Uz vrlo malo izuzetaka (kosti i zubna caklina), voda je dominantna komponenta stanice. Voda je neophodna za stanični metabolizam (razmjenu), jer se fiziološki procesi odvijaju isključivo u vodenoj sredini. Molekule vode sudjeluju u mnogim enzimskim reakcijama stanice. Na primjer, razgradnja proteina, ugljikohidrata i drugih tvari događa se kao rezultat njihove interakcije s vodom koju kataliziraju enzimi. Takve reakcije nazivamo reakcijama hidroliza.
Voda služi kao izvor vodikovih iona tijekom fotosinteze. Voda u stanici postoji u dva oblika: slobodna i vezana.
Freewaterčini 95% sve vode u ćeliji i koristi se uglavnom kao otapalo i disperzijski medij koloidni sustav protoplazma.
Vezana voda, koja čini samo 4% ukupne vode u stanici, labavo je povezana s proteinima vodikovim vezama.
Polaritet molekule vode. Zbog asimetrične raspodjele naboja, molekula vode djeluje kao dipol te stoga mogu biti vezani i pozitivno i negativno nabijenim proteinskim skupinama. Svojstvo dipola molekule vode objašnjava njezinu sposobnost da se orijentira u električnom polju i pričvrsti na različite molekule i dijelove molekula koji nose naboj. Kao rezultat toga nastaju hidrati.
Toplinski kapacitet. Zbog svog visokog toplinskog kapaciteta, voda apsorbira toplinu i time sprječava nagle temperaturne promjene u ćeliji.
Transportna funkcija vode. Voda- glavno sredstvo za kretanje tvari u tijelu (krvotok, limfa, uzlazne i silazne struje otopina kroz žile biljaka) iu stanici.
Voda je poput lubrikanta. Voda služi kao “lubrikant”, neophodan svugdje gdje postoje površine koje se trljaju (na primjer, u zglobovima).
Voda ima najveću gustoću na 4°C. Stoga je led, koji ima manju gustoću, lakši od vode i pluta na njezinoj površini, što štiti rezervoar od smrzavanja. Ovo svojstvo vode spašava živote mnogih vodenih organizama.
upute
Jedno od svojstava vode je njezina univerzalna sposobnost otapanja kemijske tvari, zbog čega održava elastičnost biološke stanice, hrani je i sudjeluje u izgradnji membrane. Svi unutarnji "sokovi" osobe su krv i limfa; sekretorna tekućina - slina, želučani sok; iscjedak iz spolnih organa, urin, znoj - sve su to otopine vode s posebnim tvarima.
Molekula vode ima neutralni elektronički naboj; sastoji se od kombinacije atoma kisika i vodika. Elektronski naboj unutar same molekule vrlo je neravnomjerno raspoređen: u području vodika prevladavaju atomi s pozitivnim elektroničkim nabojem, a u području kisika atomi s negativnim elektroničkim nabojem. Ovo je dipol, a poznato je da ima dobru sposobnost spajanja s drugim tvarima i stvaranja hidrata. Kada je energija privlačenja vode prema molekulama druge tvari veća nego između molekula vode, tvar se jednostavno otapa u njoj.
Koncentracija vode u biološkim tekućinama određuje brzinu međudjelovanja tvari. Događa se brže unutarnji procesi: proizvodi biorazgradnje su uklonjeni kemijske reakcije, aktiviraju se procesi obnove i obnove tijela. Kada je tvar otopljena, njezine se molekule uz pomoć vode mogu brže kretati, zbog čega se povećava njezina reaktivnost. Kada se sadržaj vode u tijelu smanji, krv postaje "viskozna", kreće se sporije kroz krvne žile, metabolizam se usporava, opće stanje osobe počinje se brzo pogoršavati, a mozak, koji se sastoji od 85% tekućine, počinje patiti. .
