معلومة

8.4: التغذية والنمو - علم الأحياء

8.4: التغذية والنمو - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أهداف التعلم

  • وصف طريقة التغذية والنمو في الفطريات

تغذية

مثل الحيوانات ، الفطريات هي كائنات غيرية التغذية. يستخدمون مركبات عضوية معقدة كمصدر للكربون ، بدلاً من إصلاح ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي كما تفعل بعض البكتيريا ومعظم النباتات. بالإضافة إلى ذلك ، لا تقوم الفطريات بإزالة النيتروجين من الغلاف الجوي. مثل الحيوانات ، يجب أن يحصلوا عليها من نظامهم الغذائي. ومع ذلك ، على عكس معظم الحيوانات ، التي تتناول الطعام ثم تهضمه داخليًا في أعضاء متخصصة ، تقوم الفطريات بهذه الخطوات بترتيب عكسي ؛ الهضم يسبق الابتلاع. أولاً ، يتم نقل الإنزيمات الخارجية من الواصلة ، حيث تقوم بمعالجة العناصر الغذائية في البيئة. بعد ذلك ، يتم امتصاص الجزيئات الأصغر التي ينتجها هذا الهضم الخارجي من خلال مساحة السطح الكبيرة للميسيليوم. كما هو الحال مع الخلايا الحيوانية ، فإن عديد السكاريد للتخزين هو الجليكوجين ، وليس النشا ، كما هو موجود في النباتات.

الفطريات في الغالب سبروبس (المعروف أيضًا باسم فطريات مترممة): الكائنات الحية التي تستمد العناصر الغذائية من المواد العضوية المتحللة. يحصلون على مغذياتهم من المواد العضوية الميتة أو المتحللة: المواد النباتية بشكل أساسي. الإنزيمات الخارجية الفطرية قادرة على تكسير السكريات غير القابلة للذوبان ، مثل السليلوز واللجنين من الخشب الميت ، إلى جزيئات جلوكوز سهلة الامتصاص. وهكذا يتم إطلاق الكربون والنيتروجين والعناصر الأخرى في البيئة. بسبب مسارات التمثيل الغذائي المتنوعة ، تؤدي الفطريات دورًا بيئيًا مهمًا ويتم التحقيق فيها كأدوات محتملة في المعالجة الحيوية. على سبيل المثال ، يمكن استخدام بعض أنواع الفطريات لتفكيك زيت الديزل والهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs). الأنواع الأخرى تتناول المعادن الثقيلة ، مثل الكادميوم والرصاص.

بعض الفطريات طفيلية ، تصيب إما النباتات أو الحيوانات. يؤثر مرض سموت والدردار الهولندي على النباتات ، في حين أن قدم الرياضي وداء المبيضات (القلاع) هي عدوى فطرية مهمة من الناحية الطبية في البشر. في البيئات الفقيرة بالنيتروجين ، تلجأ بعض الفطريات إلى افتراس النيماتودا (الديدان الصغيرة غير المجزأة). أنواع مفاصل تمتلك الفطريات عددًا من الآليات لاحتجاز الديدان الخيطية. تتضمن إحدى الآليات تقييد الحلقات داخل شبكة الواصلة. تتضخم الحلقات عندما تلامس الديدان الخيطية ، وتمسكها بإحكام. تخترق الفطريات أنسجة الدودة عن طريق تمديد خيوط متخصصة تسمى المضيف. تمتلك العديد من الفطريات الطفيلية haustoria ، حيث تخترق هذه الهياكل أنسجة العائل ، وتطلق إنزيمات هضمية داخل جسم المضيف ، وتمتص العناصر الغذائية المهضومة.

نمو

الجسم الخضري للفطر أحادي الخلية أو متعدد الخلايا ثالوس. يمكن أن تتغير الفطريات ثنائية الشكل من حالة أحادية الخلية إلى حالة متعددة الخلايا حسب الظروف البيئية. يشار إلى الفطريات وحيدة الخلية عمومًا الخمائر. خميرة الخميرة (خميرة الخباز) و الكانديدا الأنواع (عوامل مرض القلاع ، عدوى فطرية شائعة) هي أمثلة على الفطريات وحيدة الخلية (الشكل 1). كندا البيضاء هي خلية خميرة وعامل لداء المبيضات والقلاع ولها شكل مماثل لبكتيريا العصعص ؛ ومع ذلك ، فإن الخميرة هي كائن حقيقي النواة (لاحظ النواة).

معظم الفطريات كائنات متعددة الخلايا. تعرض مرحلتين شكليتين متميزتين: الخضري والتكاثر. تتكون المرحلة الخضرية من مجموعة متشابكة من الهياكل الشبيهة بالخيوط النحيلة تسمى خيط فطري (صيغة المفرد، واصلة) ، في حين أن المرحلة الإنجابية يمكن أن تكون أكثر وضوحًا. كتلة الواصلة هي أ فطيرة (الشكل 2).

يمكن أن ينمو على سطح أو في التربة أو مادة متحللة أو سائل أو حتى على الأنسجة الحية. على الرغم من أنه يجب ملاحظة الواصلة الفردية تحت المجهر ، إلا أن الفطريات الفطرية للفطر يمكن أن تكون كبيرة جدًا ، مع بعض الأنواع التي تكون حقًا "الفطريات العملاقة". العملاق أرميلاريا سوليديبس (عيش الغراب) يعتبر أكبر كائن حي على الأرض ، ينتشر عبر أكثر من 2000 فدان من التربة الجوفية في شرق ولاية أوريغون ؛ يقدر بعمر 2400 سنة على الأقل.

تنقسم معظم الواصلة الفطرية إلى خلايا منفصلة بواسطة جدران داخلية تسمى الحاجز (صيغة المفرد، الحاجز) (الشكل 3 أ ، ج). في معظم شعب الفطريات ، تسمح الثقوب الصغيرة في الحاجز بالتدفق السريع للمغذيات والجزيئات الصغيرة من خلية إلى أخرى على طول الواصلة. توصف بأنها حواجز مثقبة. لا يتم فصل الواصلة في قوالب الخبز (التي تنتمي إلى Phylum Zygomycota) بواسطة الحاجز. بدلاً من ذلك ، تتشكل بواسطة خلايا كبيرة تحتوي على العديد من النوى ، وهو الترتيب الموصوف بـ خيوط خلوية (الشكل 3 ب).

تنمو الفطريات في البيئات الرطبة والحمضية قليلاً ، ويمكن أن تنمو بالضوء أو بدونه. تختلف في احتياجاتهم من الأكسجين. معظم الفطريات نموذج تعهدالتي تتطلب الأكسجين للبقاء على قيد الحياة. الأنواع الأخرى ، مثل Chytridiomycota التي تعيش في كرش الماشية ، هي تلزم اللاهوائية، من حيث أنهم يستخدمون التنفس اللاهوائي فقط لأن الأكسجين سيعطل عملية التمثيل الغذائي أو يقتلهم. الخمائر وسيطة اللاهوائية الاختيارية. هذا يعني أنها تنمو بشكل أفضل في وجود الأكسجين باستخدام التنفس الهوائي ، ولكن يمكنها البقاء على قيد الحياة باستخدام التنفس اللاهوائي عندما لا يتوفر الأكسجين. يستخدم الكحول المنتج من تخمير الخميرة في إنتاج النبيذ والبيرة.


8.4) النقل

النقل: هي حركة السكروز والأحماض الأمينية في اللحاء ، من مناطق الإنتاج ("المصدر") إلى مناطق التخزين أو إلى المناطق التي تُستخدم فيها في التنفس أو النمو ("الحوض").

  • هذه هي حركة السكروز والأحماض الأمينية في أنابيب اللحاء في النبات.
  • الجلوكوز مهم جدًا لأنه يصنع العديد من العناصر الغذائية المهمة الأخرى.
  • على سبيل المثال ، يستخدم الجلوكوز في صنع السكروز.
  • ثم يدخل السكروز في اللحاء
  • ثم ينقل اللحاء السكروز عبر الورقة حيث يمكن استخدامه.

يمكن أن تعمل بعض أجزاء النبات كمصدر وحوض في أوقات مختلفة خلال حياة النبات:

على سبيل المثال بينما يتشكل البرعم الذي يحتوي على أوراق جديدة فإنه يتطلب مغذيات وبالتالي يكون بمثابة حوض.

ومع ذلك ، بمجرد أن ينفجر البرعم وتقوم الأوراق بعملية التمثيل الضوئي ، ستعمل المنطقة كمصدر ، وإرسال السكريات والأحماض الأمينية المركبة حديثًا إلى أجزاء أخرى من النبات.


