Pierwiastki, które występują w organizmie w ilości większej niż 0,01 proc. suchej masy, noszą nazwę makroelementów. Część z nich − tlen, węgiel, wodór, azot, siarka i fosfor – to pierwiastki biogenne (z gr. dosłownie: „rodzące życie”; bios – życie, genus – rodzaj, ród, potomek); są one niezbędne do budowy i funkcjonowania komórek.

Zawartość pierwiastków biogennych jest niemal jednakowa we wszystkich organizmach, co stanowi argument za wspólnym pochodzeniem ewolucyjnym życia na Ziemi. Wchodzą one w skład wszystkich związków organicznych: wielkocząsteczkowych, takich jak białka, tłuszcze, wielocukry i kwasy nukleinowe, oraz drobnocząsteczkowych, m.in. aminokwasów, cukrów prostych, witamin i nukleotydów.

R11AKjTmAOw0c1
Do makroelementów, oprócz pierwiastków głównych, zaliczają się też wapń, magnez, potas, sód i chlor.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Znaczenie makroelementów

Węgiel (C)

Łatwo tworzy związki z pozostałymi pierwiastkami biogennymi. Do organizmów trafia z atmosfery: pobrany przez rośliny dwutlenek węgla w procesie fotosyntezy staje się budulcem związków organicznych. Praktycznie nie ma możliwości jego niedoboru − znajduje się niemal w każdym pokarmie, w dużej ilości.

Wodór (H)

Wodór przyłączony do węgla tworzy szkielety związków organicznych. Jest reaktywnypierwiastek reaktywnyreaktywny i wchodzi w skład wielu grup funkcyjnychgrupa funkcyjnagrup funkcyjnych. Wraz z tlenem tworzy cząsteczkę wody oraz bierze udział w reakcjach redukcji i utleniania. Jego niedobór nie jest możliwy.

Tlen (O)

Tlen jest ubocznym produktem fotosyntezy. Występuje w postaci cząsteczek: dwuatomowej OIndeks dolny 2 (tlen atmosferyczny) i trzyatomowej OIndeks dolny 3 (ozon). Jest bardzo reaktywny jako pojedynczy atom. Wykazuje działanie zabójcze wobec drobnoustrojów beztlenowych (woda utleniona). W większości komórek tlen jest niezbędny w procesie oddychania tlenowego.

Azot (N)

Azot jest głównym składnikiem powietrza, ale w formie gazowej mogą go przyswoić jedynie niektóre bakterie i sinice. Rośliny pobierają ten pierwiastek w postaci związków azotowych, które następnie trafiają do konsumentów. Azot służy przede wszystkim do budowy aminokwasów, białek i kwasów nukleinowych. Jego niedobór powoduje zahamowanie wzrostu i rozwoju u roślin, u zwierząt zaś dodatkowo utratę wagi i obrzęki. Produkty spożywcze bogate w azot to m.in. pieczarki, szpinak.

Fosfor (P)

Fosfor wchodzi w skład kwasów nukleinowych i przenośnika energii – ATP oraz fosfolipidów, budujących wszystkie błony komórkowe. U zwierząt jest składnikiem kości i zębów. Bierze też udział w procesach wzrostu i regeneracji komórek oraz odpowiada za utrzymanie równowagi kwasowo−zasadowej. U roślin niedobór fosforu zaburza zarówno fotosyntezę, jak i oddychanie komórkowe, u zwierząt powoduje łamliwość i zniekształcenia kości.

Siarka (S)

Siarka wchodzi w skład aminokwasów − cysteiny i metioniny, stanowi więc budulec wielu białek, warunkując ich strukturę przestrzenną i funkcje. Pierwiastek ten zawarty jest także w enzymach regulujących oddychanie komórkowe. Jako składnik białka, keratyny, jest obecna u zwierząt w paznokciach, włosach, rogach i kopytach, zapewniając im wytrzymałość mechaniczną. Rośliny bogate w siarkę to np. cebula, czosnek, kalafior, kapusta. Niedobór siarki u roślin hamuje fotosyntezę i oddychanie komórkowe, a u zwierząt ogranicza wzrost.