Kod dehidracije tijela prva strada stanična tekućina koja se smanji na 66%, zatim izvanstanična tekućina, a tek nakon toga opada količina tekućine u krvnoj plazmi. Priroda je to uredila na takav način da se održavanje glavnog organa života - mozga - provodi do posljednjeg. Veliki gubitak tekućine kod osobe može dovesti do nepovratnih posljedica; medicina poznaje slučajeve ne samo smrti ljudi od dehidracije, već i pojave ozbiljnih bolesti, posebno zbog nedostatka vode, kao i od njenog viška. , razvila se shizofrenija, pacijenti su brzo poludjeli.
Zbog toplinskog kapaciteta vode važnu ulogu ima njezino sudjelovanje u regulaciji tjelesne temperature, odvijaju se procesi termoregulacije, a temperatura stanica u tijelu održava optimalna za biološku aktivnost. Ubrzava se transport hranjivih tvari i kisika.
Voda također sudjeluje u procesu probave i uklanjanja otpadnih tvari iz tijela. Ona je ta koja potiče crijevnu stijenku na rad, ona je ta koja otapa otpadne tvari, uklanjajući ih kroz uretere.
Zanimljivo je da je voda, zapravo, najvažniji zaštitni faktor za unutarnji organi osoba. Na primjer, jetra, bubrezi i slezena imaju vrlo veliku specifičnu težinu, teoretski bi se tijekom tjelesne aktivnosti trebali jednostavno odvojiti, jer su provodni kanali i pridržni ligamenti vrlo tanki. Od toga ih štiti tekućina u kojoj kao da plutaju. Tekućina apsorbira udarce, stvara biološku okolinu, mijenja njihovu fizičku težinu, dovodi do minimuma (Arhimedov zakon na djelu).
Voda (H 2 O) je najvažnija anorganska tvar Stanice. U stanici, u kvantitativnom smislu, voda je na prvom mjestu među ostalima. kemijski spojevi. Voda obavlja razne funkcije: održava volumen, elastičnost stanice, sudjeluje u svim kemijskim reakcijama. Sve biokemijske reakcije odvijaju se u vodenim otopinama. Što je veća stopa metabolizma u određenoj stanici, to ona sadrži više vode.
Obratiti pažnju!
Voda u stanici postoji u dva oblika: slobodna i vezana.
Besplatna voda nalaze se u međustaničnim prostorima, žilama, vakuolama i šupljinama organa. Služi za transport tvari iz okoliš u ćeliju i obrnuto.
Vezana voda dio je nekih staničnih struktura, nalazi se između proteinskih molekula, membrana, vlakana i povezan je s nekim proteinima.
Voda ima niz svojstava koja su izuzetno važna za žive organizme.
Struktura molekule vode
Jedinstvena svojstva vode određena su strukturom njezine molekule.
Između pojedinih molekula vode stvaraju se vodikove veze koje određuju fizikalnu i Kemijska svojstva voda.
Karakterističan raspored elektrona u molekuli vode daje joj električnu asimetriju. Elektronegativniji atom kisika jače privlači elektrone vodikovih atoma, što rezultira molekulom vode dipol(ima polaritet). Svaki od dva atoma vodika ima djelomično pozitivan naboj, a atom kisika nosi djelomično negativan naboj.
Djelomično negativan naboj atoma kisika jedne molekule vode privlače djelomično pozitivni atomi vodika drugih molekula. Dakle, svaka molekula vode nastoji se povezati vodikova veza sa četiri susjedne molekule vode.
Svojstva vode
Budući da su molekule vode polarne, voda ima svojstvo da otapa polarne molekule drugih tvari.
Tvari topive u vodi nazivaju se hidrofilni(soli, šećeri, jednostavni alkoholi, aminokiseline, anorganske kiseline). Kada tvar prijeđe u otopinu, njezine se molekule ili ioni mogu slobodnije kretati i stoga se reaktivnost tvari povećava.
