaćih životinja dovešće do toga da i one budu kontaminirane teškim metalima. Meso, mleko i jaja ovih životinja biće lošeg kvaliteta. Nepoželjne metale biljka uzima iz zemljišta, a u određenim uslovima i preko lista. Ovi elementi se mnogo intenzivnije nakupljaju u korenu nego u nadzemnim organima.
Osim vodonika i kiseonika životinjama su, u većim količinama, neophodni natrijum, gvožđe i hlor. Iako su potrebe životinja za mineralnim materijama daleko manje u poređenju sa potrebama za glavnim hranljivim materijama (ugljeni hidrati, proteini, lipidi) one imaju veliki fiziološki značaj. Posledice deficita mogu da budu vrlo značajne jer mineralne materije imaju veoma značajne uloge u brojnim biohemijskim procesima u organizmu.

I korist i rizik

Vodonik (H). Najznačajnije vodonikovo jedinjenje je voda, najzastupljenije jedinjenje u prirodi. Uloga vode u organizmu je višestruka: učestvuje u sastavu krvne plazme i na taj način omogućava cirkulaciju krvi, omogućava izbacivanje štetnih materija u vidu mokraće i preko znoja, temperatura tela se održava putem znojenja, u vodi se odigravaju sve hemijske reakcije organizma.
Kiseonik (O). U slobodnom stanju kiseonik je dvoatomni molekul. Nastaje tokom procesa fotosinteze. Život životinja i ljudi zavisi od kiseonika. Čovek može da izdrži danima bez hrane, čak do oko 100 sati bez vode u uslovima koji nisu ekstremni - ali bez kiseonika samo oko 4 minuta. Prevremeno rođene bebe, čija pluća mogu biti nedovoljno razvijena, ponekad se stavljaju u inkubatore sa atmosferom obogaćenog kiseonika. Umesto 21%, vazduh u inkubatoru sadrži 30%- 40% kiseonika. Bebe sa teškim disajnim smetnjama mogu se okružiti i stoprocentnim kiseonikom da bi se sprečilo oštećenje mozga. Ali, previše kiseonika može biti gotovo isto tako opasno kao i premalo. Previše kiseonika u vazduhu inkubatora i u krvi može da ošteti krvne sudove u očima bebe i izazove gubitak vida. Iz ovoga je očigledna dvostrana priroda kiseonika: da bismo živeli, moramo da dišemo, ali kiseonik za žive organizme može biti i rizičan.

U skeletu i u ljusci jajeta

Magnezijum (Mg). Najveće količine magnezijuma u životinjskom organizmu nalaze se u skeletu. Neophodan je za normalno odvijanje fizioloških funkcija nervnog sistema. Životinje koje pate od nedostatka magnezijuma su nervozne, ukočenog pogleda, visoko uzdignute i zabačene glave, sa ukočenim zadnjim nogama i nesigurnim hodom. Postaju ekstremno razdražljive, ležu na bok i prave pokrete prednjim nogama, što je praćeno škrgutanjem zuba. Ukoliko se ubrzo ne tretiraju dopunskim izvorima magnezijuma, padaju u komu i umiru.
Natrijum (Na) je jedan od glavnih katjona u organizmu čoveka. Učestvuje u metabolizmu vode, reguliše kiselo-baznu ravnotežu, učestvuje u kontrakciji mišića, omogućava prenošenje ugljen-dioksida do pluća, gde se oslobađa. Natrijum se iz organizma gubi znojenjem i mokrenjem pa se često, posle velikih napora, oseti potreba za nečim slanim, što ukazuje da postoji deficit natrijuma u ishrani. Dnevna potreba za natrijumom iznosi 2-6 gr.

Kalcijum (Ca) i fosfor (P) imaju veliki značaj u izgradnji skeleta. Najveći depo kalcijuma i fosfora u organizmu je skelet, gde je odnos koncentracija ova dva elementa 2:1. Kalcijum je u velikoj meri zastupljen u ljusci jajeta. Ima značajnu ulogu u omogućavanju normalne funkcije nervnog sistema i mišića, a značajan je i za koagulaciju krvi. Fosfor učestvuje u metabolizmu ugljenih hidrata i masti. U prometu energije, ima vrlo važnu ulogu, kao komponenta energetski bogatih fosfata.
Kalcijum i fosfor se resorbuju u tankim crevima. Na obim resorpcije i efikasnost njihovog iskorišćavanja utiče niz faktora, pre svega količina ovih elemenata u obroku, njihov međusobni odnos, prisustvo vitamina D i prisustvo drugih mineralnih elemenata u obroku. Velika količina masti u obroku smanjuje resorpciju kalcijuma. Životinje poseduju regulatorno-hormonalni mehanizam održavanja normalne koncentracije kalcijuma i fosfora u krvi, pomoću hormona para-štitaste (parathormona) i štitne žlezde (kalcitonina). U slučaju nedovoljnog unošenja fosfora i kalcijuma u organizam, smanjuje se količina neorganskog fosfora i kalcijuma u plazmi i dolazi do mobilizacije rezervi iz skeleta. Duži nedostatak kalcijuma i fosfora u ishrani dovodi do krtosti kostiju. Kod mladih organizama nastaje rahitis a kod odraslih osteomalacija i osteoporoza. Nedostatak fosfora dovodi do poremećaja u reprodukciji.

