понедельник, 16 августа 2010 г.

Калий (соло)

Калий.
Самый простой и... самый непонятный катион живой клетки.
Почему?
Почему его так много в живой клетке?
Почему Калий не ассоциирован с белками какой нибудь регуляторной или синтетической ферментной системы?
Если читая мои "шпаргалки" Вы задавали себе эти вопросы - тогда этот мой пост для Вас.
И я не буду "грузить" Вас сложными научными терминами и данными.
В природе все просто и естественно.
Итак, как вы должны знать из школьного курса: для закачивания воды из влаги, что есть в почве и конденсате в воздухе, живые растения используют всего ДВА основных механизма.
Помните каких?
Капиллярный эффект и осмос.
О капиллярном эффекте в этом посте я писать не буду, можете заГУГуглить и почитать.
Поговорим об осмосе.
Довольно простой опыт, который демонстрируют в младших классиках школы наглядно показывает этот эффект.

Посмотрели?
И что Вы поняли?
Если есть две емкости разделенные мембраной, то изменив концентрацию неорганической соли в одном из отсеков мы можем поднять в этом отсеке уровень воды.
Вода пойдет по градиенту концентрации соли от меньшего к большему.
Ну посмотрели, ну почитали... и что? Зачем нам это надо?
Обычно в опытах используют соль, это мочевина, NaCl... а давайте заменим её на KCl...
Фокус повторяется?
Посмотрим на это с другой стороны.
Растению, каждой его клетке, нужна вода.
Как нам заставить воду необузданно стремиться бурлящим потоком в каждую клеточку растения?
Вот..." где собака порылась ".
Именно используя это химическое явление, которое называется осмос, растение и ВЫСАСЫВАЕТ ВОДУ ИЗ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.
И никуда эта вода против простого но мощного физического закона не денется - польётся сквозь мембрану внутрь клетки.
Какой вывод из этого следует?
Ион К+ является ТОПЛИВОМ ВОДНОГО НАСОСА РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ!!!!
А почему именно ион К+, почему не H+, Na+, Li+.....
Я думаю, что именно у иона К+ (0,133 нм) удачно получилось соотношение объема сферы иона и заряда. И Li+ ( 0,078 нм) и Na+ (0,098нм) обладают поменьше сферой иона, при том же заряде, для них нужны каналы меньшего радиуса. Но меньшая сфера иона при одинаковом заряде дает более высокий удельный заряд на площадь сферы - что приводит к образованию гидратной оболочки вокруг этих катионов в воде. А эта оболочка в свою очередь очень сильно увеличивает сферу иона...
В ион К+ в этом плане получился оптимальным - и размер и заряд, все в оптимуме.

Итак Вы согласны со мной, что катион, который является ТОПЛИВОМ для водного насоса - очень важен для жизни клетки?
Но у клетки есть мембрана. и не простая мембрана а живая мембрана.
И Господь подарил клетке специальные механизмы, чтобы АКТИВНО захватывать/высасывать катионы Калия из растворов окружающей среды.

На языке ученых эти механизмы называются активные Калиевые каналы. Они есть разные.
Есть Калиевые каналы семейства Шейкер ( они создавая отрицательный заряд вокруг отверстия строго контролируемого размера притягивают катионы Калия и проталкивают их, катионы, внутрь клетки). Насколько я понял из научных обзоров, сейчас описано около шести разных каналов на мембране растительной клетки. Ученые их разбирают по белковым субъединицам, собирают и изучают.) у этих каналов основным активным компонентом является потенциал заряда между внутренней и внешней сторонами мембраны.
И клетка тратит энергию полученную при дыхании и фотосинтезе на работу этих каналов.

Есть и другой тип калиевых переносчиков - это белковые молекулы которые вращаются в мембране и могут связывать катион калия снаружи, кувыркнутся в мембране и отпустить этот катион внутри клетки. Для такого кувырка белок переносчик использует энергию запасенную в виде макроэргической фосфатной группы специальной молекулы перносчика энергии - АТФ... то есть использует химическую энергию, которая получается при дыхании и фотосинтезе... как видите источники те же.

Каналов, их семейств и видов много.
Принцип - один.
АКТИВНЫЙ ЗАХВАТ ИОНОВ КАЛИЯ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ.

Итак мы выяснили, что для того, чтобы клетка выросла её надо натянуть воды, а для этого надо насобирать катионы Калия из окружающих растворов.
И каждая клетка тратит много энергии на этот процесс...
Закон работает у растений, что растут на земле, на болотах, в пустыне...и в воде.

И какой вывод мы, аквариумисты, должны из этого делать?
Очень простой.
1. Калий должен быть в воде аквариума - без него растение расти не будет.
2. А вот с концентрациями Калия и его соотношениями к другим катионам, да и анионам - нам с вами заморочиватся не надо. Ибо в случае работы активных транспортных систем мембраны клетки - клетка сама возьмет Калий из воды и возьмет его столько - сколько ей надо. Наша с вами задача проследить, чтобы в аквариуме использовались удобрения с Калием в составе.

Какие концентрации Калия нужно обеспечивать?
Правильный ответ по Тому Бару - от 10 до 40 ррм (мг на литр), но многие гуру считают эти цифры завышенными, как минимум в 8 раз.
То есть достаточно 1.25-5 ррм (мг на литр), и в своих последних публикациях томм Барр с этим согласился.