Wapń (Ca)

Wapń jest składnikiem kości, a także muszli mięczaków i szkieletów koralowców. Bierze udział w pracy mięśni, krzepnięciu krwi i przewodnictwie nerwowym. Reguluje ciśnienie krwi i działanie układu odpornościowego. Dobrym źródłem wapnia jest nabiał, m.in. sfermentowane produkty mleczne. Bogate w wapń są także zielone warzywa.  U roślin jego niedobór pojawia się na glebach bardzo ubogich w ten pierwiastek (glebach kwaśnych) – objawia się zniszczeniem ścian komórkowych i rozpadem tkanek. U zwierząt niedobór wapnia prowadzi m.in. do zaburzeń krzepnięcia krwi, zniekształceń kości i stawów oraz tężyczki.

Magnez (Mg)

Magnez wchodzi w skład kości, reguluje pobudliwość i skurcze mięśni, jest też aktywatorem wielu enzymów i zapewnia prawidłową budowę rybosomów. U roślin stanowi składnik chlorofilu. Jego niedobór u roślin objawia się jasnym (żółtym) zabarwieniem liści i zahamowaniem wzrostu, a u zwierząt m.in. drżeniem mięśni.

Potas (K)

Potas zapewnia równowagę płynów ustrojowych u zwierząt, a u roślin reguluje turgorturgorturgor komórek. Bierze udział w przewodnictwie nerwowym (pompa sodowo−potasowa) i aktywacji enzymów. Jego duże ilości znajdują się w ziarnach oraz świeżych owocach i warzywach. Niedobór potasu powoduje więdnięcie liści i zahamowanie wzrostu oraz kurcze mięśni i osłabienie u zwierząt.

Sód (Na)

Sód to składnik soli kuchennej (NaCl), która jest jego głównym źródłem. U roślin i zwierząt reguluje gospodarkę osmotyczną i jonową, u zwierząt także przewodzenie nerwowe. Niedobór występuje rzadko – u zwierząt objawem może być lizanie różnych przedmiotów.

Chlor (Cl)

Chlor to składnik kwasu solnego w żołądku. U zwierząt reguluje równowagę płynów ustrojowych i aktywuje enzymyenzymyenzymy, np. amylazę ślinową. U roślin uczestniczy w fotosyntezie i transporcie asymilatówasymilatyasymilatów; przy niedoborze występują zaburzenia tych procesów i chloroza liści (jasne plamy).

Rośliny nie potrzebują gleby do wzrostu i rozwoju, pod warunkiem, że otrzymają w odpowiedniej ilości wszystkie niezbędne pierwiastki oraz wodę. Taki sposób uprawy nazywa się hydroponikąhydroponikahydroponiką.

RUzOqnSV6ZE0z1
Hydroponiczna hodowla sałaty.
Źródło: Pixabay, domena publiczna.

Słownik

asymilaty
asymilaty

produkty fotosyntezy, głównie cukry

enzymy
enzymy

biokatalizatory, obniżające energię aktywacji reakcji, a przez to umożliwiające lub ułatwiające zachodzenie reakcji chemicznych w organizmie

hydroponika
hydroponika

bezglebowa uprawa roślin na pożywkach wodnych

grupa funkcyjna
grupa funkcyjna

rodzaj podstawnika, złożonego z atomów ułożonych w określony sposób, który decyduje o właściwościach związku i jego reaktywności

pierwiastek reaktywny
pierwiastek reaktywny

pierwiastek łatwo wchodzący w reakcje chemiczne

supernowa
supernowa

gwiazda zmienna, której jasność wzrasta nagle wraz z wyrzucaniem przez nią zewnętrznych warstw materii

turgor
turgor

ciśnienie hydrostatyczne w komórkach roślinnych, wywołane napływem wody, co w efekcie zwiększenia objętości komórki prowadzi do naprężenia ściany komórkowej

wielkocząsteczkowy związek (makromolekuła)
wielkocząsteczkowy związek (makromolekuła)

organiczna cząsteczka chemiczna, złożona z wielu mniejszych cząstek (merów); np. wielocukry (skrobia), białka (hemoglobina), tłuszcze (tran), kwas nukleinowy (DNA)