УЛОГА БАКРА У БИЉКАМА

Бакар се убраја у елементе чија је основна улога у промету материја биљака претжено каталитичка. Биљке захтевају бакар као есенцијални микроелемент за нормалан раст и развој јер када овај јон није доступан, биљке развијају специфичне симптоме недостатка, од којих већина утиче на младе листове и репродуктивне органе. Редок циклус између Cu²⁺ и Cu⁺ може катализирати производњу високо токсичних хидроксилних радикала, са накнадним оштећењем ДНК, липида, протеина и других биомолекула. Стога, при високим концентрацијама, бакар може постати изузетно токсичан изазивајући симптоме као што су хлороза и некроза, застој у расту, промена боје листова и инхибиција раста корена . На ћелијском нивоу, токсичност може бити резултат везивања за сулфхидрилне групе у протеинима, чиме се инхибира активност ензима или функција протеина, изазивање недостатка других есенцијалних јона, поремећени процеси и оксидативна оштећења.

Међутим, у свом недостатку или сувишку,  бакар може изазвати поремећаје у расту и развоју биљака, негативно утичући на важне физиолошке процесе у биљкама. Конкретно, фотосинтетски транспорт електрона је измењен и под условима недостатка и сувишка бакра. Дакле, за здрав раст и развој биљака, бакар мора бити добијен из земље, транспортован кроз биљку и распоређен у различитим ткивима и његов садржај пажљиво регулисан унутар различитих ћелија и органела. У том циљу, биљке као и сви други организми  имају хомеостатске механизме за одржавање тачне концентрације есенцијалних металних јона. Мембрански транспортни системи играју  централну улогу у овим процесима.

Симптоми недостатака бакра у биљкама

Концентрације бакра у ћелијама морају се одржавати на ниским нивоима јер је овај елемент изузетно токсичан због својих високих редокс својстава. Просечан садржај бакра у биљном ткиву је 10 µг.г-1 суве тежине.

Биљке са недостатком бакра показују промену у експресији једног броја гена и активирање морфолошких промена на корену и листу. Типични симптоми недостатка бакра појављују се прво на врховима младих листова, а затим се шире надоле дуж ивица листа. Листови такође могу бити увијени или деформисани и показују хлорозу или чак некрозу. Утврђено је да недостатак бакра смањује транспорт електрона фотосистема II (PSII) због смањеног формирања пластоцијанина, који је главно циљно место недостатка бакра у фотосинтези. Смањење активности фосистема II (PSII) је такође примећено у хлоропластима са недостатком бакра.

Регулација недостатка бакра укључује низ молекуларних механизама који почињу тако што биљка „осећа“ недостатак, а затим преноси сигнал дуж путева трансдукције кроз васкуларни систем биљке. Сигнали између надземних делова биљака, укључујући апикални меристем, и корена доводе до активације или инактивације фактора  транскрипције који утичу на експресију специфичних гена. Још увек није јасно како биљке откривају и реагују на недостатке бакра и других есенцијалних микронутријената.

Токсични нивои бакра се јављају природно у неким земљиштима, док други могу садржати високе нивое бакра као резултат антропогеног ослобађања тешких метала у животну средину кроз рударство, производњу, пољопривреду и технологије одлагања отпада. У концентрацијама изнад оних које су потребне за оптималан раст, показало се да бакар инхибира раст и омета важне ћелијске процесе као што су фотосинтеза и дисање .Биљке узгајане у присуству високих нивоа бакра обично показују смањену биомасу и хлоротичне симптоме, нижи садржај хлорофила и промене у структури хлоропласта

Унос и транспорт бакра у ћелијaма и унутар њих је релативно мало познат у биљкама. Међутим, недавно је постигнут брз напредак, посебно применом знања о транспортним процесима.

 Значај бакра у исхрани човека

Бакар је интересантан метал јер је есенцијалан и истовремено може бити токсичан, у зависности од унесених количина. Бакар је неопходан за живот. Недостатак бакра је повезан са малформацијом костију током развоја и као фактор који доприноси остеопорози код одраслих. Такође је повезан са измењеним имуним одговорима и повећаном учесталошћу инфекције. Гранични недостатак бакра може повећати ризик од кардиоваскуларних болести и промене у метаболизаму  холестерола. Метаболизам бакра је уско испреплетен са другим микроминералима и познато је да њихов недостатак омета мобилизацију гвожђа што доводи до секундарног недостатака гвожђа.

Акутни ефекти тровања услед једнократног, краткотрајног излагања бакру доводе до манифестације у гастроинтестиналном тракту. Када бакар доспе у стомак, везује се за компоненте исхране (протеини, липиди и други) мање је доступан за интеракцију са слузокожом што објашњава зашто је токсичност бакра из уноса хране ретка и да је највећа вероватноћа појаве гастроинтестиналних реакција потиче од присуства бакра у течностима (углавном у води). Већина извештаја о акутној токсичности бакра представљају покушаје самоубиства (уз унос до 100 или више грама соли бакра, углавном сулфата) или конзумирање случајно контаминираних пића (чај и кафа направљени од воде из котлова са бакром или безалкохолна пића која се точе кроз изливе који садрже бакар). У већини случајева, бакар изазива акутну мучнину, повраћање и дијареју а шок и смрт су описани код особа које уносе веома високе дозе. Рани акутни одговори потичу из желуца јер јони бакра стимулишу рецепторе, који заузврат стимулишу вагусни нерв изазивајући рефлексну реакцију мучнине. Када је доза бакара нешто већа, поред вагалног одговора постоји и директна стимулација хипоталамичког центар за повраћање који изазива повраћање.

Већина природне воде за пиће има концентрацију бакра која не прелази неколико милиграма по литру, али варијације pH воде, кисеоника и оксидативних агенаса способних да се вежу бакар ће модификовати доступност бакра у води тако да мека, кисела вода, посебно када пролази кроз нове бакарне цеви, може испоручити веће количине бакра. Највећи изазов у ​​савременој исхрани је дефинисати и дозу бакра и режим примене за безбедну људску исхрану.

Значај бакра у исхрани животиња

Код животиња које користе биљну храну са повећаним садржајем бакра може доћи до поремећаја функције јетре. Овце су осетљивије од других животиња. Код људи се веома ретко јављају токсикозе бакра зато што бакар (и његове соли) изазивају повраћање. Млађа популација је осетљивија на вишак бакра. Симптоми тровања са бакром су слични као код тровања живом. Код људи се толерише концентрација од 200 µг/г бакра у храни, што је 20 пута више од нормалног садржаја.

Максимално дозвољене количине бакра у храни за животиње се крећу од 12 µг/г код оваца, до 125 µг/г код свиња.