Натрій, калій і цезій в водних екосистемах

Натрій, калій і цезій належать до групи лужних металів, які легко віддають один електрон, перетворюючись у позитивно заряджені іони. Саме завдяки цій властивості 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 саме з його більш масивною гідратною оболонкою. Завдяки цим властивостям іонам натрію належить особливо важлива роль у транспорті молекул води через мембрани та підтриманні водно-натрієвого балансу в рослинах та в тканинах тварин. На відміну від Na ⁺, більші за розміром іони калію не змінюють структуру води в гідратній оболонці.

Калій і натрій постійно присутні в біологічних рідинах та в структурних компонентах 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.