Makroelementy – rola, występowanie, objawy niedoboru u zwierząt, człowieka i roślin

MAKROELEMENTY  – mają największy udział w budowie organizmu:
  • Są to pierwiastki chemiczne, których zawartość w suchej masie wynosi powyżej 0,01%)
  • Są niezbędne do życia !
  • Należy do nich 11 pierwiastków (w tym 6 biogennych) : C, H, O, N, S, P, Na, K, Ca, Mg, Cl
Pobierz wpis w formacie pdf
Funkcje typowe dla roślin oznaczone są kolorem zielonym.
NazwaBudowa i właściwościPełniona funkcja Skutki niedoboru Źródła

 Węgiel (C)

(podstawowy pierwiastek biogenny1)

  • podstawowy składnik wszystkich związków organicznych (tj. białek, węglowodanów, tłuszczów, kwasów nukleinowych)
  • bez niego nie ma życia
  • funkcja budulcowa – tworzy szkielet związków organicznych
Brak życia
Wodór (H)
(pierwiastek biogenny)
  • podstawowy składnik wszystkich związków organicznych (tj. białek węglowodanów, tłuszczów, kwasów nukleinowych)
  • składnik wody
  • funkcja budulcowa – jest budulcem nowych tkanek; Odbudowuje także zniszczone tkanki
  • bierze udział w przemianach energetycznych
Brak życia
Tlen (O)
(pierwiastek biogenny)
  • podstawowy składnik wszystkich związków organicznych (np. białek węglowodanów, tłuszczów, kwasów nukleinowych)
  • substrat w procesie oddychania tlenowego[2]
  • składnik wody i dwutlenku węgla (H20 i CO2)
  • produkt uboczny fotosyntezy
  • funkcja budulcowa – jest budulcem nowych tkanek. Odbudowuje także zniszczone tkanki
  • niezbędny do oddychania tlenowego (wewnątrzkomórkowego) – jako substrat
Brak życia
Azot (N)
(pierwiastek biogenny)
  Składnik:
  • białek
  • kwasów nukleinowych (DNA, RNA)
  • nukleotydów
  • amidów
  • witamin
  • barwników
  • chlorofilu
  • NADP, ATP
  • alkaloidów (morfiny, kodeiny, kofeiny, chininy, nikotyny, opium)
  • hormonów wzrostowych roślin
  • bierze udział w procesie fotosyntezy
  • zaburzenia metaboliczne i choroby spowodowane niedoborem aminokwasów egzogennych, białek i witamin
  • zaburzenia bilansu azotowego – następstwem jest chudnięcie oraz obrzęki
  • długotrwałe niedobory mogą powodować martwicę lub marskość wątroby
  • zahamowanie wzrostu
  • ograniczenie kwitnienia
  • wstrzymanie fotosyntezy (składnik NADP, ATP)
  • żółknięcie i blednięcie liści
  • pokarmy bogate w białka (mięso, soja, strączkowe)
  • jony NO3, NH4+, N2
  • wiązany przez bakterie brodawkowe
Siarka (S)
(pierwiastek biogenny)
  Składnik:
  • białek
  • enzymów
  • koenzymu A[3]
  • insuliny[4]
  • sulfolipidów[5]
  • dwóch witamin: biotyny[6] i tiaminy[7]
  • niektórych aminokwasów m.in cysteiny i metioniny (budujących białka)
  Występuje w:
  • związkach zapachowych cebuli i czosnku
  • grupach rodankowych nadającym ostry i palący smak olejkom gorczycznym, np. czosnku i papryce
  Odgrywa rolę w procesach:
  • enzymatycznych
  • regulacji reakcji biochemicznych
  • kształtowaniu struktury białek
  • posiada zdolność do tworzenia mostków disiarczkowych, czyli wiązań umożliwiających tworzenie struktury III rzędowej białka
  • kluczowa rola w syntezie chlorofilu
  • zły stan naskórka i włosów
  • zaburzenia równowagi ustrojowej
  • brak syntezy chlorofilu
  • zahamowanie wzrostu lub pęd wydłużony lub wątły
  • żółknięcie młodych liści
  • słaba produkcja nasion
jaja, cebula, rzodkiewka, soczewica, cykoria
jony: SO42-
Fosfor (P)
(pierwiastek biogenny)
   Występuje w:
  • kościach