الملخص

كان الهدف من هذه الدراسة هو تحديد أهم المتغيرات التي تحدد الاختلافات الحالية في المكانة المادية في أوروبا وبعض فروعها الخارجية مثل أستراليا ونيوزيلندا والولايات المتحدة الأمريكية. جمعنا بيانات عن ارتفاع الشباب من 45 دولة وقارنناهم بمتوسطات طويلة الأجل لاستهلاك الغذاء من قاعدة بيانات FAOSTAT ، ومؤشرات التنمية المختلفة التي جمعها البنك الدولي وكتاب حقائق العالم لوكالة المخابرات المركزية ، وتواترات العديد من الواسمات الجينية. يوضح تحليلنا أن العامل الأكثر أهمية في تفسير الاختلافات الحالية في المكانة بين الدول ذات الأصل الأوروبي هو مستوى التغذية ، وخاصة النسبة بين تناول البروتينات عالية الجودة من منتجات الألبان ولحم الخنزير والأسماك ، والبروتينات منخفضة الجودة من قمح. تظهر العوامل الوراثية المحتملة مثل توزيع Y haplogroup I-M170 ، والترددات المجمعة لمجموعات الفرد Y I-M170 و R1b-U106 ، أو التوزيع الظاهري لتحمل اللاكتوز على أنها مهمة نسبيًا ، ولكن البيانات المتاحة محدودة أكثر. كما تم العثور على ارتباطات إيجابية معتدلة معتدلة مع نصيب الفرد من الناتج المحلي الإجمالي والنفقات الصحية وجزئيًا مع مستوى التحضر الذي يؤثر على مكانة الذكور في أوروبا الغربية. في المقابل ، ارتبط ارتفاع الذكور عكسياً مع معدل وفيات الأطفال وعدم المساواة الاجتماعية (مؤشر جيني). يمكن أن تلهم هذه النتائج المبادئ التوجيهية الاجتماعية والتغذوية التي من شأنها أن تؤدي إلى تحسين النمو البدني لدى الأطفال وتعظيم الإمكانات الوراثية ، على المستويين الفردي والوطني.


وصف

جزء من سلسلة بيولوجيا الحيوانات المتنامية ، يقدم هذا الكتاب معلومات محدثة عن بيولوجيا تغذية الحيوانات. يصف كيف يتم تحقيق التعديل الغذائي لوظيفة الجهاز الهضمي في حيوانات المزرعة الصغيرة والمتنامية من خلال أنواع مختلفة من إضافات الأعلاف ، مثل البروبيوتيك والبريبايوتكس والأحماض العضوية والمصادر الجديدة لأنزيمات الأعلاف ، فضلاً عن المكونات النشطة بيولوجيًا ومعدلات التمثيل الغذائي. يناقش الكتاب أيضًا دور التغذية في الاستجابة المناعية وصحة الحيوان ، ومشكلة مضادات المغذيات - بما في ذلك السموم المخاطية وبعض المعادن - في تغذية الحيوان ، والجوانب التقنية الحيوية والجزيئية والبيئية للتغذية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تقديم الجوانب القانونية والسلامة.


تغذية الحيوان وبيولوجيا النمو

البحث الذي تم إجراؤه ضمن مجموعة بيولوجيا نمو وتغذية الحيوان له عدة أهداف رئيسية:

  • فهم أفضل لكيفية تأثير التغذية على إنتاج أنواع الثروة الحيوانية ذات الصلة اقتصاديًا
  • اكتساب نظرة ثاقبة للآليات الجزيئية التي يحدث من خلالها النمو في أنواع الماشية
  • حدد العلاقة التي من خلالها تؤثر التغذية على النمو

بعض المشاريع البحثية المحددة التي يتم إجراؤها حاليًا من قبل أعضاء هيئة التدريس في ADVS في منطقة البحث هي:

  • تحديد الآلية التي من خلالها تعمل الغرسات الابتنائية على تحسين نمو العضلات الهيكلية في الأبقار
  • فهم الدور الذي تلعبه تغذية الأم في التنمية والإنتاج اللاحق للنسل
  • تحديد الآليات الجزيئية المسؤولة عن تطوير حنان المنتج النهائي في منتجات اللحم البقري
  • دراسة كيفية تأثير العناصر الغذائية على استقلاب الأبقار الحلوب
  • تحديد أفضل الممارسات لاستقبال الأبقار التي قد تعاني من نقص المعادن
  • دراسة تأثير رعي العجول العضوية على المراعي المختلفة على النمو والصحة والكفاءة الإنجابية

الأساتذه

اتصال رئيسي

كارا ثورنتون-كورت


محتويات

توازن المغنيسيوم أمر حيوي لرفاهية جميع الكائنات الحية. المغنيسيوم هو أيون وفير نسبيًا في قشرة الأرض ووشاحها ، وهو متوفر بيولوجيًا بدرجة عالية في الغلاف المائي. قد يكون هذا التوافر ، بالاقتران مع كيمياء مفيدة وغير مألوفة للغاية ، قد أدى إلى استخدامها في التطور كأيون للإشارة ، وتنشيط الإنزيم ، والتحفيز. ومع ذلك ، فإن الطبيعة غير العادية للمغنيسيوم الأيوني أدت أيضًا إلى تحدي كبير في استخدام الأيون في النظم البيولوجية. الأغشية البيولوجية غير منفذة للمغنيسيوم (والأيونات الأخرى) ، لذلك يجب أن تسهل بروتينات النقل تدفق المغنيسيوم ، داخل وخارج الخلايا والمقصورات داخل الخلايا.

الكلوروفيل في النباتات يحول الماء إلى أكسجين مثل O2. ينقل الهيموغلوبين في الحيوانات الفقارية الأكسجين كـ O2 في الدم. الكلوروفيل مشابه جدًا للهيموجلوبين ، باستثناء المغنيسيوم في مركز جزيء الكلوروفيل والحديد في مركز جزيء الهيموجلوبين ، مع وجود اختلافات أخرى. [6] هذه العملية تحافظ على الخلايا الحية على الأرض حية وتحافظ على المستويات الأساسية لثاني أكسيد الكربون2 و O2 في الغلاف الجوي.

تحرير صحة الإنسان

يتسبب تناول المغنيسيوم غير الكافي في كثير من الأحيان في تشنجات عضلية ، وقد ارتبط بأمراض القلب والأوعية الدموية ، والسكري ، وارتفاع ضغط الدم ، واضطرابات القلق ، والصداع النصفي ، وهشاشة العظام ، واحتشاء دماغي. [7] [8] النقص الحاد (انظر نقص مغنيزيوم الدم) نادر الحدوث ، وهو أكثر شيوعًا كأثر جانبي للأدوية (مثل تعاطي الكحول أو مدرات البول) أكثر من انخفاض تناول الطعام في حد ذاته ، ولكن يمكن أن يحدث عند الأشخاص الذين يتغذون عن طريق الوريد لفترات طويلة من الزمن.

الإسهال هو أكثر الأعراض شيوعًا للإفراط في تناول المغنيسيوم عن طريق الفم. المكملات التي تعتمد على مخلّبات الأحماض الأمينية (مثل الجلايسينات والليسينات وما إلى ذلك) يتحملها الجهاز الهضمي بشكل أفضل ولا تحتوي على آثار جانبية للمركبات القديمة المستخدمة ، بينما تمنع المكملات الغذائية ذات الإطلاق المستمر حدوث الإسهال. [ بحاجة لمصدر ] نظرًا لأن الكلى عند البالغين تفرز المغنيسيوم الزائد بكفاءة ، فإن التسمم الفموي بالمغنيسيوم عند البالغين ذوي وظائف الكلى الطبيعية نادر جدًا. الرضع ، الذين لديهم قدرة أقل على إفراز المغنيسيوم الزائد حتى عندما يكونون بصحة جيدة ، لا ينبغي إعطاؤهم مكملات المغنيسيوم ، إلا تحت رعاية الطبيب.

تُستخدم المستحضرات الصيدلانية التي تحتوي على المغنيسيوم لعلاج حالات تشمل نقص المغنيسيوم ونقص مغنسيوم الدم ، وكذلك تسمم الحمل. [9] عادة ما تكون هذه المستحضرات على شكل كبريتات المغنيسيوم أو كلوريد عندما تعطى بالحقن. يمتص الجسم المغنيسيوم بكفاءة معقولة (30٪ إلى 40٪) من أي ملح مغنيسيوم قابل للذوبان ، مثل الكلوريد أو السترات. يتم امتصاص المغنيسيوم بالمثل من أملاح إبسوم ، على الرغم من أن الكبريتات الموجودة في هذه الأملاح تزيد من تأثيرها الملين بجرعات أعلى. امتصاص المغنيسيوم من الأكسيد غير القابل للذوبان وأملاح الهيدروكسيد (حليب المغنيسيا) غير منتظم وذو كفاءة أقل ، لأنه يعتمد على معادلة وحل الملح بواسطة حمض المعدة ، والذي قد لا يكون (وعادة لا يكون) كاملاً .