Ako nema joda...

Kalijum (K) je najzastupljeniji unutarćelijski katjon; učestvuje u održavanju kiselo-bazne ravnoteže, u sprovođenju nervnog impulsa, dejstvu enzima, funkciji ćelijske membrane. Veliku ulogu ima i u radu mišićnog tkiva srca. Dnevna potreba za kalijum iznosi 2-4 gr, a moze se naći u povrću, voću i u mesu.
Jod (I) je potreban zato što se stepen telesnog metabolizma ispoljava delovanjem jodnog hormona tiroksina, kojeg izlučuje tiroidna žlezda u vratu. Ako živi organizam ne uspe da se preko hrane snabde sa dovoljno joda, tiroidna žlezda se uvećava i širi pokušavajući da ga stvori u dovoljnoj količini, zbog čega dolazi do gušavosti.
Selen (Se) je u našem regionu deficitaran mikroelement. Količina selena u hrani biljnog porekla je različita i zavisi od prirode zemljišta na kojem biljke rastu.Selen je značajan za zaštitu ćelijskih struktura od štetnih peroskida. Simptomi nedostatka selena su mišićna distrofija, zadržavanje posteljice, edemi, smanjena nosivost i inkubaciona vrednost jaja. Postoje vrlo male razlike između potrebnih i toksičnih količina selena. Višak selena dovodi do hroničnog trovanja, što se manifestuje kroz gubitak apetita, degenerativne promene na papcima i kopitama koje su praćene šepavošću. Životinje gube apetit, dolazi do atrofije srčanog mišića, anemije i uginuća.
Kobalt (Co) je sastavni deo vitamina B12, pa je njegov udeo u biljkama vrlo značajan za zdravlje ljudi i životinja.

Litijum (Li) se nalazi u krvi, tkivima i organima čoveka. Posebnu ulogu litijum ima u srčanom mišiću, gde se, u fazi skraćivanja miokarda, u ćelijama mišića nakupljaju joni litijuma. Koristi se u famaceutskoj industriji kao litijum-karbonat, za lečenje bipolarnog poremećaja i depresije.
Rubidijum (Rb) ima izotop Rb 87 i koristi se pri lečenju raka (izotopi su atomi hemijskog elementa čije jezgro ima isti atomski broj, ali različitu atomsku masu).
Cezijum (Cs) ima stimulativan uticaj na hormone nadbubrežne žlezde i gonada.
Francijum (Fr) se u medicini upotrebljava pri dijagnostici ranih stadijuma malignih oboljenja.

Astatin Tajanstven i neuhvatljiv, najređi i neviđen Astat (At 85) je najređi prirodni element koji se može pronaći na našoj planeti. Smatra se da je ukupna masa astata u Zemljinoj kori svega 24 gr u svakom trenutku - jer  život ovog elementa traje oko 8 sati. Da bi se proučavao i koristio, mora biti laboratorijski proizveden, a do danas ga je nastalo samo 0,05 mikrograma. U elementarnom stanju nikad nije viđen jer bi uzorak, zbog velikog radioaktivnog zagrevanja, odmah ispario pošto nema načina za njegovo uspešno hlađenje. Zbog svega navedenog, osobine astata su skoro nepoznate, a i podaci koji su dobijeni nakon istraživanja su krajnje nepouzdani.  I ime mu zbog toga potiče od starogrčke reči astatos, što znači: biti nepostojan. Prvi put je dokazano otkriven 1940. godine na Univerzitetu u Kaliforniji, kada su ga naučnici Korson, Mekenzi i Segre uspešno izdvojili bombardovanjem bizmuta alfa-česticama. Posle tri godine, potvrđen je kao proizvod prirodnog raspada uranijuma. Za sada se sa sigurnošću zna da je izuzetno radioaktivan i nepostojan, a svi njegovi izotopi raspadaju se na izotope astata ili izotope bizmuta, polonijuma i radona. Svi se raspadaju za manje od jedne sekunde! U poređenju sa astatom, samo je francijum nestabilniji elemenat. Pretpostavlja se da je crne ili vrlo tamne boje i čvrstog stanja i da mu je tačka topljenja između 302 i 307 stepeni Celzijusa; prema nekim procenama, ima osobine poluprovodnika. Postoji ukupno 39 poznatih izotopa sa atomskim masama od 191 do 229; po teorijama, trebalo bi da postoji još 37, ali zbog pomenutih teškoća u laboratorijskim uslovima još uvek nisu otkriveni. Nepoznate je strukture. Pošto je sličan jodu, trebalo bi da ima oblik pravougaone prizme sa pravouganom bazom i visinom u kristalnoj strukturi. Moguće je i da je kubične strukture. Ne zna se ni da  li se pojavljuje u monoatomskom ili dvoatomskom obliku. Primećeno je i da mu je vreme raspada na staklenoj podlozi, pri sobnoj temperaturi, znatno kraće nego na podlozi od zlata ili platine, ali nije otkriveno da li i kako reaguje sa njima. Pouzdano se zna da gradi jedinjenja sa dodavanim metalima, te je u mogućnosti da deluje kao metal, a da prilikom oksidativnih reakcija, osobinama liči na srebro u istom stanju. U najvećem broju procesa u organskoj hemiji, ipak je najsličniji jodu.

Dr Ana Paunović

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"