С много малко изключения (кости и зъбен емайл), водата е преобладаващият компонент на клетката. Водата е необходима за метаболизма (обмяната) на клетката, тъй като физиологичните процеси протичат изключително във водната среда. Молекулите на водата участват в много ензимни реакции на клетката. Например, разграждането на протеини, въглехидрати и други вещества става в резултат на тяхното взаимодействие с вода, катализирано от ензими. Такива реакции се наричат реакции хидролиза.
Водата служи като източник на водородни йони по време на фотосинтезата. Водата в клетката е в две форми: свободна и свързана.
безплатна водапредставлява 95% от цялата вода в клетката и се използва главно като разтворител и като дисперсионна среда колоидна системапротоплазма.
Свързана вода, която представлява само 4% от цялата клетъчна вода, е хлабаво свързана с протеините чрез водородни връзки.
Полярността на водната молекула.Поради асиметричното разпределение на заряда, водната молекула действа като диполи следователно могат да бъдат свързани както положително, така и отрицателно заредени групи на протеина. Диполното свойство на водната молекула обяснява нейната способност да се ориентира в електрическо поле, да се прикрепя към различни молекули и участъци от молекули, които носят заряд. В резултат на това се образуват хидрати.
Топлинен капацитет.Благодарение на високия си топлинен капацитет водата абсорбира топлината и по този начин предотвратява внезапните температурни колебания в клетката.
транспортна функция на водата. вода- основното средство за движение на веществата в тялото (кръвоток, лимфа, възходящи и низходящи течения на разтвори през съдовете на растенията) и в клетката.
Водата е като лубрикант.Водата служи като "смазка", необходима навсякъде, където има триещи се повърхности (например в ставите).
Водата има максимална плътност при 4°C. Следователно ледът, който има по-ниска плътност, е по-лек от водата и плува на повърхността й, което предпазва резервоара от замръзване. Това свойство на водата спасява живота на много водни организми.
Инструкция
Едно от свойствата на водата е универсалната способност да се разтваря химически вещества, благодарение на което поддържа еластичността на биологичната клетка, подхранва я и участва в изграждането на мембраната. Всички вътрешни "сокове" на човек са кръв и лимфа; секреторна течност - слюнка, стомашен сок; секрети от половите органи, урина, пот – това са все разтвори на вода със специални вещества.
Молекулата на водата има неутрален електронен заряд, състои се от комбинация от кислородни и водородни атоми. Електронният заряд в самата молекула е разпределен много неравномерно: в областта на водорода преобладават атомите с положителен електронен заряд, а в подреждането на кислорода - с отрицателен. Това е дипол и, както знаете, има добра способност да се свързва в съединения с други вещества и да образува хидрати. Когато енергията на привличане на водата към молекулите на друго вещество е по-висока, отколкото между водните молекули, веществото просто се разтваря в него.
Концентрацията на вода в биологичните течности определя скоростта на взаимодействие на веществата. Случете по-бързо вътрешни процеси: продуктите на биоразграждане се отстраняват химична реакция, се активират процесите на възстановяване и обновяване на тялото. Когато едно вещество се разтвори, неговите молекули с помощта на вода получават възможност да се движат по-бързо, което го прави по-реактивноспособен. С намаляване на съдържанието на вода в тялото, кръвта става „вискозна“, движи се по-бавно през съдовете, метаболизмът се забавя, общото състояние на човека започва да се влошава бързо, мозъкът започва да страда, което се състои от 85% от течността.
Когато тялото е дехидратирано, първо страда клетъчната течност, която намалява до 66%, след това извънклетъчната течност и едва след това количеството течност в кръвната плазма намалява. Природата го е подредила така, че поддържането на основния орган на жизнената дейност - мозъка, се извършва до последно. Голяма загуба на течност при човек може да доведе до необратими последици, медицината познава случаи не само на хора, умиращи от дехидратация, но и на появата на сериозни заболявания, по-специално от липса на вода, както и от нейния излишък, развила се шизофрения, пациентите бързо полудели.