  • zębach
  • mózgu
  • tkance nerwowej
   Składnik:
  • kwasów nukleinowych (DNA i RNA)
  • nośników energii (ATP  i ADP)
  • koenzymów[8]
  • fosfolipidów i fosfoprotein
  • składnik płynów ustrojowych występujących w błonie komórkowej
  • fotosynteza (składnik NADP, ATP)
  • czynność nerwów, mózgu
  • budulec kości
  • kluczowa rola w przemianach energii
  • stabilizacja pH krwi
  • jony: bufor[9] fosforanowy
  • rośliny: funkcja zapasowa i budulcowa
  • ogrywa rolę w przenoszeniu i akumulacji energii
  • wzrost i rozwój roślin, nasion, korzeni
  • jakość i ilość nasion
  • jakość owoców
  • odporność na choroby
  • zahamowanie przemian metabolicznych, np. oddychania i fotosyntezy
  • rozmiękczenie kości, muszli
  • pogorszenie sprawności umysłowej
  • krzywica
  • zahamowanie wzrostu i rozwoju roślin
  • chloroza (żółknięcie) i martwica brzegów liści
  • martwica (nekroza) organów roślinnych
  • niebiesko-fioletowe odbarwienie spodu liści
jaja,
mleko, sery
ryby,
wątróbka, móżdżek,
drożdże,
kasza, soja,
maliny, poziomki, truskawki,
winogrona, śliwki
jony: PO43-
Sód (Na+)
  • jest ważnym składnikiem płynów ustrojowych
  • u większości roślin nikła zawartość
  • zwiększa uwodnienie cytoplazmy (czyli zwiększa ciśnienie osmotyczne płynu wewnątrzkomórkowego) [z potasem (K)]
  • bierze udział w polaryzacji i depolaryzacji błon komórkowych (czyli bierze udział w przewodzeniu impulsów nerwowych )
  • czynność nerwów i mięśni
  • decyduje o ciśnieniu osmotycznym osocza i płynu pozakomórkowego
  • zaburzenia pobudliwości nerwów i mięśni (podobnie nadmiar)
  • wszystkie pokarmy z wyjątkiem roślinnych (roślinożerne muszą uzupełniać dietę o NaCl)
  • jony proste pobierane z roztworu glebowego
Potas (K+)
  • jest ważnym składnikiem płynów ustrojowych
  • aktywator (kofaktor) wielu enzymów
  • zwiększa uwodnienie cytoplazmy (czyli zwiększa ciśnienie osmotyczne płynu wewnątrzkomórkowego)
  • bierze udział w polaryzacji i depolaryzacji błon komórkowych
  • wpływa na pobudliwość nerwów i mięśni (pobudzając skurcze)
  • wpływa na jędrność skóry
  • ruchy szparek
  • transport asymilatów
  • tłoczenie wody z korzeni
  • reguluje intensywność fotosyntezy
  • determinuje wielkość potencjału osmotycznego komórek
  • osłabienie organizmu
  • zmniejszenie kurczliwości mięśnia sercowego
  • zaburzenia rytmu serca (nadmiar potasu prowadzi do zatrzymania pracy serca)
  • zmniejszenie pobudliwości nerwów
  • zaparcia
  • apatia
  • ogólne osłabienie mięśni szkieletowych i gładkich
  • więdnięcie rośliny
  • zahamowanie wzrostu korzeni i pędu
  • chloroza liści (żółknięcie liści)
  • martwica
kasza, strączkowe
soja, cykoria,
jeżyny, borówki, mandarynki, poziomki,
rabarbar,
papryka,
jony proste pobierane z roztworu glebowego
Wapń (Ca2+)
  • pierwiastek szkieletotwórczy (kości, muszle mięczaków, pancerzy skorupiaków)
  • aktywator (czyli kofaktor) enzymów
  • składnik płynów ustrojowych
  • składnik pektyn (CaCO3)
  • wysycenie ściany komórkowej u roślin
  • zagęszczanie cytoplazmy (powoduje wzrost lepkości cytoplazmy)
  • jest niezbędny w funkcjonowaniu komórek nerwowych i mięśniowych
  • wpływa na pobudliwość komórek
  • bierze udział w procesie krzepnięcia krwi (czynnik krzepnięcia krwi)
  • wewnątrzkomórkowy przekaźnik informacji
  • czynność serca, nerwów i mięśni
  • czynnik przeciwzapalny i przeciwalergiczny