يمكن استخدام أورتات المغنيسيوم كعلاج مساعد في المرضى على العلاج الأمثل لفشل القلب الاحتقاني الشديد ، وزيادة معدل البقاء على قيد الحياة وتحسين الأعراض السريرية ونوعية حياة المريض. [10]

تحرير التوصيل العصبي

يمكن أن يؤثر المغنيسيوم على استرخاء العضلات من خلال التأثير المباشر على أغشية الخلايا. تغلق أيونات Mg 2+ أنواعًا معينة من قنوات الكالسيوم ، والتي تنقل أيونات الكالسيوم موجبة الشحنة إلى الخلايا العصبية. مع وجود فائض من المغنيسيوم ، سيتم حظر المزيد من القنوات وسيقل نشاط الخلايا العصبية. [11] [12]

تحرير ارتفاع ضغط الدم

تستخدم كبريتات المغنيسيوم في الوريد في علاج مقدمات الارتعاج. [13] بخلاف ارتفاع ضغط الدم المرتبط بالحمل ، خلص التحليل التلوي لـ 22 تجربة سريرية مع نطاقات جرعة من 120 إلى 973 مجم / يوم وجرعة متوسطة من 410 مجم ، إلى أن مكملات المغنيسيوم لها تأثير صغير ولكن مهم من الناحية الإحصائية ، مما يقلل ضغط الدم الانقباضي بمقدار 3-4 ملم زئبق وضغط الدم الانبساطي بمقدار 2-3 ملم زئبق. كان التأثير أكبر عندما كانت الجرعة أكثر من 370 مجم / يوم. [14]

داء السكري وتحمل الجلوكوز تحرير

يتوافق تناول كميات أكبر من المغنيسيوم في النظام الغذائي مع انخفاض معدل الإصابة بمرض السكري. [15] بالنسبة للأشخاص المصابين بداء السكري أو المعرضين لخطر الإصابة بمرض السكري ، فإن مكملات المغنيسيوم تقلل نسبة الجلوكوز أثناء الصيام. [16]

قام المعهد الأمريكي للطب (IOM) بتحديث متوسط ​​المتطلبات التقديرية (EARs) والبدلات الغذائية الموصى بها (RDAs) للمغنيسيوم في عام 1997. إذا لم تكن هناك معلومات كافية لإنشاء EARs و RDAs ، يتم استخدام تقدير مخصص مناسب (AI) بدلاً من ذلك . تبلغ معدلات EAR الحالية للمغنيسيوم للنساء والرجال الذين تتراوح أعمارهم بين 31 عامًا وما فوق 265 مجم / يوم و 350 مجم / يوم على التوالي. ال RDAs هي 320 و 420 ملغ / يوم. RDAs أعلى من EARs وذلك لتحديد المبالغ التي ستغطي الأشخاص بمتطلبات أعلى من المتوسط. RDA للحمل 350 إلى 400 ملغ / يوم حسب عمر المرأة. RDA للإرضاع يتراوح من 310 إلى 360 مجم / يوم لنفس السبب. بالنسبة للأطفال الذين تتراوح أعمارهم من 1 إلى 13 عامًا ، تزداد نسبة الـ RDA مع تقدم العمر من 65 إلى 200 مجم / يوم. فيما يتعلق بالسلامة ، تحدد المنظمة الدولية للهجرة أيضًا مستويات المدخول الأعلى المسموح بها (ULs) من الفيتامينات والمعادن عندما تكون الأدلة كافية. في حالة المغنيسيوم ، يتم ضبط UL عند 350 مجم / يوم. إن UL خاص بالمغنيسيوم المستهلك كمكمل غذائي ، والسبب هو أن تناول الكثير من المغنيسيوم في وقت واحد يمكن أن يسبب الإسهال. لا ينطبق UL على المغنيسيوم من مصادر الغذاء. بشكل جماعي ، يشار إلى EARs و RDAs و ULs على أنها مآخذ مرجعية غذائية. [17]

المرجع اليومي من المغنيسيوم [18]
سن ذكر أنثى حمل الرضاعة
من الولادة حتى 6 أشهر 30 مجم * 30 مجم *
7-12 شهرًا 75 مجم * 75 مجم *
1-3 سنوات 80 مجم 80 مجم
4-8 سنوات 130 مجم 130 مجم
9-13 سنة 240 مجم 240 مجم
14-18 سنة 410 مجم 360 مجم 400 مجم 360 مجم
19-30 سنة 400 مجم 310 مجم 350 مجم 310 مجم
31-50 سنة 420 مجم 320 مجم 360 مجم 320 مجم
51+ سنة 420 مجم 320 مجم

تشير هيئة سلامة الأغذية الأوروبية (EFSA) إلى مجموعة المعلومات الجماعية على أنها قيم مرجعية غذائية ، مع المدخول المرجعي للسكان (PRI) بدلاً من RDA ، ومتطلبات متوسط ​​بدلاً من EAR. تم تعريف AI و UL كما هو الحال في الولايات المتحدة. بالنسبة للنساء والرجال الذين تبلغ أعمارهم 18 عامًا أو أكثر ، يتم تعيين AIs عند 300 و 350 مجم / يوم ، على التوالي. AI للحمل والرضاعة هي أيضا 300 ملغ / يوم. بالنسبة للأطفال الذين تتراوح أعمارهم من 1 إلى 17 عامًا ، تزيد مستويات الذكاء الاصطناعي مع تقدم العمر من 170 إلى 250 مجم / يوم. أنظمة الذكاء الاصطناعي هذه أقل من RDAs الأمريكية. [19] راجعت هيئة سلامة الأغذية الأوروبية نفس سؤال السلامة وحددت UL عند 250 مجم / يوم - أقل من القيمة الأمريكية. [20] المغنيسيوم UL فريد من نوعه من حيث أنه أقل من بعض RDAs. ينطبق على المدخول من عامل دوائي أو مكمل غذائي فقط ، ولا يشمل المدخول من الطعام والماء.

لأغراض وضع العلامات الغذائية والمكملات الغذائية في الولايات المتحدة ، يتم التعبير عن الكمية في الوجبة كنسبة مئوية من القيمة اليومية (٪ DV). لأغراض وضع العلامات على المغنيسيوم ، كانت 100 ٪ من القيمة اليومية 400 مجم ، ولكن اعتبارًا من 27 مايو 2016 ، تمت مراجعتها إلى 420 مجم لجعلها متوافقة مع قانون التمييز العنصري. [21] [22] كان الالتزام بلوائح الملصقات المحدثة مطلوبًا بحلول 1 يناير 2020 ، للمصنعين الذين لديهم 10 ملايين دولار أو أكثر في المبيعات السنوية للأغذية ، وبحلول 1 يناير 2021 ، للمصنعين الذين تقل مبيعاتهم الغذائية السنوية عن 10 ملايين دولار. [23] [24] [25] خلال الأشهر الستة الأولى التي تلي تاريخ الامتثال في 1 يناير 2020 ، تخطط إدارة الغذاء والدواء للعمل بشكل تعاوني مع الشركات المصنعة لتلبية متطلبات ملصق حقائق التغذية الجديدة ولن تركز على إجراءات الإنفاذ المتعلقة بهذه المتطلبات خلال ذلك زمن. [23] يتم توفير جدول بالقيم اليومية القديمة والجديدة للبالغين في المرجع اليومي المدخول.

توفر الخضار الخضراء مثل السبانخ المغنيسيوم بسبب وفرة جزيئات الكلوروفيل التي تحتوي على الأيون. المكسرات (خاصة المكسرات البرازيلية والكاجو واللوز) والبذور (مثل بذور اليقطين) والشوكولاتة الداكنة وفول الصويا المحمص والنخالة وبعض الحبوب الكاملة هي أيضًا مصادر جيدة للمغنيسيوم. [26]

على الرغم من احتواء العديد من الأطعمة على المغنيسيوم ، إلا أنه يوجد عادة بنسب منخفضة. كما هو الحال مع معظم العناصر الغذائية ، من غير المرجح أن يتم تلبية الاحتياجات اليومية من المغنيسيوم بحصة واحدة من أي طعام واحد. سيساعد تناول مجموعة متنوعة من الفاكهة والخضروات والحبوب على ضمان تناول كمية كافية من المغنيسيوم. [ بحاجة لمصدر ]

نظرًا لأن المغنيسيوم يذوب بسهولة في الماء ، فإن الأطعمة المكررة ، والتي غالبًا ما تتم معالجتها أو طهيها في الماء وتجفيفها ، بشكل عام ، تعد مصادر فقيرة للمغذيات. على سبيل المثال ، يحتوي خبز القمح الكامل على ضعف كمية المغنيسيوم الموجودة في الخبز الأبيض لأن النخالة والبذرة الغنية بالمغنيسيوم تتم إزالتها عند معالجة الدقيق الأبيض. يشير جدول المصادر الغذائية للمغنيسيوم إلى العديد من المصادر الغذائية للمغنيسيوم. [ بحاجة لمصدر ]

يمكن للمياه "العسرة" أيضًا أن توفر المغنيسيوم ، لكن الماء "اللين" يحتوي على كمية أقل من الأيونات. لا تقوم المسوحات الغذائية بتقييم مدخول المغنيسيوم من الماء ، مما قد يؤدي إلى التقليل من إجمالي تناول المغنيسيوم وتنوعه.