Поради топлинния капацитет на водата, нейното участие в регулирането на телесната температура играе важна роля, осъществяват се процеси на терморегулация, а температурата на клетките в тялото е оптимална за биологична активност. Ускорява се транспортирането на хранителни вещества и кислород.
Водата участва и в процеса на храносмилането и отделянето на отпадните продукти на тялото. Тя е тази, която стимулира чревната стена да работи, тя е тази, която разтваря продуктите от преработката, като ги отстранява през уретерите.
Любопитно е, че водата всъщност е и най-важният защитен фактор за вътрешни органичовек. Например, черният дроб, бъбреците и далака имат много голям дял, по време на физическа активност, теоретично, те просто трябва да се отделят, защото проводящите канали и задържащите връзки са много тънки. От това ги предпазва течността, в която сякаш плуват. Течността гаси ударите, създава биологична среда, променя физическото им тегло, което води до минимум (законът на Архимед в действие).
Водата (H 2 O) е най-важната неорганична материяклетки. В клетката в количествено отношение водата е на първо място сред останалите. химични съединения. Водата изпълнява различни функции: поддържа обема, еластичността на клетката, участва във всички химични реакции. Всички биохимични реакции протичат във водни разтвори. Колкото по-висока е скоростта на метаболизма в дадена клетка, толкова повече вода съдържа тя.
Обърни внимание!
Водата в клетката е в две форми: свободна и свързана.
безплатна воданамира се в междуклетъчни пространства, съдове, вакуоли, кухини на органи. Служи за транспортиране на вещества от околен святв клетката и обратно.
свързана водае част от някои клетъчни структури, като се намира между протеинови молекули, мембрани, влакна и е свързан с някои протеини.
Водата има редица свойства, които са изключително важни за живите организми.
Структура на водната молекула
Уникалните свойства на водата се определят от структурата на нейната молекула.
Между отделните водни молекули се образуват водородни връзки, които определят физическите и Химични свойствавода.
Характерното разположение на електроните във водната молекула й придава електрическа асиметрия. Колкото по-електроотрицателният кислороден атом привлича по-силно електроните на водородните атоми, в резултат на това водната молекула е дипол(има полярност). Всеки от двата водородни атома има частично положителен заряд, докато кислородният атом носи частично отрицателен заряд.
Частично отрицателният заряд на кислородния атом на една водна молекула се привлича от частично положителните водородни атоми на други молекули. Така всяка водна молекула има тенденция да се свързва водородна връзкас четири съседни водни молекули.
Водни свойства
Тъй като водните молекули са полярни, водата има свойството да разтваря полярните молекули на други вещества.
Веществата, които са разтворими във вода, се наричат хидрофилен(соли, захари, прости алкохоли, аминокиселини, неорганични киселини). Когато дадено вещество премине в разтвор, неговите молекули или йони могат да се движат по-свободно и следователно реактивоспособността на веществото се увеличава.
Веществата, които са неразтворими във вода, се наричат хидрофобен(мазнини, нуклеинова киселина, някои протеини). Такива вещества могат да образуват интерфейси с вода, върху които протичат много химични реакции. Следователно фактът, че водата не разтваря някои вещества, също е много важен за живите организми.
Водата има висока специфичност топлинен капацитет, т.е. способността да абсорбира топлинна енергия с минимално повишаване на собствената си температура. За да се прекъснат многобройните водородни връзки, които съществуват между водните молекули, тя трябва да абсорбира голям бройенергия. Това свойство на водата осигурява поддържането на топлинния баланс в тялото. Високият топлинен капацитет на водата предпазва тъканите на тялото от бързо и силно повишаване на температурата.
Необходима е много енергия, за да се изпари водата. Използването на значително количество енергия за разкъсване на водородни връзки по време на изпаряване допринася за охлаждането му. Това свойство на водата предпазва тялото от прегряване.
Пример:
Примери за това са транспирацията при растенията и изпотяването при животните.
Водата има и висока топлопроводимост, осигуряваща равномерно разпределение на топлината в тялото.
Обърни внимание!