Tvari koje su netopljive u vodi nazivaju se hidrofobni(masti, nukleinske kiseline, neki proteini). Takve tvari mogu tvoriti međupovršine s vodom na kojima se odvijaju mnoge kemijske reakcije. Stoga je za žive organizme vrlo važna i činjenica da voda ne otapa neke tvari.
Voda ima visoku specifičnu toplinski kapacitet, tj. sposobnost apsorpcije toplinske energije uz minimalno povećanje vlastite temperature. Za raskid brojnih vodikovih veza prisutnih između molekula vode potrebno je apsorbirati veliki broj energije. Ovo svojstvo vode osigurava održavanje toplinska ravnoteža u organizmu. Veliki toplinski kapacitet vode štiti tjelesna tkiva od naglog i snažnog porasta temperature.
Za isparavanje vode potrebno je dosta energije. Upotreba značajne količine energije za kidanje vodikovih veza tijekom isparavanja pomaže u njegovom hlađenju. Ovo svojstvo vode štiti tijelo od pregrijavanja.
Primjer:
Primjeri za to uključuju transpiraciju kod biljaka i znojenje kod životinja.
Voda također ima visoku toplinsku vodljivost, osiguravajući ravnomjernu raspodjelu topline po cijelom tijelu.
Obratiti pažnju!
Visok specifični toplinski kapacitet i visoka toplinska vodljivostčini vodu idealnom tekućinom za održavanje toplinska ravnoteža stanice i organizam.
Voda praktički se ne skuplja, stvaranje pritiska turgora, određivanje volumena i elastičnosti stanica i tkiva.
Primjer:
Hidrostatski kostur održava svoj oblik valjkasti crvi, meduza i drugih organizama.
Zahvaljujući adhezivnim silama molekula, na površini vode stvara se film koji ima karakteristiku površinske napetosti.
Primjer:
Zahvaljujući snazi površinska napetost U biljkama postoji kapilarni krvotok, uzlazno i silazno strujanje otopina.
Među fiziološki važnim svojstvima vode je njezino sposobnost otapanja plinova(O 2, CO 2, itd.).
Voda je također izvor kisika i vodika koji se oslobađaju tijekom fotolize svjetlosna faza fotosinteza.
Biološke funkcije vode
- Voda osigurava kretanje tvari u stanici i tijelu, apsorpciju tvari i uklanjanje produkata metabolizma. U prirodi voda prenosi otpadne proizvode u tlo i vodena tijela.
- Voda je aktivni sudionik u metaboličkim reakcijama.
- Voda sudjeluje u stvaranju mazivih tekućina i sluzi, sekreta i sokova u tijelu (te tekućine se nalaze u zglobovima kralježnjaka, u pleuralnoj šupljini, u perikardijalnoj vrećici).
- Voda je dio sluzi, koja olakšava kretanje tvari kroz crijeva i stvara vlažnu okolinu na sluznici dišnog trakta. Izlučevine koje luče neke žlijezde i organi također su na bazi vode: slina, suze, žuč, sperma itd.
Doslovno od djetinjstva, svaka osoba zna da voda igra vrlo važnu ulogu za nas. Higijena, čišćenje, piće - svaki od ovih sastavnih elemenata života povezan je s vodom. Postupno istražujući svijet, dijete uči o ulozi vode u stanici. Možda tek od ovog trenutka postaje jasno koliki je njezin značaj: život je nezamisliv bez vode. Zahvaljujući svojim svojstvima omogućuje funkcioniranje složenih organizama.
Struktura molekule
Uloga vode u životu stanice izravno je povezana s karakteristikama njezine strukture. Svi znaju formulu glavne tekućine našeg tijela. Svaki se sastoji od jednog atoma kisika i dva atoma vodika. Kombiniraju se u jedinstvenu cjelinu zbog polariteta, na temelju stvaranja zajedničkog elektronskog para između dva atoma. Karakteristična značajka molekula vode je njihova električna asimetrija. Atom kisika je više elektronegativan i jače privlači elektrone iz atoma vodika. Posljedica toga je pomicanje zajedničkih parova elektrona prema atomu kisika.