قد يجعل الكثير من المغنيسيوم من الصعب على الجسم امتصاص الكالسيوم. [ بحاجة لمصدر ] لا يمكن أن يؤدي نقص المغنيسيوم الكافي إلى نقص مغنسيوم الدم كما هو موصوف أعلاه ، مع عدم انتظام ضربات القلب ، وارتفاع ضغط الدم (علامة على البشر ولكن ليس بعض حيوانات التجارب مثل القوارض) ، والأرق ، وتشنجات العضلات (التحزّم). ومع ذلك ، كما لوحظ ، يُعتقد أنه نادرًا ما تظهر أعراض نقص المغنيسيوم الناتج عن النقص الغذائي النقي.

فيما يلي بعض الأطعمة وكمية المغنيسيوم فيها: [27]

    البذور ، بدون قشور (1/4 كوب) = 303 مجم ، (1/4 كوب) = 162 مجم [28] دقيق (1/2 كوب) = 151 مجم (1/4 كوب) = 125 مجم
  • نخالة الشوفان النيئة (نصف كوب) = 110 مجم
  • مسحوق الكاكاو (1/4 كوب) = 107 مجم (3 أونصات) = 103 مجم (1/4 كوب) = 99 مجم (1/4 كوب) = 89 مجم
  • دقيق القمح الكامل (1/2 كوب) = 83 مجم ، مسلوق (1/2 كوب) = 79 مجم ، مسلوق (1/2 كوب) = 75 مجم ، 70٪ كاكاو (1 أوقية) = 73 مجم ، صلب (1 / 2 كوب) = 73 مجم مغلي (1/2 كوب) = 60 مجم مطبوخ (1/2 كوب) = 59 مجم (ملعقتان كبيرتان) = 50 مجم (1/4 كوب) = 46 مجم مقشر (1/4) كوب) = 41 مجم مغلي (1/2 كوب) = 39 مجم مغلي (1/2 كوب) = 37 مجم مغلي (1/2 كوب) = 36 مجم مطبوخ (1/2 كوب) = 32 مجم ( 1 ملعقة كبيرة) = 32 مجم ، خالي الدسم (كوب واحد) = 27 مجم ، إسبريسو (1 أونصة) = 24 مجم (شريحة واحدة) = 23 مجم

في الحيوانات ، ثبت أن أنواع الخلايا المختلفة تحافظ على تركيزات مختلفة من المغنيسيوم. [29] [30] [31] [32] يبدو من المرجح أن الأمر نفسه ينطبق على النباتات. [33] [34] يشير هذا إلى أن أنواعًا مختلفة من الخلايا قد تنظم تدفق وتدفق المغنيسيوم بطرق مختلفة بناءً على احتياجاتها الأيضية الفريدة. يجب الحفاظ على التركيزات الخلالية والجهازية للمغنيسيوم الحر بدقة من خلال العمليات المشتركة للتخزين المؤقت (ربط الأيونات بالبروتينات والجزيئات الأخرى) والكتم (نقل الأيونات إلى التخزين أو الفراغات خارج الخلية [35]).

في النباتات ، ومؤخرًا في الحيوانات ، تم التعرف على المغنيسيوم باعتباره أيون إشارة مهم ، حيث يعمل على تنشيط العديد من التفاعلات الكيميائية الحيوية والتوسط فيها. ربما يكون أفضل مثال على ذلك هو تنظيم تثبيت الكربون في البلاستيدات الخضراء في دورة كالفين. [36] [37]

المغنيسيوم مهم جدا في الوظيفة الخلوية. يسبب نقص المغذيات مرض الكائن الحي المصاب. في الكائنات الحية أحادية الخلية مثل البكتيريا والخميرة ، تظهر مستويات منخفضة من المغنيسيوم في معدلات نمو منخفضة بشكل كبير. في سلالات البكتيريا التي تنقل المغنيسيوم بالضربة القاضية ، يتم الحفاظ على المعدلات الصحية فقط مع التعرض لتركيزات خارجية عالية جدًا من الأيونات. [38] [39] في الخميرة ، يؤدي نقص المغنيسيوم في الميتوكوندريا أيضًا إلى المرض. [40]

النباتات التي تعاني من نقص المغنيسيوم تظهر استجابات للتوتر. إن أولى العلامات التي يمكن ملاحظتها على كل من تجويع المغنيسيوم والتعرض المفرط في النباتات هي انخفاض معدل التمثيل الضوئي. هذا يرجع إلى الموقع المركزي لأيون Mg 2+ في جزيء الكلوروفيل. الآثار اللاحقة لنقص المغنيسيوم على النباتات هي انخفاض كبير في النمو والقدرة على الإنجاب. [4] يمكن أن يكون المغنيسيوم سامًا أيضًا للنباتات ، على الرغم من أن هذا لا يظهر إلا في ظروف الجفاف. [41] [42]

في الحيوانات ، يُلاحظ نقص المغنيسيوم (نقص مغنيسيوم الدم) عندما يكون التوافر البيئي للمغنيسيوم منخفضًا. في الحيوانات المجترة ، المعرضة بشكل خاص لتوافر المغنيسيوم في أعشاب المراعي ، تُعرف الحالة باسم "تكزز العشب". يتم تحديد نقص المغنيسيوم في الدم من خلال فقدان التوازن بسبب ضعف العضلات. [43] كما تم تحديد عدد من اضطرابات نقص مغنسيوم الدم التي يمكن عزوها وراثيًا في البشر. [44] [45] [46] [47]

قد يكون التعرض المفرط للمغنيسيوم سامًا للخلايا الفردية ، على الرغم من صعوبة إظهار هذه التأثيرات من الناحية التجريبية. [ بحاجة لمصدر ] فرط مغنيسيوم الدم ، وهو فرط في المغنيسيوم في الدم ، عادة ما يكون سببه فقدان وظائف الكلى. تفرز الحيوانات السليمة بسرعة المغنيسيوم الزائد في البول والبراز. [48] ​​يسمى المغنيسيوم البولي مغنيسوريا. التركيزات المميزة للمغنيسيوم في الكائنات الحية النموذجية هي: in بكتريا قولونية 30-100 ملم (مقيد) ، 0.01-1 ملم (مجاني) ، في خميرة في مهدها 50 ملم ، في خلية ثديية 10 ملم (مقيدة) ، 0.5 ملم (مجاني) وفي بلازما الدم 1 ملم. [49]

Mg 2+ هو رابع أكثر أيون معدني وفرة في الخلايا (لكل مولات) والأكثر وفرة من الكاتيون ثنائي التكافؤ الحر - ونتيجة لذلك ، فهو منسوج بشكل عميق وجذري في عملية التمثيل الغذائي الخلوي. في الواقع ، تظهر الإنزيمات المعتمدة على Mg 2+ في كل مسار استقلابي تقريبًا: كثيرًا ما يتم ملاحظة ارتباط محدد لـ Mg 2+ بالأغشية البيولوجية ، كما يتم استخدام Mg 2+ كجزيء إشارة ، ويتطلب الكثير من الكيمياء الحيوية للحمض النووي Mg 2+ ، بما في ذلك جميع التفاعلات التي تتطلب إطلاق الطاقة من ATP. [50] [51] [37] في النيوكليوتيدات ، يتم تثبيت جزء ثلاثي الفوسفات للمركب بشكل ثابت بالاقتران مع Mg 2+ في جميع العمليات الأنزيمية.

تحرير الكلوروفيل

في كائنات التمثيل الضوئي ، يلعب Mg 2+ دورًا حيويًا إضافيًا يتمثل في كونه الأيون المنسق في جزيء الكلوروفيل. اكتشف هذا الدور ريتشارد ويلستاتير ، الذي حصل على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1915 لتنقية وتركيب ارتباط الكلوروفيل بالرقم السادس من الكربون.

تحرير الانزيمات

تستخدم كيمياء أيون Mg 2+ ، كما هي مطبقة على الإنزيمات ، النطاق الكامل لكيمياء التفاعل غير العادية لهذا الأيون لتحقيق مجموعة من الوظائف. [50] [52] [53] [54] يتفاعل Mg 2+ مع الركائز والإنزيمات وأحيانًا كلاهما (قد يشكل Mg 2+ جزءًا من الموقع النشط). بشكل عام ، يتفاعل Mg 2+ مع الركائز من خلال تنسيق المجال الداخلي ، أو تثبيت الأنيونات أو الوسائط التفاعلية ، بما في ذلك أيضًا الارتباط بـ ATP وتنشيط الجزيء للهجوم nucleophilic. عند التفاعل مع الإنزيمات والبروتينات الأخرى ، قد يرتبط Mg 2+ باستخدام تنسيق المجال الداخلي أو الخارجي ، إما لتغيير شكل الإنزيم أو المشاركة في كيمياء التفاعل التحفيزي. في كلتا الحالتين ، نظرًا لأن Mg 2+ نادرًا ما يتم تجفيفه تمامًا أثناء الارتباط بالرابط ، فقد يكون جزيء الماء المرتبط بـ Mg 2+ مهمًا بدلاً من الأيون نفسه. حموضة لويس لـ Mg 2+ (صكأ 11.4) للسماح بتفاعلات التحلل المائي والتكثيف (الأكثر شيوعًا هي التحلل المائي لإستر الفوسفات ونقل الفوسفوريل) التي تتطلب خلاف ذلك قيم الأس الهيدروجيني التي تمت إزالتها بشكل كبير من القيم الفسيولوجية.