Висок специфичен топлинен капацитет и висока топлопроводимостправи водата идеалната течност за поддържане топлинно равновесиеклетки и организми.
вода практически не се компресира, създаващи тургорно налягане, определящи обема и еластичността на клетките и тъканите.
Пример:
Хидростатичният скелет поддържа формата на кръгли червеи, медузи и други организми.
Благодарение на силите на адхезия на молекулите, върху повърхността на водата се създава филм, който има такава характеристика като повърхностно напрежение.
Пример:
Чрез силата повърхностно напрежениеима капилярен кръвен поток, възходящи и низходящи течения на разтвори в растенията.
Сред физиологично важните свойства на водата е нейното способност за разтваряне на газове(O 2 , CO 2 и др.).
Водата също е източник на кислород и водород, отделяни по време на фотолизата светлинна фазафотосинтеза.
Биологични функции на водата
- Водата осигурява движението на веществата в клетката и тялото, усвояването на веществата и отделянето на метаболитни продукти. В природата водата пренася отпадъчни продукти в почвите и водните тела.
- Водата е активен участник в метаболитните реакции.
- Водата участва в образуването на смазочни течности и слуз, секрети и сокове в тялото (тези течности се намират в ставите на гръбначните животни, в плевралната кухина, в перикардната торбичка).
- Водата е част от слузта, която улеснява движението на веществата през червата, създава влажна среда върху лигавиците на дихателните пътища. Секретите, отделяни от някои жлези и органи, също имат водна основа: слюнка, сълзи, жлъчка, сперма и др.
Буквално от детството всеки човек знае, че водата играе много важна роля за нас. Хигиена, почистване, пиене - всеки от тези основни елементи на живота е свързан с водата. Постепенно изучавайки света, детето научава за ролята на водата в клетката. Може би едва от този момент става ясно колко голямо е нейното значение: самият живот е немислим без вода. Благодарение на свойствата си, той прави възможно функционирането на сложни организми.
Структурата на молекулата
Ролята на водата в живота на клетката е пряко свързана с характеристиките на нейната структура. Всеки знае формулата на основната течност на нашето тяло. Всеки се състои от един кислороден атом и два водородни атома. Те са свързани в едно цяло благодарение на полярните, базирани на образуването на обща електронна двойка в два атома. Характерна особеност на водните молекули е тяхната електрическа асиметрия. Кислородният атом е по-електроотрицателен, той привлича по-силно електроните на водородните атоми. Последицата от това е изместването на общи двойки електрони към кислородния атом.
Дипол
Каква е ролята на водата в клетката зависи от характеристиките, присъщи на това вещество. В резултат на изместването на обща двойка електрони тя придобива поляризация. Водната молекула се характеризира с наличието на два полюса: всеки водороден атом има частично положителен заряд, а кислородът има частично отрицателен заряд. Заедно те създават неутрална молекула.
Така всяка структурна единица на водата е дипол. Особеността на структурата на молекулата определя и характера на връзката между съседните структури. Частично отрицателният кислороден атом се привлича от водородните атоми на други молекули. Между тях се образуват така наречените водородни връзки. Всяка водна молекула се стреми да се свърже по този начин с четири от своите съседи. Всички тези нюанси на структурата определят биологичната роля на водата в клетката.
Особености
Водородните връзки, характерни за водните молекули, определят много от нейните свойства. Връзките между атомите на кислорода и водорода са особено силни, тоест, за да се разкъсат, е необходимо да се изразходва впечатляващо количество енергия. В резултат на това водата има висока точка на кипене, както и топене и изпаряване. Сред подобни вещества, водата е единственото вещество, присъстващо на Земята едновременно в три агрегатни състояния. На тази особеност се основава каква е ролята на водата в клетката.
Взаимодействие с хидрофилни вещества
Присъщата способност на водните частици да образуват водородни връзки позволява на основната течност на тялото да разтваря много съединения. Такива вещества се наричат хидрофилни, тоест "приятелски" към водата. Те включват йонни съединения: соли, основи и киселини. Хидрофилните вещества също включват нейонни съединения с полярност. Молекулите им съдържат заредени групи. Това са аминокиселини, захари, прости алкохоли и някои други съединения.
