Ťažké kovy

Ťažké kovy zaraďujeme do skupiny biogénnych prvkov. Podľa Mendelejovej tabuľky sem patrí Mn, Fe, Cu a Zn. Co a Ni sa medzi biogénne prvky nepočítajú, pretože i keď majú niekedy veľmi výrazné účinky na metabolizmus rastlín, rastlina sa môže normálne vyvíjať aj bez nich , symptómy deficiencie neexistujú.
I keď každý z prvkov má špecifické účinky na rastlinu, môžeme povedať, že ich hlavný význam spočíva vo vzájomnej interakcii s ďalšími dvojmocnými katiónmi.

Mn
Rastlina prijíma Mn ako Mn2+ . Vstup Mn2+ do rastliny je uľahčený pri vyššej kyslosti prostredia. Pri jeho sorpcii ( nasávanie kvapalín alebo plynov pletivami, bunkami) bola preukázaná interakcia s Mg2+. Bolo ďalej preukázané, že Mn katalyzuje ( urýchľuje) prechod Fe2+ na Fe3+ a v pôde ho imobilizuje (znehybní). Preto taktiež negatívne ovplyvňuje transport Fe do nadzemných orgánov rastliny. V rastline sa Mn2+ pohybuje v chelátovej forme, prevažne cez floém.
Chelát je vnútorne komplexná zlúčenina s jedným alebo niekoľkými kruhmi, vznikajúca tak, že minimálne dva atómy tej istej molekuly ( zvyčajne organickej ) vytvoria väzbu z jedným atómom = iónom kovu ( prípadne s protónom ), nazývame to aj chelátový komplex. Hromadí sa najmä v zelených častiach rastliny, obzvlášť v listoch. Pokiaľ ide o bunkové štruktúry, hromadí sa predovšetkým v cytoplazme. V chloroplastoch sa hromadí prednostne, v stróme je veľmi pevne viazaný chelátovou formou. V rastline je funkcia mangánu spojená predovšetkým s fotosyntézou. V chloroplastoch rajčiaka jedlého ( Lycopersicon esculentum Mill.) bolo objavené vzájomné prepojenie medzi jeho obsahom a Hillovou reakciou. Nedostatok Mn vyvoláva zvláštnu chlorózu, ktorá sa prejavuje tvorbou charakteristických škvŕn alebo pruhov v závislosti od tvaru ich žilnatiny napr. u ovsa (Avena sativa) sa prejavuje šedá pruhovitosť, chloroplasty granulujú a spolu s obsahom celej bunky odumierajú. Chloróza môže taktiež vzniknúť z nadbytku Mn. Je to relatívny nadbytok Mn vo vzťahu k Fe2+.

Fe
V pôde nedostatok Fe a vo všetkých pôdach je dostupnosť tohto prvku rôzna. V pôde aj v rastlinách ľahko prechádza do ťažko rozpustných zlúčenín. Stabilizácia týchto vytvorených zlúčenín sa síce mení podľa pH, ale v zásade menej stabilné zlúčeniny vytvárajú dvojmocné Fe 2+.
Sorpcia Fe nie je objasnená, ale sú domnienky jeho vstupu do rastliny. Za jednu z ciest je považovaný prenos Fe ( zo systému Fe2+/Fe3+ v pôde ) do rastliny za špecifických reduktáz. V rastline je potom prevedený na chelátovú formu a tak je transportované vodivými pletivami. Ak je v pôde v chelátovej forme , spravidla Fe3+ , súťaží tento chelát o dvojmocné železo s endogénnymi (vnútornými) chelátmi, do rastliny tak nepreniká celý chelát.
Ďalšou možnosťou je to, že z vonkajšieho prostredia preniká celý chelát. Podmienkou je však nasýtenie endogénnych chelátov Fe. V rastlina Fe prakticky neoxiduje vo voľnej forme, pretože sa ľahko oxiduje a prechádza na nerozpustné zlúčeniny. Najčastejšie je Fe v rastline viazané na organické kyseliny, z nich najdôležitejšia je kyselina citrónová. V zlúčeninách vystupuje Fe v dvoch oxidačných stupňoch.
Menej stála forma Fe2+ a stálejšia forma Fe3+. Rozpustnou formou je len Fe2+. Vysoká afinita Fe2+ ku kyslíku je základom jeho biologickej funkcie.
Uplatňuje sa buď
a)v priamej väzbe s bielkovinou
b)ako porfínový chelát (napr. zložke flavinoproteidových systémov)