دور أساسي في النشاط البيولوجي لتحرير ATP

يجب أن يرتبط ATP (أدينوزين ثلاثي الفوسفات) ، المصدر الرئيسي للطاقة في الخلايا ، بأيون المغنيسيوم حتى يكون نشطًا بيولوجيًا. ما يسمى ATP غالبًا ما يكون في الواقع Mg-ATP. [5]

الأحماض النووية تحرير

للأحماض النووية مجموعة مهمة من التفاعلات مع Mg 2+. يعمل ارتباط Mg 2+ مع DNA و RNA على استقرار البنية ويمكن ملاحظة ذلك في زيادة درجة حرارة الانصهار (تيم) من DNA مزدوج الشريطة في وجود Mg 2+. [50] بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي الريبوسومات على كميات كبيرة من Mg 2+ والتثبيت المقدم ضروري لتكوين هذا البروتين الريبي. [55] يربط عدد كبير من الإنزيمات المشاركة في الكيمياء الحيوية للأحماض النووية Mg 2+ للنشاط ، باستخدام الأيونات في كل من التنشيط والتحفيز. أخيرًا ، التحفيز الذاتي للعديد من الريبوزيمات (الإنزيمات التي تحتوي فقط على الحمض النووي الريبي) يعتمد على Mg 2+ (على سبيل المثال ، مجموعة الخميرة II من الميتوكوندريا ذاتية الربط [56]).

يمكن أن تكون أيونات المغنيسيوم حاسمة في الحفاظ على السلامة الموضعية لمجموعات الفوسفات العنقودية. تظهر هذه المجموعات في أجزاء عديدة ومتميزة من نواة الخلية والسيتوبلازم. على سبيل المثال ، ترتبط أيونات Mg 2+ سداسية الماء في الأخدود الرئيسي العميق وعند الفم الخارجي لحمض نووي مزدوج الشكل. [57]

أغشية الخلايا والجدران تحرير

أغشية الخلايا البيولوجية وجدران الخلايا هي أسطح بوليانيونية. هذا له آثار مهمة على نقل الأيونات ، على وجه الخصوص لأنه ثبت أن الأغشية المختلفة تربط بشكل تفضيلي أيونات مختلفة. [50] يعمل كل من Mg 2+ و Ca 2+ بانتظام على تثبيت الأغشية عن طريق الربط المتصالب لمجموعات الرأس الكربوكسيلية والمفسفرة من الدهون. ومع ذلك ، فإن الغشاء المغلف بكتريا قولونية ثبت أيضًا أنه يربط Na + و K + و Mn 2+ و Fe 3+. يعتمد نقل الأيونات على كل من تدرج تركيز الأيون والجهد الكهربائي (ΔΨ) عبر الغشاء ، والذي سيتأثر بالشحنة على سطح الغشاء. على سبيل المثال ، يرتبط الارتباط المحدد لـ Mg 2+ بغلاف البلاستيدات الخضراء بفقدان كفاءة التمثيل الضوئي بسبب انسداد امتصاص K + والتحميض اللاحق لسدى البلاستيدات الخضراء. [36]

تحرير البروتينات

يميل أيون Mg 2+ إلى الارتباط بشكل ضعيف بالبروتينات فقط (كأ ≤ 10 5 [50]) ويمكن استغلال هذا من قبل الخلية لتشغيل وإيقاف النشاط الأنزيمي عن طريق التغييرات في التركيز المحلي للمغنيسيوم 2+. على الرغم من أن تركيز المغنيسيوم السيتوبلازمي الحر 2+ هو في حدود 1 مليمول / لتر ، فإن محتوى المغنيسيوم 2+ الكلي للخلايا الحيوانية هو 30 مليمول / لتر [58] وفي النباتات تم قياس محتوى خلايا الأديم الباطن للأوراق بالقيم يصل إلى 100 مليمول / لتر (Stelzer وآخرون.، 1990) ، والتي تم تخزين الكثير منها في حجرات التخزين. يتم تخزين التركيز السيتوبلازمي لـ Mg 2+ الحر عن طريق الارتباط بالمخلبات (على سبيل المثال ، ATP) ، ولكن أيضًا ، ما هو أكثر أهمية ، عن طريق تخزين Mg 2+ في حجرات داخل الخلايا. قد يكون نقل Mg 2 + بين الحجرات داخل الخلايا جزءًا رئيسيًا من تنظيم نشاط الإنزيم. يجب أيضًا مراعاة تفاعل Mg 2 + مع البروتينات لنقل الأيونات عبر الأغشية البيولوجية.

تحرير المنغنيز

في النظم البيولوجية ، فقط المنغنيز (Mn 2+) قادر بسهولة على استبدال Mg 2+ ، ولكن فقط في مجموعة محدودة من الظروف. يشبه Mn 2+ إلى حد كبير Mg 2+ من حيث خصائصه الكيميائية ، بما في ذلك تركيبة الغلاف الداخلي والخارجي. يربط Mn 2+ بشكل فعال ATP ويسمح بالتحلل المائي لجزيء الطاقة بواسطة معظم ATPases. يمكن أيضًا أن يحل Mn 2+ محل Mg 2+ باعتباره الأيون المنشط لعدد من الإنزيمات المعتمدة على Mg 2+ ، على الرغم من فقدان بعض نشاط الإنزيم عادةً. [50] في بعض الأحيان تختلف تفضيلات الإنزيم المعدني هذه بين الأنواع ذات الصلة الوثيقة: على سبيل المثال ، يعتمد إنزيم النسخ العكسي للفيروسات البطيئة مثل HIV و SIV و FIV عادةً على Mg 2+ ، بينما يفضل الإنزيم المماثل للفيروسات القهقرية الأخرى Mn 2+.

الأهمية في ربط الأدوية

ظهرت مقالة [59] تبحث في الأساس البنيوي للتفاعلات بين المضادات الحيوية ذات الصلة إكلينيكيًا والريبوسوم 50S في مجلة Nature في أكتوبر 2001. أثبت علم البلورات بالأشعة السينية عالي الدقة أن هذه المضادات الحيوية ترتبط فقط بـ 23S rRNA للوحدة الفرعية الريبوسومية ، ولا تتشكل التفاعلات مع جزء بروتين الوحدة الفرعية. ويشدد المقال على أن النتائج تظهر "أهمية أيونات Mg 2+ المفترضة لربط بعض الأدوية".

بواسطة النظائر المشعة تحرير

يسمح استخدام عناصر التتبع المشعة في فحوصات امتصاص الأيونات بحساب km و Ki و Vmax ويحدد التغيير الأولي في محتوى أيون الخلايا. 28 Mg يتحلل عن طريق انبعاث جسيم بيتا أو جاما عالي الطاقة ، والذي يمكن قياسه باستخدام عداد وميض. ومع ذلك ، فإن نصف العمر الإشعاعي البالغ 28 Mg ، وهو أكثر نظائر المغنيسيوم المشعة ثباتًا ، هو 21 ساعة فقط. هذا يقيد بشدة التجارب التي تنطوي على النويدات. أيضًا ، منذ عام 1990 ، لم ينتج أي مرفق بشكل روتيني 28 ميغاغرام ، ومن المتوقع الآن أن يكون سعر المتر المكعب الواحد حوالي 30 ألف دولار أمريكي. [60] الطبيعة الكيميائية للمغنيسيوم 2+ تقترب بشكل وثيق من عدد قليل من الكاتيونات الأخرى. [61] ومع ذلك ، تم استخدام Co 2+ و Mn 2+ و Ni 2+ بنجاح لتقليد خصائص Mg 2+ في بعض تفاعلات الإنزيم ، وقد تم استخدام الأشكال المشعة من هذه العناصر بنجاح في دراسات نقل الكاتيون. تكمن صعوبة استخدام استبدال أيون المعدن في دراسة وظيفة الإنزيم في صعوبة التأكد من العلاقة بين أنشطة الإنزيم مع الأيون البديل مقارنة بالأصل الأصلي. [61]

بواسطة مؤشرات الفلورسنت تحرير

عدد من خالب الكاتيونات ثنائية التكافؤ لها أطياف تألق مختلفة في الحالات المرتبطة وغير المقيدة. [62] الخالب للكالسيوم 2+ راسخ جيدًا ، وله تقارب كبير مع الكاتيون ، وتداخل منخفض من أيونات أخرى. Mg 2+ chelators متأخرة والصبغة الفلورية الرئيسية لـ Mg 2+ (mag-fura 2 [63]) لها في الواقع تقارب أعلى لـ Ca 2+. [64] هذا يحد من تطبيق هذه الصبغة على أنواع الخلايا حيث يكون مستوى الراحة لـ Ca 2+ & lt 1 ميكرومتر ولا يختلف مع الظروف التجريبية التي يتم فيها قياس Mg 2+. مؤخرًا ، Otten وآخرون. (2001) وصف العمل في فئة جديدة من المركبات التي قد تكون أكثر فائدة ، ولها ارتباطات ارتباط أفضل بكثير لـ Mg 2+. [65] استخدام الأصباغ الفلورية يقتصر على قياس المغنيسيوم الحر 2+. إذا تم تخزين تركيز الأيونات بواسطة الخلية عن طريق إزالة معدن ثقيل أو إزالته إلى مقصورات تحت خلوية ، فإن المعدل المقاس للامتصاص سيعطي فقط قيم دنيا من km و Vmax.

