Ravinne
Ravinne on kemiallinen aine, jota eliöt tarvitsevat elääkseen tai kasvaakseen, tai eliöiden aineenvaihduntaan käyttämä aine, joka niiden pitää ottaa ympäristöstä. Ravinteita käytetään rakentamaan ja korjaamaan kudoksia, säätämään elintoimintoja ja niitä muutetaan energiaksi ja käytetään energiana. Menetelmät ravinteiden hankkimiseen vaihtelevat, eläimet ja yksisoluiset eliöt kuluttavat ruokaa, jonka ne sisäisen ruuansulatusjärjestelmän kautta, mutta kasvit ottavat ravinteet itse juurillaan suoraan maasta tai ilmasta.
Orgaaniset ravinteet sisältävät hiilihydraatteja, rasvoja, proteiineja (tai niiden rakennusaineita, aminohappoja) ja vitamiineja. Epäorgaanisia kemiallisia aineita, kuten ravintoaineita, vettä ja happea pidetään myös ravinteina. Ravinnetta sanotaan olennaiseksi, jos se pitää saada ulkoisesta lähteestä tai jos eliö ei pysty valmistamaan sitä synteettisesti tai tuottaa sitä riittämättömän määrän. Ravinteiden vaikutukset riippuvat annoksesta ja puutoksia kutsutaan vajeiksi.
Makroravinteet on määritelty eri tavoin. Ihmisen eniten kuluttamat alkuaineet ovat hiili, vety, typpi, happi, fosfori ja rikki eli lyhenteenä CHNOPS. Ihmisen eniten kuluttamien ja runsaasti energiaa antavien kemiallisten yhdisteiden luokat ovat hiilihydraatit, proteiinit ja rasvat. Vettä ja ilmakehän happea pitää kuluttaa suuria määriä, mutta niitä ei pidetä aina "ruokana" tai "ravinteina". Kalsium, suola (natrium ja kloori), magnesium ja kalium (fosforin ja rikin lisäksi) mainitaan joskus makroravinteina tai makromineraaleina, koska niitä tarvitaan suuria määriä verrattuna vitamiineihin tai mineraaleihin.
Hiilihydraatit ovat yhdisteitä, jotka muodostuvat sokereista. Hiilihydraatit luokitellaan niiden sokeriyksiköiden mukaan: monosakkaridit (kuten glukoosi ja fruktoosi), disakkaridit (kuten sakkaroosi ja laktoosi), oligosakkaridit ja polysakkaridit (kuten tärkkelys, glykogeeni ja selluloosa).
Proteiinit ovat orgaanisia yhdisteitä, jotka koostuvat aminohapoista, jotka yhdistyvät peptidisidoksilla. Monien eliöiden elimistö ei voi tuottaa osaa proteiineista, joten ravinnon pitää sisältää nämä välttämättömät proteiinit. Proteiinit pilkkoutuvat ruuansulatuksessa proteaasien avulla takaisin vapaiksi aminohapoiksi.
Rasvat muodostuvat glyseriinimolekyyleistä, joihin on kiinnittynyt kolme rasvahappoa. Rasvahapot ovat haarattomia hiilivetyketjuja yhdistyneinä vain yksinkertaisilla sidoksilla (tyydyttyneet rasvahapot) tai sekä kaksinkertaisilla että yksinkertaisilla sidoksilla (tyydyttymättömät rasvahapot). Rasvoja tarvitaan pitämään solukalvot hyvin toimivina, suojaamaan elimistöä šokkia vastaan, pitämään ruumiinlämpö tasaisena ja pitämään yllä ihon ja hiusten terveyttä. Keho ei tuota tiettyjä rasvahappoja (välttämättömät rasvahapot) ja ruokavalion pitää sisältää nämä. Rasva sisältää energiaa 9 kcal/g (~37,7 kJ/g); proteiinit ja hiilihydraatit 4 kcal/g (~16/7 kJ/g).
Etanoli (vilja-alkoholi) sisältää energiaa 7 kcal/g (~29,3 kJ/g).
Ravintomineraalit ovat yleensä hivenainesosia, suoloja, tai ioneja kuten kupari ja rauta. Jotkut näistä mineraaleista ovat välttämättömiä ihmisen aineenvaihdunnalle. Vitamiinit ovat orgaanisia yhdisteitä, ja välttämättömiä keholle. Ne toimivat yleensä koentsyymeinä tai kofaktoreina monille proteiineille kehossa. Vesi on välttämätön ravinne ja on liuotin, jossa kaikki elämän kemialliset reaktiot tapahtuvat.
Kasvit imevät itseensä ravinteita maasta tai ilmakehästä, tai vedestä (etupäässä vesikasvit). Poikkeuksena ovat lihansyöjäkasvit, jotka sulattavat ravinteet ulkoisesti eläimistä ennen niiden käyttöä.