Dipol
Uloga vode u stanici ovisi o svojstvima svojstvenim ovoj tvari. Kao rezultat pomaka zajedničkog para elektrona, postaje polariziran. Molekula vode karakterizirana je prisutnošću dvaju polova: svaki atom vodika ima djelomično pozitivan naboj, a svaki atom kisika ima djelomično negativan naboj. Zajedno stvaraju neutralnu molekulu.
Dakle, svaka strukturna jedinica vode je dipol. Strukturne značajke molekule također određuju prirodu veze između susjednih struktura. Djelomično negativan atom kisika privlače atomi vodika drugih molekula. Između njih nastaju takozvane vodikove veze. Svaka molekula vode nastoji na sličan način komunicirati sa svoja četiri susjeda. Sve ove strukturne nijanse određuju biološku ulogu vode u stanici.
Osobitosti
Vodikove veze, karakteristične za molekule vode, određuju mnoga njena svojstva. Veze između atoma kisika i vodika posebno su jake, što znači da je za njihovo prekidanje potrebna impresivna količina energije. Kao rezultat toga, voda ima visoko vrelište, kao i taljenje i isparavanje. Među sličnim tvarima, voda je jedina tvar prisutna na Zemlji istovremeno u tri agregatna stanja. Na ovom se svojstvu temelji i uloga vode u stanici.
Interakcija s hidrofilnim tvarima
Inherentna sposobnost čestica vode da stvaraju vodikove veze omogućuje glavnoj tjelesnoj tekućini da otopi mnoge spojeve. Takve se tvari nazivaju hidrofilnim, odnosno "prijateljskim" prema vodi. Tu spadaju ionski spojevi: soli, baze i kiseline. Hidrofilne tvari također uključuju neionske spojeve koji imaju polaritet. Njihove molekule sadrže nabijene skupine. To su aminokiseline, šećeri, jednostavni alkoholi i neki drugi spojevi.
Uloga vode u životu stanice svodi se na stvaranje okruženja potrebnog za ubrzavanje svih reakcija. Otopina je stanje tvari u kojem se sve njezine molekule mogu mnogo slobodnije kretati, odnosno sposobnost reakcije postaje mnogo veća nego u uobičajenom obliku.
Zahvaljujući tim svojstvima voda je postala glavni medij za veliku većinu kemijskih reakcija. Štoviše, na primjer, hidroliza i cijeli niz redoks procesa provode se samo uz izravno sudjelovanje glavne stanične tekućine.
Reagens
Ogromna uloga vode u životu stanice je neosporna. Ona sudjeluje u svemu važne procese. Na primjer, voda je neophodna za fotosintezu. Jedna od njegovih faza, fotoliza vode, uključuje odvajanje vodikovih atoma i njihovo uključivanje u rezultirajući organski spojevi. U tom se slučaju oslobođeni kisik ispušta u atmosferu.
Ljudi i životinje povezani su s već spomenutom hidrolizom, razgradnjom tvari uz dodatak vode. Jedna od najvažnijih reakcija ove vrste u stanici je razgradnja molekule ATP-a, koja se događa uz oslobađanje energije koja se koristi za druge vitalne procese.
Interakcija s hidrofobnim tvarima
Neki se proteini, kao i masti i nukleinske kiseline uopće ne otapaju u vodi ili je taj proces vrlo težak. Takve tvari nazivamo hidrofobnim, odnosno "bojećim se" vode. Uloga vode u stanici i tijelu također je povezana s njezinom interakcijom sa sličnim spojevima.
Molekule vode se mogu odvojiti od same tekućine. Kao rezultat toga, formiraju se takozvana sučelja. Na njima se odvijaju mnoge kemijske reakcije. Dakle, zahvaljujući interakciji fosfolipida koji čine staničnu membranu s vodom nastaje lipidni dvosloj.