عن طريق تحرير الفيزيولوجيا الكهربية

أولاً ، يمكن استخدام الأقطاب الدقيقة الخاصة بالأيونات لقياس تركيز الأيونات الحر الداخلي للخلايا والعضيات. تتمثل المزايا الرئيسية في أنه يمكن إجراء القراءات من الخلايا على مدى فترات زمنية طويلة نسبيًا ، وأنه على عكس الأصباغ ، تتم إضافة سعة تخزين أيونات إضافية قليلة جدًا إلى الخلايا. [66]

ثانيًا ، تسمح تقنية مشبك الجهد ثنائي القطب بالقياس المباشر لتدفق الأيونات عبر غشاء الخلية. [67] The membrane is held at an electric potential and the responding current is measured. All ions passing across the membrane contribute to the measured current.

Third, the technique of patch-clamp uses isolated sections of natural or artificial membrane in much the same manner as voltage-clamp but without the secondary effects of a cellular system. Under ideal conditions the conductance of individual channels can be quantified. This methodology gives the most direct measurement of the action of ion channels. [67]

By absorption spectroscopy Edit

Flame atomic absorption spectroscopy (AAS) determines the total magnesium content of a biological sample. [62] This method is destructive biological samples must be broken down in concentrated acids to avoid clogging the fine nebulising apparatus. Beyond this, the only limitation is that samples must be in a volume of approximately 2 mL and at a concentration range of 0.1 – 0.4 μmol/L for optimum accuracy. As this technique cannot distinguish between Mg 2+ already present in the cell and that taken up during the experiment, only content not uptaken can be quantified.

Inductively coupled plasma (ICP) using either the mass spectrometry (MS) or atomic emission spectroscopy (AES) modifications also allows the determination of the total ion content of biological samples. [68] These techniques are more sensitive than flame AAS and are capable of measuring the quantities of multiple ions simultaneously. However, they are also significantly more expensive.

The chemical and biochemical properties of Mg 2+ present the cellular system with a significant challenge when transporting the ion across biological membranes. The dogma of ion transport states that the transporter recognises the ion then progressively removes the water of hydration, removing most or all of the water at a selective pore before releasing the ion on the far side of the membrane. [69] Due to the properties of Mg 2+ , large volume change from hydrated to bare ion, high energy of hydration and very low rate of ligand exchange in the inner coordination sphere, these steps are probably more difficult than for most other ions. To date, only the ZntA protein of Paramecium has been shown to be a Mg 2+ channel. [70] The mechanisms of Mg 2+ transport by the remaining proteins are beginning to be uncovered with the first three-dimensional structure of a Mg 2+ transport complex being solved in 2004. [71]

The hydration shell of the Mg 2+ ion has a very tightly bound inner shell of six water molecules and a relatively tightly bound second shell containing 12–14 water molecules (Markham وآخرون.، 2002). Thus, it is presumed that recognition of the Mg 2+ ion requires some mechanism to interact initially with the hydration shell of Mg 2+ , followed by a direct recognition/binding of the ion to the protein. [60] Due to the strength of the inner sphere complexation between Mg 2+ and any ligand, multiple simultaneous interactions with the transport protein at this level might significantly retard the ion in the transport pore. Hence, it is possible that much of the hydration water is retained during transport, allowing the weaker (but still specific) outer sphere coordination.

In spite of the mechanistic difficulty, Mg 2+ must be transported across membranes, and a large number of Mg 2+ fluxes across membranes from a variety of systems have been described. [72] However, only a small selection of Mg 2+ transporters have been characterised at the molecular level.

Ligand ion channel blockade Edit

Magnesium ions (Mg 2+ ) in cellular biology are usually in almost all senses opposite to Ca 2+ ions, because they are bivalent too, but have greater electronegativity and thus exert greater pull on water molecules, preventing passage through the channel (even though the magnesium itself is smaller). Thus, Mg 2+ ions block Ca 2+ channels such as (NMDA channels) and have been shown to affect gap junction channels forming electrical synapses.

The previous sections have dealt in detail with the chemical and biochemical aspects of Mg 2+ and its transport across cellular membranes. This section will apply this knowledge to aspects of whole plant physiology, in an attempt to show how these processes interact with the larger and more complex environment of the multicellular organism.

Nutritional requirements and interactions Edit

Mg 2+ is essential for plant growth and is present in higher plants in amounts on the order of 80 μmol g −1 dry weight. [4] The amounts of Mg 2+ vary in different parts of the plant and are dependent upon nutritional status. In times of plenty, excess Mg 2+ may be stored in vascular cells (Stelzer وآخرون., 1990 [34] and in times of starvation Mg 2+ is redistributed, in many plants, from older to newer leaves. [4] [73]

Mg 2+ is taken up into plants via the roots. Interactions with other cations in the rhizosphere can have a significant effect on the uptake of the ion.(Kurvits and Kirkby, 1980 [74] The structure of root cell walls is highly permeable to water and ions, and hence ion uptake into root cells can occur anywhere from the root hairs to cells located almost in the centre of the root (limited only by the Casparian strip). Plant cell walls and membranes carry a great number of negative charges, and the interactions of cations with these charges is key to the uptake of cations by root cells allowing a local concentrating effect. [75] Mg 2+ binds relatively weakly to these charges, and can be displaced by other cations, impeding uptake and causing deficiency in the plant.

Within individual plant cells, the Mg 2+ requirements are largely the same as for all cellular life Mg 2+ is used to stabilise membranes, is vital to the utilisation of ATP, is extensively involved in the nucleic acid biochemistry, and is a cofactor for many enzymes (including the ribosome). Also, Mg 2+ is the coordinating ion in the chlorophyll molecule. It is the intracellular compartmentalisation of Mg 2+ in plant cells that leads to additional complexity. Four compartments within the plant cell have reported interactions with Mg 2+ . Initially, Mg 2+ will enter the cell into the cytoplasm (by an as yet unidentified system), but free Mg 2+ concentrations in this compartment are tightly regulated at relatively low levels (≈2 mmol/L) and so any excess Mg 2+ is either quickly exported or stored in the second intracellular compartment, the vacuole. [76] The requirement for Mg 2+ in mitochondria has been demonstrated in yeast [77] and it seems highly likely that the same will apply in plants. The chloroplasts also require significant amounts of internal Mg 2+ , and low concentrations of cytoplasmic Mg 2+ . [78] [79] In addition, it seems likely that the other subcellular organelles (e.g., Golgi, endoplasmic reticulum, etc.) also require Mg 2+ .

Distributing magnesium ions within the plant Edit

Once in the cytoplasmic space of root cells Mg 2+ , along with the other cations, is probably transported radially into the stele and the vascular tissue. [80] From the cells surrounding the xylem the ions are released or pumped into the xylem and carried up through the plant. In the case of Mg 2+ , which is highly mobile in both the xylem and phloem, [81] the ions will be transported to the top of the plant and back down again in a continuous cycle of replenishment. Hence, uptake and release from vascular cells is probably a key part of whole plant Mg 2+ homeostasis. Figure 1 shows how few processes have been connected to their molecular mechanisms (only vacuolar uptake has been associated with a transport protein, AtMHX).

The diagram shows a schematic of a plant and the putative processes of Mg 2+ transport at the root and leaf where Mg 2+ is loaded and unloaded from the vascular tissues. [4] Mg 2+ is taken up into the root cell wall space (1) and interacts with the negative charges associated with the cell walls and membranes. Mg 2+ may be taken up into cells immediately (symplastic pathway) or may travel as far as the Casparian band (4) before being absorbed into cells (apoplastic pathway 2). The concentration of Mg 2+ in the root cells is probably buffered by storage in root cell vacuoles (3). Note that cells in the root tip do not contain vacuoles. Once in the root cell cytoplasm, Mg 2+ travels toward the centre of the root by plasmodesmata, where it is loaded into the xylem (5) for transport to the upper parts of the plant. When the Mg 2+ reaches the leaves it is unloaded from the xylem into cells (6) and again is buffered in vacuoles (7). Whether cycling of Mg 2+ into the phloem occurs via general cells in the leaf (8) or directly from xylem to phloem via transfer cells (9) is unknown. Mg 2+ may return to the roots in the phloem sap.