Ролята на водата в живота на клетката се свежда до създаването на необходимата среда за ускоряване на всички реакции. Разтворът е такова състояние на материята, при което всички негови молекули могат да се движат много по-свободно, тоест способността за реакция става много по-висока, отколкото в обичайната му форма.
Благодарение на тези свойства водата се е превърнала в основна среда за по-голямата част от химичните реакции. Освен това, например, хидролизата и целият набор от редокс процеси се извършват само с прякото участие на основната клетъчна течност.
реагент
Огромната роля на водата в живота на клетката е неоспорима. Тя участва във всички важни процеси. Например, водата е от съществено значение за фотосинтезата. Един от неговите етапи, фотолизата на водата, се състои в отделянето на водородните атоми и включването им в получения органични съединения. В този случай отделеният кислород се отделя в атмосферата.
Човекът и животните се свързва с вече споменатата хидролиза, разрушаването на вещества с добавяне на вода. Една от най-важните реакции от този вид в клетката е разграждането на АТФ молекулата, което се случва с освобождаване на енергия, която се използва за други жизненоважни процеси.
Взаимодействие с хидрофобни вещества
Някои протеини, както и мазнините и нуклеиновите киселини изобщо не се разтварят във вода или този процес е много труден. Такива вещества се наричат хидрофобни, т.е. "страхуващи се" от вода. Ролята на водата в клетката и тялото се свързва и с взаимодействието й с подобни съединения.
Молекулите на водата могат да се отделят от самата течност. В резултат на това се образуват така наречените интерфейси. Те извършват много химични реакции. И така, поради взаимодействието на фосфолипидите, които изграждат клетъчната мембрана, се образува двуслоен липиден слой с вода.
Топлинен капацитет
Клетката се крие и в нейното участие в терморегулацията. достатъчно високо. Това означава, че когато се абсорбира значително количество, температурата на водата се променя леко. Тази характеристика допринася за поддържането на постоянна температура вътре в клетката, което е необходимо за нормалното протичане на много процеси и поддържане на постоянството на вътрешната среда.
Равномерно разпределение на топлината
Друга характерна черта на водата е топлопроводимостта. Освен това помага да се поддържа постоянството на вътрешната среда. Водата е в състояние да пренесе впечатляващо количество топлина от частта на тялото, където е в излишък, към онези клетки и тъкани, на които липсва.
В допълнение, терморегулацията се извършва и поради охлаждане, поради факта, че по време на прехода от едно състояние на агрегация към друго трябва да се разкъсат водородните връзки. И за това, както вече беше споменато, е необходим голям разход на енергия.
хидростатичен скелет
Ролята на водата в живота на клетката не свършва дотук. Основната телесна течност има друго свойство: тя практически не се компресира. Тази характеристика позволява на водата да играе ролята на хидростатичен скелет в клетката. Водата създава тургорно налягане, като по този начин определя такива свойства на клетките и тъканите като обем и еластичност. Лесно е да разберете каква е ролята на водата в клетката в този смисъл, ако погледнете дърветата. Обичайната форма на листата се създава поради повишеното налягане в клетките. Подобни примери в органичен святтегло. Например, познатата форма на медузите или кръглите червеи също се поддържа от хидростатичния скелет.
Загубата на вода от клетките съответно води до обратни процеси. Започва промяна във формата: листата изсъхват, плодовете се сбръчкват, кожата губи своята еластичност.
Участие в транспорта на вещества
Молекулите на водата чрез водородни връзки могат да се комбинират не само помежду си, но и с други вещества. В резултат на това взаимодействие се оказва, че играе важна роля в транспорта на веществата в тялото. И така, следствието от кохезията (сцеплението на молекулите под действието, а в случая на водата - с помощта на водородни връзки) е движението на хранителни вещества в капилярите на растенията. Благодарение на същото свойство водата навлиза в растението от почвата през кореновите власинки.