  • krzywica
  • łatwość złamań kości
  • osteoporoza
  • próchnica zębów
  • zaburzenia krzepnięcia krwi
  • drgawki i silne skurcze mięśni (przykurcze)
  • kruchość muszli
  • tężyczka niskowapniowa
  • zaburzenia czucia
  • nieprawidłowy wzrost i martwica organów roślinnych (korzeni, młodych pędów liści)
  • zakłócenia gospodarki wodnej
  • rozkład błon plazmatycznych
  • chloroza
Nadmiar:
  • osłabienie mięśni
  • zmęczenie
  • niemiarowość pracy serca
mleko, sery
ryby,
jaja
ziarna zbóż, soja,
drożdże
warzywa strączkowe,  
natka pietruszki, poziomki, truskawki, winogrona,
mandarynki, śliwki, czekolada,
wątróbka,
jony proste pobierane z roztworu glebowego
Magnez (Mg2+)
  • składnik kości (węglany i fosforany)
  • jest aktywatorem (czyli kofaktorem) wielu enzymów
  • jest niezbędny do uzyskiwania energii z ATP
  • jest składnikiem chlorofilu
  • zagęszczanie cytoplazmy (powoduje wzrost lepkości cytoplazmy)
  • zapewnia właściwą strukturę rybosomom
  • osłabienie napięcia nerwów i mięśni
  • koncentracja umysłowa
  • osłabienie organizmu
  • zwiększenie pobudliwości komórek nerwowych i mięśniowych
  • bolesne kurcze
  • drżenie mięśni (nadmiar zmniejszenie siły mięśni i pobudliwości nerwów, nudności, senność)
  • zaburzenie rytmu pracy serca
  • zahamowanie fotosyntezy
  • chloroza – żółknięcie i obumieranie zielonych części roślin
  • więdnięcie
  • zahamowanie wzrostu korzeni i pędu
jaja,
wątróbka
czekolada,
warzywa, fasola,
pomidory, sałata,
soczewica, cykoria, 
truskawki,
jony proste pobierane z roztworu glebowego
Chlor (Cl)
  • aktywacja enzymów: amylazy[10] i kaboksypeptydazy[11]
  • wchodzi w skład HCl – jednego z głównych składników soku żołądkowego
  • potencjał osmotyczny razem z Na+ i K+
  • transport CO2 we krwi
  • utrzymuje równowagę jonową ustroju
  • jako HCl aktywuje enzymy w żołądku oraz powoduje wyjaławianie pokarmu
  • ułatwia uwalnianie CO2 z erytrocytów
  • wydzielanie tlenu w fazie jasnej fotosyntezy (katalizuje proces fotolizy wody)
  • osłabienie:
  • pracy serca
  • siły skurczu mięśni
  • pobudliwości nerwów
  • zaburzenia trawienia
  • zaburzony przebieg procesu oddychania
sól kuchenna,
jaja,
pomidory
jony proste pobierane z roztworu glebowego
 
Słowniczek: 
1.      Pierwiastki biogenne – pierwiastki, które stanowią główny składnik związków organicznych (czyli białek, węglowodanów, tłuszczów, kwasów nukleinowych). Pierwiastki biogenne to C, H, O, N, S, P. Właśnie sześć  tych pierwiastków uczestniczy w budowie większości związków organicznych.
2.      Oddychanie tlenowe – Proces ten polega na utlenianiu glukozy do dwutlenku węgla. Oddychanie tlenowe jest procesem katabolicznym – rozkłada złożone związki chemiczne na prostsze cząsteczki, prowadząc do uwolnienia energii. Zachodzi w trzech etapach: glikoliza, cykl kwasu cytrynowego (cykl Krebsa), łańcuch oddechowy
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energia
        3.      Koenzym A (inaczej CoA) –  przenośnik grup acylowych (m.in. acetylu). Uczestniczy w:
  • przemianie tlenowej cukrów w cyklu Krebsa
  • syntezie i rozkładzie kwasów tłuszczowych i kwasów karboksylowych
  • w syntezie sterydów i porfiryn
Zawiera kwas adenylowy i pantotenowy (z grupy witamin B).
      4.        Insulina – hormon wydzielany przez trzustkę, a konkretnie przez tzw. komórki B wysp Langerhansa. Obniża poziom cukru we krwi.