When a Mg 2+ ion has been absorbed by a cell requiring it for metabolic processes, it is generally assumed that the ion stays in that cell for as long as the cell is active. [4] In vascular cells, this is not always the case in times of plenty, Mg 2+ is stored in the vacuole, takes no part in the day-to-day metabolic processes of the cell (Stelzer وآخرون., 1990), and is released at need. But for most cells it is death by senescence or injury that releases Mg 2+ and many of the other ionic constituents, recycling them into healthy parts of the plant. In addition, when Mg 2+ in the environment is limiting, some species are able to mobilise Mg 2+ from older tissues. [73] These processes involve the release of Mg 2+ from its bound and stored states and its transport back into the vascular tissue, where it can be distributed to the rest of the plant. In times of growth and development, Mg 2+ is also remobilised within the plant as source and sink relationships change. [4]

The homeostasis of Mg 2+ within single plant cells is maintained by processes occurring at the plasma membrane and at the vacuole membrane (see Figure 2). The major driving force for the translocation of ions in plant cells is ΔpH. [82] H + -ATPases pump H + ions against their concentration gradient to maintain the pH differential that can be used for the transport of other ions and molecules. H + ions are pumped out of the cytoplasm into the extracellular space or into the vacuole. The entry of Mg 2+ into cells may occur through one of two pathways, via channels using the ΔΨ (negative inside) across this membrane or by symport with H + ions. To transport the Mg 2+ ion into the vacuole requires a Mg 2+ /H + antiport transporter (such as AtMHX). The H + -ATPases are dependent on Mg 2+ (bound to ATP) for activity, so that Mg 2+ is required to maintain its own homeostasis.

A schematic of a plant cell is shown including the four major compartments currently recognised as interacting with Mg 2+ . H + -ATPases maintain a constant ΔpH across the plasma membrane and the vacuole membrane. Mg 2+ is transported into the vacuole using the energy of ΔpH (in A. thaliana by AtMHX). Transport of Mg 2+ into cells may use either the negative ΔΨ or the ΔpH. The transport of Mg 2+ into mitochondria probably uses ΔΨ as in the mitochondria of yeast, and it is likely that chloroplasts take Mg 2+ by a similar system. The mechanism and the molecular basis for the release of Mg 2+ from vacuoles and from the cell is not known. Likewise, the light-regulated Mg 2+ concentration changes in chloroplasts are not fully understood, but do require the transport of H + ions across the thylakoid membrane.

Magnesium, chloroplasts and photosynthesis Edit

Mg 2+ is the coordinating metal ion in the chlorophyll molecule, and in plants where the ion is in high supply about 6% of the total Mg 2+ is bound to chlorophyll. [4] [83] [84] Thylakoid stacking is stabilised by Mg 2+ and is important for the efficiency of photosynthesis, allowing phase transitions to occur. [85]

Mg 2+ is probably taken up into chloroplasts to the greatest extent during the light-induced development from proplastid to chloroplast or etioplast to chloroplast. At these times, the synthesis of chlorophyll and the biogenesis of the thylakoid membrane stacks absolutely require the divalent cation. [86] [87]

Whether Mg 2+ is able to move into and out of chloroplasts after this initial developmental phase has been the subject of several conflicting reports. Deshaies وآخرون. (1984) found that Mg 2+ did move in and out of isolated chloroplasts from young pea plants, [88] but Gupta and Berkowitz (1989) were unable to reproduce the result using older spinach chloroplasts. [89] Deshaies وآخرون. had stated in their paper that older pea chloroplasts showed less significant changes in Mg 2+ content than those used to form their conclusions. The relative proportion of immature chloroplasts present in the preparations may explain these observations.

The metabolic state of the chloroplast changes considerably between night and day. During the day, the chloroplast is actively harvesting the energy of light and converting it into chemical energy. The activation of the metabolic pathways involved comes from the changes in the chemical nature of the stroma on the addition of light. H + is pumped out of the stroma (into both the cytoplasm and the lumen) leading to an alkaline pH. [90] [91] Mg 2+ (along with K + ) is released from the lumen into the stroma, in an electroneutralisation process to balance the flow of H + . [92] [93] [94] [95] Finally, thiol groups on enzymes are reduced by a change in the redox state of the stroma. [96] Examples of enzymes activated in response to these changes are fructose 1,6-bisphosphatase, sedoheptulose bisphosphatase and ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase. [4] [53] [96] During the dark period, if these enzymes were active a wasteful cycling of products and substrates would occur.

Two major classes of the enzymes that interact with Mg 2+ in the stroma during the light phase can be identified. [53] Firstly, enzymes in the glycolytic pathway most often interact with two atoms of Mg 2+ . The first atom is as an allosteric modulator of the enzymes' activity, while the second forms part of the active site and is directly involved in the catalytic reaction. The second class of enzymes includes those where the Mg 2+ is complexed to nucleotide di- and tri-phosphates (ADP and ATP), and the chemical change involves phosphoryl transfer. Mg 2+ may also serve in a structural maintenance role in these enzymes (e.g., enolase).

Magnesium stress Edit

Plant stress responses can be observed in plants that are under- or over-supplied with Mg 2+ . The first observable signs of Mg 2+ stress in plants for both starvation and toxicity is a depression of the rate of photosynthesis, it is presumed because of the strong relationships between Mg 2+ and chloroplasts/chlorophyll. In pine trees, even before the visible appearance of yellowing and necrotic spots, the photosynthetic efficiency of the needles drops markedly. [73] In Mg 2+ deficiency, reported secondary effects include carbohydrate immobility, loss of RNA transcription and loss of protein synthesis. [97] However, due to the mobility of Mg 2+ within the plant, the deficiency phenotype may be present only in the older parts of the plant. For example, in Pinus radiata starved of Mg 2+ , one of the earliest identifying signs is the chlorosis in the needles on the lower branches of the tree. This is because Mg 2+ has been recovered from these tissues and moved to growing (green) needles higher in the tree. [73]

A Mg 2+ deficit can be caused by the lack of the ion in the media (soil), but more commonly comes from inhibition of its uptake. [4] Mg 2+ binds quite weakly to the negatively charged groups in the root cell walls, so that excesses of other cations such as K + , NH4 + , Ca 2+ , and Mn 2+ can all impede uptake.(Kurvits and Kirkby, 1980 [74] In acid soils Al 3+ is a particularly strong inhibitor of Mg 2+ uptake. [98] [99] The inhibition by Al 3+ and Mn 2+ is more severe than can be explained by simple displacement, hence it is possible that these ions bind to the Mg 2+ uptake system directly. [4] In bacteria and yeast, such binding by Mn 2+ has already been observed. Stress responses in the plant develop as cellular processes halt due to a lack of Mg 2+ (e.g. maintenance of ΔpH across the plasma and vacuole membranes). In Mg 2+ -starved plants under low light conditions, the percentage of Mg 2+ bound to chlorophyll has been recorded at 50%. [100] Presumably, this imbalance has detrimental effects on other cellular processes.

Mg 2+ toxicity stress is more difficult to develop. When Mg 2+ is plentiful, in general the plants take up the ion and store it (Stelzer وآخرون.، 1990). However, if this is followed by drought then ionic concentrations within the cell can increase dramatically. High cytoplasmic Mg 2+ concentrations block a K + channel in the inner envelope membrane of the chloroplast, in turn inhibiting the removal of H + ions from the chloroplast stroma. This leads to an acidification of the stroma that inactivates key enzymes in carbon fixation, which all leads to the production of oxygen free radicals in the chloroplast that then cause oxidative damage. [101]


This calculator uses the parents' height only. It can be used to predict the future heights of unborn children or very young infants.

The following converter can be used to convert the body height between the metric unit and the unit used in the United States.

How tall will I be?

"How tall will I be?" or "how tall will my child be?" are questions that are often asked. The height of a person is determined by a combination of genetics and environmental factors. The precise contribution from these two factors is complex. Some studies suggest that genetics contributes 60%-80%. Normally, a child's height is based on parental heights subject to regression toward the mean. This means that very tall or short parents are likely to have a taller or shorter child than average, but the child is likely to be closer to the average height than their parents.

Other important factors that contribute to a child's adult height include nutrition, health, sports activities, health and age of the mother during pregnancy, etc.

Infants and toddlers grow the fastest. The growth rate declines rapidly from birth to roughly age 2 and declines more slowly thereafter. During puberty, growth rate increases again to a second maximum, after which it slowly declines to zero. This is typically referred to as the pubertal growth spurt. On average, female and male growth trails off to zero at about 15 and 18 years old, respectively.

In some cases, a person's height begins to shrink in middle age, though shrinkage of stature is largely universal in the very elderly. This is due to factors such as decreased height of intervertebral discs as well as changes due to degenerative diseases.

Predicting a child's adult height

Many different methods have been developed to predict a child's adult height, some more accurate than others. Regardless how accurate the method, height prediction is not an exact science, and it is possible that a child's height can deviate significantly from what is predicted.

Bone age, skeletal maturity method

Bone age can be used to predict height and is considered more accurate than the other methods listed below. One such method is the Greulich-Pyle method that involves left hand and wrist radiographs to measure bone age. This method compares the radiograph of the patient to that of the nearest standard radiograph in the Greulich-Pyle atlas, a compilation of bone age data. Based on bone age, the height of the child, and the data compiled in the atlas, it is possible to predict height based on the percentage of height growth remaining at a given bone age. Note that the data in the atlas were obtained between 1931 and 1942 from Caucasian children, which may limit how accurately the Greulich-Pyle method can be used for current children. 1

The Khamis-Roche method 2

The Khamis-Roche method is considered to be one of the more accurate height prediction methods that do not require the measurement of bone age. It is based on the child's stature, weight, and the average stature of the two parents. The first calculator above is mainly based on this method.

