Медь Cu

Медь (Cuprum) не является самым распространенным химическим элементом в земной коре. Ее содержание составляет всего 0,01% от общей массы. Однако, в отличие от других металлов, медь часто встречается в самородном состоянии, причем размеры самородков могут быть весьма внушительными. Благодаря этому, а также относительной простоте обработки, медь стала одним из первых металлов, освоенных человеком. Сегодня медь преимущественно получают из руд. В зависимости от типа соединений, входящих в состав руд, их разделяют на оксидные и сульфидные. Сульфидные руды имеют большее промышленное значение, так как из них извлекают около 80% всей добываемой меди. Среди основных минералов, составляющих медные руды, можно выделить следующие: | Минерал | Химическая формула | |---|---| | Халькозин (медный блеск) | Cu2S | | Халькопирит (медный колчедан) | CuFeS2 | | Малахит | Cu(СО3)(ОН)2 | Россия обладает богатыми месторождениями медных руд, расположенными, в частности, на Урале.## Медь в жизни растений Медь - микроэлемент, необходимый для нормального роста и развития растений. Она выполняет важные функции, связанные с ее участием в окислительно-восстановительных реакциях, протекающих при участии ферментов. ### Роль меди в ферментативных реакциях Медь входит в состав активных центров многих ферментов, определяя их свойства и функции. Выделяют несколько групп медьсодержащих белков: Белки голубого цвета без оксидазной активности (пластоцианин)*. Участвуют в переносе одного электрона. Пероксидазы*. Окисляют монофенолы до дифенолов. Оксидазы (аскорбатоксидаза, дифенолоксидаза)*. Содержат не менее четырех атомов меди на молекулу. Рассмотрим важнейшие ферменты, содержащие медь, подробнее. Пластоцианин – голубой белок, содержащий один атом меди на молекулу. Он обнаружен в хлоропластах, где участвует в переносе электронов от цитохрома f к ФС I. При дефиците меди активность ФС I снижается значительно сильнее, чем активность ФС II. Цитохромоксидаза – оксидаза митохондриальной электрон-транспортной цепи. Содержит два атома меди и два атома железа. Атомы меди участвуют в транспорте электрона от цитохрома c к кислороду, который восстанавливается до воды. Полифенолоксидаза катализирует окисление фенолов (гидрохинон, пирокатехин, пирогаллол) молекулярным кислородом:

Этот фермент участвует в биосинтезе лигнина, алкалоидов и меланинов, защищающих растения от повреждений и патогенов. Супероксиддисмутаза (CuZnСОД) – фермент, содержащий по одному атому меди и цинка. Играет важную роль в детоксикации супероксидного радикала (О2–). Аскорбатоксидаза катализирует окисление аскорбиновой кислоты до дегидроаскорбиновой:

Фермент содержит четыре атома меди на молекулу. Аскорбиновая кислота – важный антиоксидант и кофактор ферментов, участвующих в синтезе фитогормонов. Аминоксидаза – медьсодержащий фермент, катализирующий окислительное дезаминирование аминов: Участвует в защитных реакциях растений, лигнификации и отложении суберина. ### Поглощение и содержание меди в растениях Концентрация меди в растениях относительно невысока и составляет от 1 до 20 мг/кг сухого вещества. Большая часть меди находится в связанной форме. Высоким содержанием меди характеризуются листья, где она сосредоточена в хлоропластах. Поглощение меди осуществляется с помощью белков семейства CTR. Предполагается, что эти белки транспортируют одновалентную медь (Cu+). Возможно, двухвалентная медь (Cu2+) восстанавливается до Cu+ перед транспортом в клетку. ## Медь как микроэлемент Медь – важный микроэлемент для растений, играющий ключевую роль в фотосинтезе, дыхании и других метаболических процессах. Содержание и формы меди в почве: * Общее содержание меди в земной коре не превышает 0,01%. * Основные источники меди – основные изверженные породы. * В почве медь представлена в различных формах: * Водорастворимые соединения. * Обменные формы, связанные с органическими и минеральными коллоидами. * Труднорастворимые соли. * Медьсодержащие минералы. * Комплексные органические соединения. * Преобладающая форма – двухвалентный катион Cu²⁺, но встречаются и анионные формы, такие как Cu(CO₃)₂²⁻, Cu(OH)₄²⁻, Cu(OH)₃⁻. * Подвижность меди в почве низкая и зависит от адсорбции и комплексообразования. * Адсорбция меди происходит на оксидах железа и марганца, глинистых минералах и зависит от pH среды. * Ключевую роль в состоянии меди в почве играет комплексообразование с органическими веществами, такими как гуминовые кислоты. * Наиболее доступны для растений водорастворимые и обменно-сорбированные формы меди. Роль меди в растениях: * Участвует в транспорте меди в цитоплазму (белки COPT1 и COPT2) и внутриклеточном транспорте (белки COPT3 и COPT5). * Является компонентом ключевых ферментов, участвующих в фотосинтезе и дыхании. * Необходима для синтеза лигнина, обеспечивающего прочность клеточных стенок. * Влияет на энергетический обмен растений. * Участвует в защите растений от окислительного стресса (активность CuZnСОД). Дефицит меди: * Проявляется на кислых песчаных и торфянистых почвах. * Критический уровень дефицита – 1–5 мг/кг сухой массы. * Приводит к нарушению лигнификации клеточных стенок, особенно в склеренхиме стебля. * Вызывает снижение активности фотосинтеза и дыхания, что приводит к уменьшению уровня углеводов. * Приводит к стерильности пыльцы и подавлению N₂-фиксации у бобовых. * Проявляется в замедленном росте, искривлении побегов, бледной окраске листьев, некрозе апикальных меристем. * Наиболее чувствительны к дефициту меди пшеница, ячмень, овес, подсолнечник, лен, шпинат, яблоня, слива, груша, цитрусовые. Избыток меди: * Критический уровень – 10–20 мг/кг сухой массы для большинства растений. * Подавляет рост побегов и корней, но усиливает образование боковых корней. * Нарушает целостность мембран, что приводит к утечке клеточного содержимого. * Подавляет активность ферментов, фотосинтез, снижает концентрацию хлорофилла. * Снижает концентрацию азота, фосфора и калия в побегах и корнях. * Накапливается преимущественно в корнях, вызывая нарушения в структуре и функциях ядер. * Может вызывать медный токсикоз у животных, употребляющих растения с избытком меди. * Таким образом, медь – незаменимый микроэлемент для растений, но его содержание в почве должно быть сбалансированным. И дефицит, и избыток меди негативно сказываются на росте, развитии и продуктивности растений.