Біоелемент Кальцій

Кальцій — жорсткий метал класу а. Для нього (класу) характерні малі розміри, високі заряди, низька поляризація. Радіус атома кальцію 0,94Å. Він може утворювати комплексні сполуки з жорсткими лігандами: Н2О, ОН-, F-, СІ-, СН3СО2-, N2H4, РО43-, SO42-, СО32-, СІО4-, NO3-, NH3, R-OH, R2O, RNH2. Оскільки біологічні комплекси переважно утворюються з жорстких металів і жорстких лігандів ці сполуки заслуговують на увагу. У виняткових випадках кальцій може утворювати біокомплекси з такими перехідними лігандами як C6H5NH2, C2H5N, N2-, N3-, Br-, NO2-, SO3-. Кальцій також може міцно зв’язуватися з жорсткими донорними атомами О, N, F бо вони дуже електронегативні.

Для кальцію характерне найпоширеніше серед біометалів координаційне число 6. Також може бути координаційне число 7 в таких сполуках як хелатне чотирьохчленне кільце в кристалі [Ca(Hgly Gly Gly)(H2O)2] Cl2*H2O. Три зв’язки Са-О карбоксильні, два зв’язки Са-О пептидні і два зв’язки йдуть на Са(ОН)2.

Кальцій дуже добре вступає в реакцію з гемоціаніном та фенілаланіном.

Кальцій добре пов’язується з АТФ і АДФ внаслідок чого утворюються хелати на кінцях з фосфатами. В цьому випадку Са пов’язується швидко, але не так міцно як Мg. На цих властивостях побудовано декілька фізіологічно важливих реакції енергетичного обміну.

Доведено, що кальцій також може добре вступати в реакції комплексоутворення з макроциклічними лігандами, наприклад, такими, які входять до складу порфіринового кільця хлорофілу. Є фактом і те, що кальцій може зв’язуватися з такими макромолекулами як ДНК і РНК. Особливо важливою є взаємодія з тірозил-, пролін- та глутамін-тРНК-синтетазами. Він їх активує. Виявлені реакції з глутаматдигідрогеназами та кіназами. Входить до складу α-амілаз, фосфоліпаз, γ-лактаз структурно.

Частина третя

Кальцій як і будь-який біометал відіграє неабияку роль у функціонуванні рослинних і тваринних організмів. Це визначено його властивостями, які описані вище.

В рослинній клітині кальцій регулює фізико-хімічний стан цитоплазми: підтримує колоїдний стан, визначає нараду з магнієм та іншими елементами кислотність середовища. Завдяки стабільності стану цитоплазми спостерігається тургор рослини, йде активний обмін та синтез сполук. Кислотність спричиняє активізацію або інгибіювання певних синтезів, визначає напрямок багатьох фізико-хімічних реакцій. Кальцій знижує ступінь гідратації колоїдів та рівень обводненості тканин в цілому, зв’язує нуклеотиди. Звичайно, що при порушенні балансу в першу чергу негативні наслідки виявляються в дестабілізації водного обміну.

Також кальцій приймає участь в зв’язувані атмосферного азоту в симбіотичних (Rizobium) та вільноживучих бактеріях (Azotobacter).

Кальцій приймає участь в кооперативному зв’язуванні О2 (гемоцианіном).

Виступає в ролі структурного елементу разом з пектиновими речовинами для стінок. В цьому "амплуа" формує "донанівський простір" — один з елементів транспорту сполук в рослині. Разом з магнієм контролює надходження молібдену, міді, кобальту та інших біоелементів. Є бар’єром для органічних кислот, бо міцно пов’язує їх переводячи в нерозчинну сіль (наприклад для щавлевої в CaC2O4). Концентрується в старих тканинах.

Інгибує гліцил-тРНК але обертає інактивацію глутамінсинтетази. Активно діє в реакціях, пов’язаних з перерозподілом енергії (комплекси АТФ і АДФ).

Кальцій впливає на рухомі форми марганцю в грунті. Особливо гостро ця проблема стоїть при вапнуванні грунтів. Mn переходить з ступеню окислення 2+ до 4+ в якій він недоступний для організмів. Це випливає в серйозні порушення в плодючості тварин і призводить, навіть, до стерилізації ВРХ.

Кальцій сприяє мінералізації органічних сполук і звільненню різних поживних речовин. Приймає участь у синтезі білкових речовин, сприяє утворенню хлорофілу, впливає на рухомість асимілянтів у рослин. Кальцій нейтралізує в рослині щавлеву кислоту, яка утворюється при розкладі білків,

В рослинах кальцій потрібен для перетворення поглинутих нітратів в органічні сполуки.

При нестачі кальцію в рослин спостерігається зниження тургору, зменшення лінійного росту пагонів (стають короткими і товстими, здерев’янілими) та кінців коріння ("бульби"). Взагалі страждають в першу чергу молоді органи — вони жовтіють, буріють, з’являються некрози.

Іноді агрономи можуть ідентифікувати несправжній надлишок калію, магнію, бору, хоча це спричинено дефіцитом саме кальцію. Це спостерігається частіше на легких кислих грунтах, де він вимивається. Фізико-хімічні властивості цих грунтів несприятливі для розвитку рослин (окрім кальцієфобів).

Обмін кальцію здійснюється під впливом біологічно активних речовин, серед яких особливо важливий вітамін D (кальциферол). Коли в організмі спостерігається його мала кількість, то уповільнюється надходження кальцію в кісткові тканини, що призводить до розвитку рахіту та ін. порушень пов’язаних з розм’якшенням кісток. Стійкість скелету організму залежить також від дії на нього гравітації і в умовах невагомості порушується. У поєднанні з недостатньою рухомістю людини в космосі порушується фосфорно-кальцієвий обмін, тому в меню космонавтів обов’язково включають компоненти збагачені кальцієм.

Особлива роль належить кальцію в механізмі м’язового скорочення. Цей процес проходить при взаємодії двох м’язових білків-міозину і актину. В результаті приєднання іонів кальцію актин здатен взаємодіяти з міозином з утворенням актоміозину, який є каталізатором розщеплення АТФ, при якому вивільняється енергія для м’язового скорочення.

Іони кальцію приймають участь в передачі нервових імпульсів в процесі звертання крові, уповільнює дію токсинів, підвищує стійкість організму до інфекцій, сприяє обміну заліза.

Частина четверта

Кальцій як елемент добувають шляхом електролізу його хлориду (СаНl). Але як елемент його вносити не можна, бо ця форма не засвоюється рослинами. Вносять кальцій не стільки для забезпечення його балансу як мікроелемента, скільки для регулювання кислотності грунту — проводять так зване вапнування.

RH+CaCO3àRCa+H2O+CO2

Разом з вапняковими матеріалами часто вносять і інші мікроелементи, бо переважна більшість добрив з вмістом кальцію природного походження.

В наступній таблиці представлені вапнякові добрива та їх властивості