Освен това силата на повърхностното напрежение прави възможен капилярния кръвен поток при животни и хора. Водата участва в движението на веществата и отстраняването на разпадните продукти от тялото.
Оказва се, че отговорът на въпроса "каква е ролята на водата в клетката?" съвсем недвусмислено - огромен е. Поради основните свойства молекулярна структуратази течност е възможно всички основни процеси, без които животът е немислим. Водата спомага за повишаване на реактивността на веществата, поддържа формата на клетките и органите, участва в снабдяването им с всичко необходимо и е част от много химични реакции. Водата е източникът на живот и това определено не е метафора. Всички основни метаболитни процеси са свързани с него, той също е в основата на взаимодействието на различни съединения.
Именно поради тези свойства водата е веществото, което се търси на първо място при изучаването на други планети в опит да се разбере дали те са подходящи за живот.
Уникалните свойства позволиха на водата да играе ролята на разтворител в клетката, терморегулатор, както и да поддържа структурата на клетките и да транспортира вещества.
Природа на водородните връзки
Самата молекула H 2 O е електрически неутрална, но зарядът вътре в молекулата е неравномерно разпределен: в областта на водородните атоми, малък положителен заряд, а в областта, където се намира кислородният атом, малък отрицателен заряд. Благодарение на това водните молекули могат да взаимодействат помежду си с образуването на така наречените водородни връзки.
Водородни връзки
Водородната връзка определя уникалните свойства на водата:
Водата има много високи точки на кипене, топене и изпарение, тъй като трябва да се изразходва допълнителна енергия, за да се разрушат водородните връзки. Само водата е в трите агрегатни състояния едновременно. Други вещества с подобна структура и молекулно тегло, като H 2 S, HCl, NH 3 при нормални условия са газове.
Реакция]].
Хидрофобните вещества няма да се разтварят във вода, но молекулите на H 2 O ще могат да отделят хидрофобното вещество от самия воден стълб. Например, мазнините - фосфолипиди, които изграждат клетъчната мембрана, могат да образуват липиден двоен слой поради взаимодействие с вода.
Участие в химични реакции
Водата като реагент участва в много химични реакции:
- По време на фотосинтезата в растенията се извършва фотолиза на водата - навлиза водород от състава на водата органична материяи в атмосферата се отделя свободен кислород.
Уравнение на фотосинтезата:
6H 2 O + 6CO 2 \u003d C 6 H 12 O 6 + 6O 2
- Водата участва в хидролизата разрушаването на веществата с добавяне на вода. Например, хидролизата на мазнини, протеини и въглехидрати се случва по време на храносмилането на храната, а по време на хидролизата на АТФ се освобождава енергия за задоволяване на нуждите на клетката.
- По време на хидролизата на солите водата е източник на протони и електрони.
Поддържане на клетъчната структура
Водата е практически несвиваема и следователно служи като хидростатичен скелет на клетката. Благодарение на осмозата водата създава излишно налягане вътре във вакуолите на растителните клетки, това тургорно налягане осигурява еластичността на клетъчната стена и поддържа формата на органите.
Транспорт на вещества
- При растенията, по-специално поради капилярния ефект, характерен за водата, минералните соли, разтворени във вода, се издигат от корена до други части на растението през съдовете. Също така, поради кохезията, водата в почвата е достъпна за абсорбиране през кореновите власинки.
- Продуктите на фотосинтезата се транспортират през ситовидни тръби. воден разтворзахароза.
- Екскреция, движение на метаболитни продукти в разтворена форма при животни.
Участие в терморегулацията
Благодарение на високия си топлинен капацитет от 4200 J/, водата осигурява приблизително постоянство на температурата вътре в клетката. Водата може да носи голямо количество топлина, като я отдава там, където температурата на тъканите е по-ниска, и я отнема там, където температурата е по-висока. Също така, когато водата се изпарява, се получава значително охлаждане поради факта, че много енергия се изразходва за разрушаване на водородни връзки по време на прехода от едно състояние на агрегиране към друго.