V priamej väzbe s bielkovinou napr. vo feredoxíne, ktorý funguje ako akceptor vodíka vo Fotosystéme I.. Ako porfínový chelát sa uplatňuje predovšetkým v komponentoch cytochrómového systému fungujúcich v mitochondriálnom dýchaní a v prechode medzi FS I. a FS II. Z Fe-proteidov je to predovšetkým nitritreduktáza, vzájomná zložka systému asimilácie nitrátov. Fe sa ukladá hlavne v chloroplastoch a zúčastňuje sa tvorby fotosyntetického aparátu. V chloroplastoch je ho až 90% z celkového železa čo sa týka listu. Jeho pohyb do chloroplastov je pravdepodobne kontrolovaný cytoplazmou. Až po vysýtení cytoplazmatických štruktúr ide Fe do chloroplastov. To je príčinou, že nedostatok Fe sa prejaví najskôr chlorózou a až potom dochádza k poruchám v raste a v cytochrómovom systéme. Chloróza nemusí byť spôsobená nedostatkom Fe, ale možno ju vyvolať aj nadmerným množstvom Mn a Ca. Potom hovoríme o Mn- chloróze alebo o Ca-chloróze. Nadbytok oboch prvkov sa prejavuje vo využití Fe. Pri nadbytku Mn dochádza ku kompetetívnej inhibícii(konkurenčné spomalenie) pri príjme Fe. Ca na druhej strane zvyšuje pH. V obidvoch prípadoch sa Fe objavuje v nerozpustných formách.

Cu
Meď tvorí jednomocné a dvojmocné katióny, ľahko reaguje s organickými látkami. Hromadí sa hlavne v listoch, prevažne v chloroplastoch. Transportné formy medi v rastline nie sú zatiaľ známe. Aj napriek tomu, že ochotne tvorí komplexy v rastline, ľahko sa pohybuje, najľahšie sa premiestňuje zo starých listov do mladých. Negatívne ovplyvňuje príjem Fe rastlinou, pretože sa viaže oveľa pevnejšie. Ovplyvňuje i využitie Fe, podobne ako Mn2+, pretože má vysoký redox potenciál prechodu Cu + na Cu2+ a uľahčuje prechod Fe2+ na Fe3+ . Imobilizuje (znehybňuje) Fe. Symptómy deficiencie Cu sú nešpecické. okrem brzdenia rastu sa prejaví chloróza a medzi žilnatinou listov sa objavujú nekrotické škvrny. Napriek tomu, že Cu je biogénnym prvkom, pri vyššej koncentrácii sa prejavujú jeho toxické účinky. Spôsobuje ich ľahký vstup iónov Cu do bunky a veľká schopnosť tvoriť komplexy s organickými látkami. Rastlina potrebuje veľmi malé množstvo medi. Úspešnou formou hnojenia meďou je napr. máčanie semien v roztoku síranu meďnatého alebo dusičnanu meďnatého. U ovocných stromov sa používa postrek.
K výskytu rôznych chorôb z nedostatku Cu dochádza hlavne v kyslých pôdach. Na nedostatok Cu sú citlivé predovšetkým obilniny.

Zn
V rastline existujú špecifické látky chelátovej povahy, ktoré sú schopné zadržiavať Zn2+, jeho pohyblivosť v rastline je malá, dokonca menšia ako pohyblivosť Ca. V rastlinách sa zinok hromadí najmä v mladých listoch a v meristematických pletivách. Toxicita Zn2+ má pravdepodobne príčinu v schopnosti tvoriť cheláty s transportérmi Fe. Zn ovplyvňuje hromadenie cukrov a ich transport, aktivuje biosyntézu bielkovín. Bola zistená súvislosť medzi Zn a auxínom. Zn nie je bezprostredne nutný k syntéze auxínu, ale nevyhnutný k syntéze tryptofánu ( východisková zlúčenina pri syntéze auxínu ). V praxi sa stretávame s nedostatkom Zn hlavne u ovocných drevín. Je známa choroba jabloní (Malus) a kôstkovín nazývaná malý list alebo rosetkovitosť, charakterizované kríčkovým rastom, zakrpatením orgánov a defektami chlorofylu.

Co
Co tvorí katióny Co2+ , ale môže tiež fungovať ako Co3+ alebo aj ako Co4+. vytvára rôzne komplexné zlúčeniny podobne ako Fe, ktoré ho sprevádza v rastlinách. Má i niektoré špecifické funkcie, ale nebolo dosiaľ preukázané, že bol pre zelené autotrofné rastliny záväzným mikrobiogénnym prvkom.
Jeho funkcia je však preukázaná pri fixácii N2. Do rastliny vstupuje Co podobne ako Fe, má s ním zhodné dokonca aj prenášače. Pozitívne vplýva na stabilitu chlorofylu a na biosyntézu. Aktivuje niektoré oxidázy (Cu, Fe-proteidy) a stimuluje tak respiráciu Má podobný vplyv na metabolizmus auxínu ako zinok..
Bráni distribúcii IAA- exogénny auxín, čo vedie k stimulácii rastu výživných orgánov a u krátkodenných rastlín k negatívnemu vplyvu na fotoperiodickú indukciu tvorby reprodukčných orgánov. Co je taktiež zložkou vitamínu B12 a z toho dôvodu je nevyhnutným prvkom pre živočíchy.