Іонні компоненти та їх екологічна роль

1. Неорганічні елементи океанічних, морських і прісних вод

У водах Світового океану розчинені практично всі відомі хімічні елементи та їх ізотопи. На 11 основних компонентів – Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, СІ^-, SO₄^2- , НСО₃^-, Br^-, F^- та Н₃ВO₃ – припадає 99,9 % маси розчинених речовин.

На відміну від океанічних і морських вод прісні води річок, озер, водосховищ та інших водних об’єктів менш насичені розчиненими солями, їх сольовий склад зовсім інший: в океанічних водах переважають хлориди натрію і магнію, а в прісних – карбонати.

У морських і прісних водах наявні хімічні елементи, які відіграють виключно важливу роль у метаболічних процесах рослин і тварин.

Деякі з них постійно входять до складу біологічних рідин і тканин. Найважливіші з них: кисень (70 % маси організмів), вуглець (18 %), водень (10 %), азот, кальцій, калій, фосфор, магній, сірка, хлор, натрій. Такі елементи, як водень, вуглець, азот, кисень, фосфор, сірка, утворюють органічну речовину гідробіонтів. Так, вуглеводи і ліпіди містять у своїй структурі водень, вуглець і кисень, а білки, крім того, ще й азот і сірку. До структури нуклеїнових кислот входять азот і фосфор.

Головними елементами органічних молекул вважаються:

вуглець, кисень, водень, азот, фосфор, сір­ка;

головними іонами:

натрій, калій, кальцій, магній, хлор;

мікроелементами:

залізо, мідь, марганець, цинк, молібден, кобальт, бор, кремній, йод, ванадій.

Неорганічні елементи виконують роль каталізаторів у метаболічних реакціях і є складовими частинами буферних систем, важливими компонентами мембранних структур. З киснем і воднем пов’язано протікання окисно-відновних реакцій у живих системах.

2. Натрій, калій і цезій у водних екосистемах

Натрій, калій і цезій належать до групи лужних металів, які легко віддають один електрон, перетворюючись у позитив­но заряджені іони. Саме тому вони зустрічаються в природі виключно у вигляді сполук.

Важливою фізико-хімічною характеристикою натрію і калію, яка визначає їх участь у біологічних процесах, є взаємодія з молекулами води, причому Na⁺ закріплює молекулу води в гідратній оболонці міцніше, ніж К⁺. Менша електролітична рухливість натрію пов’язана з його більш масивною; гідратною оболонкою. Завдяки цим властивостям іонам натрію належить особливо важлива роль у транспортуванні молекул води через мембрани та підтриманні водно-натрієвого балансу рослинах та в тканинах тварин. На відміну від Na⁺ більші за розміром іони калію не змінюють структуру води в гідратній оболонці.

Калій і натрій є постійними компонентами біологічних рідин та структур протоплазми рослин і тварин. Більша частина натрію сконцентрована в мембранах, ядрі і міофібрилах, тоді як у цитоплазмі та матриксі мітохондрій його вміст невисокий. Взаємодія значної частини лужних металів з поліелектролітами цитоплазми має електростатичний характер. Внаслідок цього К⁺ і Na⁺ не втрачають свої індивідуальні заряди, а існують в цитоплазмі та внутрішньоклітинних органелах у вигляді іонів, що компенсують негативні заряди поліелектролітів. На відміну від Na⁺, концентрація якого вища в позаклітинних біологічних рідинах, у клітинах міститься в 2-10 разів більше К⁺. Цитоплазматична активність калію залежить від його взаємодії з внутрішньоклітинною водою.

Підтримання концентраційних градієнтів між внутрішньо-і зовнішньоклітинним рівнем натрію і калію є важливою умовою функціонування організму гідробіонтів.