Note that it is most applicable to Caucasian children between the ages of 4 and 9 who are free from any growth-related condition or disease.

CDC Growth Charts of the United States are good sources of information to evaluate the growth situation of a child. These growth charts consist of percentile curves illustrating the distribution of specific body measurements of children in the United States. In total, there are 16 charts that contain data that can be used to compare the growth of a child over time. Measurements such as height, weight, and head circumference of a child can be compared to the expected values based on data from these growth charts of children of the same age and sex. In general, children maintain a fairly constant growth curve, which is why these charts can be used to predict the adult height of a child to a certain extent.

There are also some very simple, but less accurate, methods available. One of them is adding 2.5 inches (7.6 cm) to the average of the parent's height for a boy and subtracting 2.5 inches (7.6 cm) for a girl. The second calculator above is based on this method.

Another simple method is to double the height achieved by the child by age 2 for a boy, or age 18 months for girl.

How to get taller?

Height, for better or for worse, is largely (60-80%) determined by genetics. As mentioned above, very tall parents are more likely to have a taller child, while very short parents are more likely to have a shorter child, with the child being more likely than their parents to be closer to average height. After the growth spurt during puberty, which differs slightly for girls and boys, neither will typically grow much more, and girls typically stop growing by 15, while boys stop at around 18 years of age.

That being said, there are environmental factors that can affect the height of a child. Some of these may be within the control of the child, while many may not. Nutrition and health of the mother during pregnancy can affect the height of their unborn child. Nutrition as well as exercise after birth can also affect height.

Recommendations for providing the best conditions for your body to grow follow typical guidelines for healthy living (in no particular order):

  1. Eat as much unprocessed foods as possible such as fresh fruits, vegetables, whole grains, proteins, and dairy.
  2. Avoid eating foods that are high in sugar, trans fats, saturated fats, and sodium.
  3. Exercise regularly to strengthen bones and muscles, maintain a healthy weight, and reduce the risk of diseases such as osteoporosis and other issues that could arise from poor health, that could in turn affect growth and height.
  4. Pay attention to good posture. Aside from looking shorter due to poor posture, it can affect actual height in the long term if the back starts curving to accommodate a regular slouching posture.
  5. Sleep regularly. Human growth hormone, a factor that affects growth, is released while you sleep. A regularly poor sleeping schedule during adolescence can affect growth in the long term. How much a person should sleep is dependent on their age, with more sleep being recommended the younger the child is.

In fringe cases, it is possible that some disease or condition could be hampering your growth, and it is possible that a doctor may be able to assist you in such a case, which may in turn affect height. For the most part however, peak height is reached by the time a child has gone through puberty, and it is likely that any child past puberty will maintain their height throughout adulthood.


8.4: Nutrition and Growth - Biology

Nutrition and Growth of Bacteria (page 1)

Nutritional Requirements of Cells

Every organism must find in its environment all of the substances required for energy generation and cellular biosynthesis. The chemicals and elements of this environment that are utilized for bacterial growth are referred to as العناصر الغذائية أو nutritional requirements. Many bacteria can be grown the laboratory in culture media which are designed to provide all the essential nutrients in solution for bacterial growth. Bacteria that are symbionts or obligate intracellular parasites of other cells, usually eucaryotic cells, are (not unexpectedly) difficult to grow outside of their natural host cells. Whether the microbe is a mutualist or parasite, the host cell must ultimately provide the nutritional requirements of its resident.

Many bacteria can be identified in the environment by inspection or using genetic techniques, but attempts to isolate and grow them in artificial culture has been unsuccessful. This, in part, is the basis of the estimate that we may know less than one percent of all procaryotes that exist.

At an elementary level, the nutritional requirements of a bacterium such as بكتريا قولونية are revealed by the cell's elemental composition, which consists of C, H, O, N, S. P, K, Mg, Fe, Ca, Mn, and traces of Zn, Co, Cu, and Mo. These elements are found in the form of water, inorganic ions, small molecules, and macromolecules which serve either a structural or functional role in the cells. The general physiological functions of the elements are outlined in Table 1.


Table 1. Major elements, their sources and functions in bacterial cells.

عنصر % of dry weight مصدر وظيفة
كربون 50 organic compounds or CO2 Main constituent of cellular material
الأكسجين 20 ح2O, organic compounds, CO2، و O2 Constituent of cell material and cell water O2 is electron acceptor in aerobic respiration
نتروجين 14 نيو هامبشاير3، لا3, organic compounds, N2 Constituent of amino acids, nucleic acids nucleotides, and coenzymes
هيدروجين 8 ح2O, organic compounds, H2 Main constituent of organic compounds and cell water
الفوسفور 3 inorganic phosphates (PO4) Constituent of nucleic acids, nucleotides, phospholipids, LPS, teichoic acids
كبريت 1 وبالتالي4، ح2S, S o , organic sulfur compounds Constituent of cysteine, methionine, glutathione, several coenzymes
البوتاسيوم 1 Potassium salts Main cellular inorganic cation and cofactor for certain enzymes
المغنيسيوم 0.5 Magnesium salts Inorganic cellular cation, cofactor for certain enzymatic reactions
الكالسيوم 0.5 Calcium salts Inorganic cellular cation, cofactor for certain enzymes and a component of endospores
حديد 0.2 Iron salts Component of cytochromes and certain nonheme iron-proteins and a cofactor for some enzymatic reactions

Table 1 ignores the occurrence of trace elements in bacterial nutrition. Trace elements are metal ions required by certain cells in such small amounts that it is difficult to detect (measure) them, and it is not necessary to add them to culture media as nutrients. Trace elements are required in such small amounts that they are present as "contaminants" of the water or other media components. As metal ions, the trace elements usually act as cofactors for essential enzymatic reactions in the cell. One organism's trace element may be another's required element and vice-versa, but the usual cations that qualify as trace elements in bacterial nutrition are Mn, Co, Zn, Cu, and Mo.

Carbon and Energy Sources for Bacterial Growth

In order to grow in nature or in the laboratory, a bacterium must have an energy source, a source of carbon and other required nutrients, and a permissive range of physical conditions such as O2 concentration, temperature, and pH. Sometimes bacteria are referred to as individuals or groups based on their patterns of growth under various chemical (nutritional) or physical conditions. For example, phototrophs are organisms that use light as an energy source anaerobes are organisms that grow without oxygen thermophiles are organisms that grow at high temperatures.

All living organisms require a source of energy. Organisms that use radiant energy (light) are called فوتوتروفس. Organisms that use (oxidize) an organic form of carbon are called غيرية التغذية أو (chemo)heterotrophs. Organisms that oxidize inorganic compounds are called ليثوتروف.

The carbon requirements of organisms must be met by organic carbon (a chemical compound with a carbon-hydrogen bond) or by CO2. Organisms that use organic carbon are غيرية التغذية and organisms that use CO2 as a sole source of carbon for growth are called التغذية الذاتية.

Thus, on the basis of carbon and energy sources for growth four major nutritional types of procaryotes may be defined (Table 2).


Nutrition and Growth

Growth as an indicator of health is more sensitive than commonly believed and can serve as an early sign of imbalance, before other malfunctions manifest themselves. Particularly in developing countries, growth failure in infants and children is related to mortality, morbidity and impaired brain development, and increases the risk of adult-onset non-communicable diseases. This publication focuses on the challenges of the interaction between nutrition and growth in the pediatric age group. Subjects covered include the interplay between nutrition and the IGF axis early feeding and later growth growth charts (including an update on the implementation of the WHO growth standards) various aspects of obesity nutrition and growth of premature infants and of children with specific diseases and the interaction between bone health, nutrition and growth. © All rights reserved. No part of this publication may be translated into other languages, reproduced or utilized in any form or by any means, electronically or mechanically, including photocopying, recording, micro copying, or by any information storage and retrieval system, without permission in writing from the publisher.

Recommended Content

Please log in to your profile so we can show recommended content.

For Healthcare Professionals Only

2021 Nestle Nutrition Institute


شاهد الفيديو: المحاضره الثالثه لمادة الاحياء للسادس الاحيائي السايتوبلازم ومكوناته للست تغريد (يونيو 2022).


تعليقات:

  1. Akitaxe

    أعتقد أنك مخطئ. أقترح مناقشته. أرسل لي بريدًا إلكترونيًا في PM ، سنتحدث.

  2. Hyde

    انت مخطئ. أنا متأكد. اكتب لي في PM.

  3. Nikohn

    شكرا جزيلا! لا يزال هناك سبب للاستمتاع ... بعد إذنك ، أعتبر ذلك.

  4. Templeton

    أعتقد أنك مخطئ. اكتب لي في PM ، سنناقش.



اكتب رسالة