На высоких концентрациях типа 100 ррм (мг на литр) Калий начинает мешать поглощению Кальция и Магния - есть такое наблюдение. И еще существует угнетение поглощения азота.
- Для Кальция и магния помехи идут чисто по количеству. Для примера представьте себе, что вы кормите на городской площади голубей. А потом на эту площадь прилетела очень большая стая воробьев. Теперь голуби останутся голодными. Вот так и с кальцием, он просто не имеет шансов добратся до своих каналов и рецепторов. Его элементарно заталкивают жопами меньшие по размеру, но большие по числу...
Есть еще конкуренция между ионами натрия и калия.
Ион Натрия меньший по размеру но равный по заряду, он просто может забить калиевый канал.
Внутрь он не пройдет, зато какоето время канал правильно работать не будет, пока натрий не выплюнет.
Итак, еще один миф "Передоз по Калию получить нельзя" должен уменерть
Передоз по Калию получить можно!!!
Первое кино, стакан разделенный мембраной, вспомните.
Нам нужно много Калия внутри клетки, и нам совсем не нужно много Калия снаружи клетки...ибо вода начнет выходить из клетки... и растение погибнет.
И при очень высоких концентрациях типа 1000 мг/л:

Калий. Токсическая концентрация 1 г/л (гибель рыбы через 24 ч). У рыбы наблюдается распад жаберного эпителия. У ракообразных уменьшение способности к воспроизводству при концентрации 53мг/л ПДКвр калия составляет 50 мг/дм3 Определяется как и натрий + титриметрически выделением К из раствора с последующим аргентометрическим титрованием. Удаляется как и натрий.

Как проверить сколько Калия съели растения?
Так это очень просто господа - ответ прямо в английском названии элемента - "пепел после сжигания/Potassium".
Мы можем рассчитать сколько мы добавили Калия в аквариум и, собрав и высушив всю траву, или её часть (тогда вводим поправочный коэфициент) - палим, взвешивает и получаем искомый вес пепла делим на 16... с минимальными натяжками этот метод хорошо работает. Правда вы остались без растений... но Истина требует жертв, посадите другие.
Как приготовить раствор сульфата калия для аквариума?
Вот тут Костик Божков все подробнейшим образом описал -читайте.

В каком случае надо добавлять сульфат калия?
Во всех случаях, за исключением "форсажа" - добавления нитратов и фосфатов.

В случае форсажа используется Нитрат калия - и аквариум получает достаточное количество калия вместе с нитратами.

Вот еще небольшая выдержка из спора двух уважаемых травников:

yermolayev
Помоему вполне нормальные цифры.
1.67 мгл в сутки. 12 мгл недельное потребление. Я лил в аквариуме без риччии 15-20мгл в неделю. С риччией в два раза больше, так как был явный признак недостатка калия у глоссы. У Вас менее быстрорастущие растения, у меня более. И света у меня больше. Все вроде складывается.

Vadim Art)

Сергей, что складывается ?
Где общепринятые 30-40 мгл в неделю ? И травник у меня с 600 вт МГ света и ЛЛ досветкой + море CO2.
И в таком, разогнанном травнике, калия уходит меньше 2 мгл в сутки.
А что будет со средне статистическим травником на осмосе ?
Посчитайте мой случай.
Предположим, я пошел за общепринятыми рекомендациями, и вношу 30 мгл калия в неделю. Расходуется у меня 12 (пусть 15) мгл. Сколько накопится калия за месяц, даже если делать еженедельную 50 % подмену?
Вы учитываете это накопление ?

Вот тут, Сергей Кудряшов, делал замеры калия в аквариуме.
Выводы те же - по калию возможна передозировка.
1. Если аквариум на форсаже - калий добавлять не надо. Его достаточно в МАКРО (нитрат калия) и МИКРО.
2. Если в аквариум не льются УДО вообще, годами, а используется осмос - добавляйте сульфат калия. (хотя как по мне. так это утопия.) Если осмос - значит травник HiTec, если HiTec - то одна из двух (принципиально) систем внесения УДО (Про-Эдвардса или массовы подмены по Бару) - в обеих случаях применяются МИКРО с самодостаточным количеством калия и отдельно сульфат калия вносить не надо.
3. Еще Сульфат калия надо добавлять в Амановский аквариум, на первых порах. И это тоже случай "космический", Если денег хватило на грунт, то должно хватать и на УДО. Ну как минимум СеаГемовское. А там калий есть в достаточных количествах.
4. Ну есть еще один теоретический случай - когда вся химия делается своими руками. Тут и проще и сложнее. Проще, потому, как человек сам расчитывает необходимую концентрация калия. Сложнее - для этого необходимо специальное образование и специальное оборудование. Это большая редкость.
Основная масса аквариумистов "совместители", тоесть люди, которые из соображений экономии совмещают разные куски систем. Я сам "совместитель". Базовая система Бара + самомесы по растворам "реминерализации" и МАКРО, + коммерческие растворы "МИКРО" + коммерческие грунты. Вот в моем случае сульфат калия добавлять не надо. Его достаточно в МИКРО и МАКРО (нитрат калия, фосфат калия... и Флорастим, АкваЕрр...)

Какие еще соли калия можно добавлять в аквариум?
K2So4
К2Со3 (моно- и ди-)
KCl
KN03
KH2PO4 (моно-,ди-, три-)
Формиат калия (HCOOK, )
КC6H7O7 (Е332, цитрат калия моно-,ди-, три-)
KOH

2 комментария:

Aqua комментирует...

Здравствуйте. Отличная статья про калий. Спасибо. Был бы очень благодарен, если бы позволили разместить Вашу статью на региональном сайте аквариумистов , конечно же с указанием автора и ссылкой на оригинал?

Bactrian комментирует...

Со ссылкой на источник и авторство - размещайте. Работа выставлена на публичный ресурс для того, что бы её читали.
С уважением