      5.        Sulfolipidy – są klasą lipidów, które posiadają grupę funkcyjną zawierającą siarkę; związki z grupy glikolipidów; lipid złożony
      6.        Biotyna (Witamina B7, Witamina H) – jest niezbędna do regulowania procesu przemiany materii. Wzmacnia włosy, skórę i paznokcie. Dlatego też znajdziemy ją w wielu produktach kosmetycznych i zdrowotnych dla skóry i włosów; Również:
– pomaga chorym na cukrzycę utrzymać odpowiedni poziom cukru we krwi;
– odgrywa ważną rolę w metabolizmie węglowodanów, białek i tłuszczów.
     7.         Tiamina (Witamina B1) – Tiamina przyspiesza gojenie się ran i wykazuje działanie uśmierzające ból. Niedobór witaminy B1 powoduje zaburzenia katabolizmu cukrów, ujawniającego się w postaci zapalenia wielonerwowego, choroby beri-beri. Stosowana w lecznictwie, m.in. w chorobie beri-beri, zatruciu metanolem; tiamina była pierwszą odkrytą witaminą (1912 — K. Funk).
     8.         Koenzymy – niebiałkowe składniki białek (np. enzymów) niezbędne dla ich aktywności, rodzaj kofaktorów Decydują o aktywności katalitycznej pewnych enzymów. W przeciwieństwie do grup prostetycznych, są nietrwale (niekowalencyjnie), luźno związane z białkami.
  • Białko bez swojego koenzymu to apobiałko (apoproteina, apoenzym), natomiast wraz z koenzymem to  holobiałko (holoproteina)
  • Biorą udział w reakcjach przez oddawanie lub przyłączanie pewnych reagentów (atomów, grup atomów lub elektronów)
  • Pozostają luźno związane z właściwym enzymem
  • Jako koenzymy funkcjonują w większości witaminy lub jony połączone odwracalnie z apoenzymem.
  • Koenzymy pod względem chemicznym są nukleotydami, czyli związkami, które składają się z cukru (pentoza: ryboza, deoksyryboza), zasady azotowej (purynowe: adenina, guanina; pirymidynowe: tymina, cytozyna, uracyl) oraz z fosforanu (jednego lub kilku).
  • Koenzymy mogą mieć charakter zarówno organiczny (np. nukleotydy i ich pochodne) lub nieorganiczny (np. jony metali).
  • Wiele organicznych koenzymów to witaminy lub ich pochodne, dlatego właśnie te związki są niezbędne dla funkcjonowania organizmu.
     9.          Roztwór buforowy (bufor pH) – roztwór mający właściwości utrzymywania praktycznie stałego pH pomimo rozcieńczania wodą lub dodawania niewielkich ilości mocnych kwasów lub zasad.  Są to:
– roztwory słabych kwasów i ich soli z mocna zasadą
– roztwory słabych zasad i ich soli z mocnym kwasem
Roztwory buforowe służą do utrzymania stosunkowo stałego odczynu roztworów.
     10.         Amylazy (diastazy, enzymy amylolityczne) – grupa enzymów zaliczanych do *hydrolaz, rozkładających skrobię i inne polisacharydy.
  • Występują w soku trzustkowym (amylaza trzustkowa) i w ślinie (amylaza ślinowa).
  • Amylazy są także wytwarzane w owocach wielu roślin podczas dojrzewania (powoduje to, że stają się one słodsze) oraz podczas kiełkowania ziaren zbóż.
*Hydrolazy – enzymy rozcinające wiązanie chemiczne w procesie hydrolizy.
     11.         Karboksypeptydazy – enzymy należące do grup egzopeptydaz. Pod ich wpływem ulegają rozkładowi hydrolitycznemu C – końcowe wiązania peptydowe białek, w wyniku czego uwolnione zostają pojedyncze aminokwasy.
Credits:
  1. Mikołajczyk M., Zygmunt J.: Vademecum Maturzysty Biologia. Najlepsze wydanie na rok 2018, Wydawnictwo Greg, Kraków 2017, str. 19-20.
  2.  Holeczek J., Januszewska-Hasiec B., Kobyłecka J., Stawarz J., Stencel R.: Teraz Matura. Biologia Vademecum, Nowa Era, str. 23-24.
  3. https://pixabay.com
  4. Pyłka Gutowska E.: Vademecum Maturzysty Biologia, Wyd. „Oświata”, Warszawa 2002, str. 14-15.
  5. https://pl.wikipedia.org