Kasvien määrällisesti eniten kuluttamat kemialliset aineet ovat hiili, vety ja happi. Niitä on ympäristössä veden ja hiilidioksidin muodossa; energia tulee auringonvalosta. Typpeä, fosforia ja rikkiä tarvitaan myös suhteellisen suuria määriä. "Iso kuutonen" sisältää makroravinneaineet kaikille eliöille, ne on usein lyhennetty kirjaimin CHONPS. Usein niiden lähteenä ovat epäorgaaniset yhdisteet (esim. hiilidioksidi, vesi, nitraatti, fosfaatti, sulfaatti) tai orgaaniset yhdisteet (esim. hiilihydraatti, rasva, proteiini), vaikka elementtiset kaksiatomiset typpiyhdisteet (erityisesti) ja happiyhdisteet ovat usein käytettyjä.
Muita kemiallisia aineita tarvitaan myös pitämään yllä erilaisia elämän prosesseja ja rakentamaan rakenteita.
Joitakin näistä pidetään makroravinteina tietyille eliöille. Muistisääntö ""HOPKiN'S Cafe Mg"" ("Hopkinsin kahvimuki" englanniksi) on joidenkin opiskelijoiden käyttämä muistilista niille: hiili, vety, happi, fosfori, kalium, typpi, rikki, kalsium, rauta ja magnesium. Pii, kloori, natrium, kupari, sinkki ja molubdeeni sisältyvät myös joskus, mutta muussa tapauksessa niitä pidetään mikroravinteina.
Ravinteet kategorisoidaan yleensä välttämättömiin ja ei-välttämättömiin. Välttämättömiä ravinteita ei voida syntetisoida sisäisesti (joko ollenkaan tai riittävässä määrin), ja siksi eliön pitää kuluttaa se ympäristöstään. Ei-välttämättömät ravinteet ovat ne ravinteet, joita keho voi valmistaa, ne saatetaan usein ottaa kulutetusta ruuasta. Suurin osa eläimistä saa välttämättömät ravinteet etupäässä kasveilta, vaikka jotkut eläimet saattavat kuluttaa mineraalipohjaisia maalajeja täydentämään ruokavaliotaan.
Ihmisille nämä käsittävät välttämättömät rasvahapot, välttämättömät aminohapot, vitamiinit ja tietyt ravintomineraalit. Happi ja vesi ovat myös välttämättömiä ihmisen hengissä pysymiselle, mutta niitä ei pidetä "ruokana" vaan kulutetaan erikseen.
Ihmiset voivat saada energiaa monista erilaisista rasvoista, hiilihydraateista, proteiineista ja alkoholista ja voivat syntetisoida muut tarvittavat aminohapot välttämättömistä ravinteista.
Ei-välttmättömillä aineilla ruoissa voi kuitenkin olla merkittävä hyödyllinen tai haitallinen vaikutus terveyteen. Esimerkiksi ruuansulatuskanava ei sulata monia ravintokuituja, mutta ne ovat tärkeitä muuten haitallisten aineiden ruuansulatuksessa. Kiinnostus fytokemikaaleihin on lisääntynyt, ne sisältävät monia ei-välttämättömiä aineita, joilla saattaa olla terveydellisiä hyötyjä.
Riittämätön määrä ravinnetta on puutos. Puutokset voivat johtua lukuisista syistä mukaan lukien riittämätön ravinteiden otto, jota kutsutaan ruuansulatuspuutokseksi, tai olosuhteet, jotka häiritsevät ravinteiden hyväksikäyttöä eliössä. Jotkut näistä olosuhteista voivat häiritä ravinteiden hyödyntämistä mukaan lukien ongelmat ravinteiden imeytymisessä, jotkut aineet aiheuttavat tavanomaista suurempaa ravinteen tarvetta, jotkut olosuhteet aiheuttavat ravinteiden tuhoutumista ja jotkut olosuhteet aiheuttavat suurempaa ravinteiden tuhlaantumista.
Ravinteiden myrkyllisyys ilmenee, kun ravinteen liiallisuus aiheuttaa vahinkoa eliölle.
Kasveilla on viisi yleistä puutos- ja myrkytysoiretta. Nämä ovat kloroosi, nekroosi, antosyaanien kerääntyminen, uuden kasvun loppuminen ja hidastuva tai vähentyvä kasvu. Kloroosi merkitsee kudosten kellastumista, jonka aiheuttaa klorofyllisynteesin vaje. Nekroosi merkitsee kudoksen kuolemaa. Antosyaanien kerääntymisestä seuraa lehtien tai varsien tai molempien muuttuminen purppuran tai punaisen värisiksi.
Ylimäärä kasvien ravinteita ympäristössä voi aiheuttaa liiallista kasvin tai levän kasvua. Rehevöityminen, kuten tätä prosessia kutsutaan, aiheuttaa epätasapainoa populaatiolukumäärissä ja muissa ravinteissa, jotka voivat aiheuttaa vahinkoa tietyille lajeille. Esimerkiksi leväkukinta voi vähentää happea, jota kalat hengittävät. Syihin kuuluvat vesien saastuminen jätevesistä ja valumisesta maatiloilta, joilta kantautuu liikaa maatalouslannoitteita. Typpi ja fosfori ovat yleisin rajoittava tekijä kasvulle ja siksi todennäköisin laukaisija rehevöitymiselle kun niitä tuotetaan keinotekoisesti.