Toplinski kapacitet
U stanici leži u njenom sudjelovanju u termoregulaciji. prilično visoko. To znači da kada se apsorbira impresivna količina, temperatura vode se samo neznatno mijenja. Ova karakteristika pomaže u održavanju konstantne temperature unutar stanice, što je neophodno za normalno odvijanje mnogih procesa i održavanje konstantne unutarnje okoline.
Ravnomjerna raspodjela topline
Još jedna karakteristična značajka vode je toplinska vodljivost. Također pomaže u održavanju stalnog unutarnjeg okruženja. Voda je sposobna prenijeti impresivnu količinu topline s područja tijela gdje je ima u višku do onih stanica i tkiva kojima je nedostaje.
Osim toga, termoregulacija se također provodi zbog činjenice da se tijekom prijelaza iz jednog agregacijskog stanja u drugo moraju uništiti vodikove veze. A to, kao što je već spomenuto, zahtijeva velike količine energije.
Hidrostatski skelet
Uloga vode u životu stanice tu ne prestaje. Glavna tjelesna tekućina ima još jedno svojstvo: praktički se ne sabija. Ova karakteristika omogućuje vodi ulogu hidrostatskog kostura u stanici. Voda stvara pritisak turgora, određujući tako svojstva stanica i tkiva kao što su volumen i elastičnost. Lako je razumjeti ulogu vode u stanici u tom smislu ako pogledate drveće. Uobičajeni oblik lista nastaje zbog povećanog pritiska u stanicama. Slični primjeri u organski svijet težina. Na primjer, poznati oblik meduza ili valjkastih crva također je podržan hidrostatskim kosturom.
Gubitak vode stanicama, prema tome, dovodi do obrnutih procesa. Počinje promjena oblika: listovi venu, plodovi se smežuraju, koža gubi elastičnost.
Sudjelovanje u prijevozu tvari
Koristeći vodikove veze, molekule vode se mogu povezati ne samo međusobno, već i s drugim tvarima. Kao rezultat te interakcije nastaje tvar koja igra značajnu ulogu u transportu tvari u tijelu. Dakle, posljedica kohezije (prianjanja molekula pod utjecajem, au slučaju vode, preko vodikovih veza) je kretanje hranjivih tvari u kapilarama biljaka. Zahvaljujući tom istom svojstvu, voda se kreće iz tla preko korijenovih dlačica u biljku.
Također, sila površinske napetosti omogućuje kapilarni protok krvi kod životinja i ljudi. Voda je uključena u kretanje tvari i uklanjanje proizvoda raspadanja iz tijela.
Ispada da je odgovor na pitanje "koja je uloga vode u stanici?" sasvim nedvosmisleno - ogroman je. Zahvaljujući osnovnim svojstvima molekularna struktura Ova tekućina omogućuje sve osnovne procese bez kojih je život nezamisliv. Voda pomaže u povećanju reaktivnosti tvari, održava oblik stanica i organa, sudjeluje u opskrbi svega što im je potrebno te je dio mnogih kemijskih reakcija. Voda je izvor života i ovo definitivno nije metafora. S njim su povezani svi glavni metabolički procesi, a također je i temelj interakcije različitih spojeva.
Upravo zbog tih svojstava voda je tvar koja se prva traži kada se istražuju drugi planeti u pokušaju da se shvati jesu li pogodni za život.
Jedinstvena svojstva omogućila su vodi ulogu otapala i termostata u stanici, kao i održavanje strukture stanica i prijenos tvari.
Priroda vodikovih veza
Sama molekula H 2 O je električki neutralna, ali je naboj unutar molekule raspoređen neravnomjerno: u području atoma vodika postoji mali pozitivan naboj, a u području gdje se nalazi atom kisika mali je negativan naboj. . Zahvaljujući tome, molekule vode mogu djelovati jedna s drugom stvarajući takozvane vodikove veze.
Vodikove veze
Vodikova veza određuje jedinstvena svojstva vode:
Voda ima vrlo visoke temperature vrenja, taljenja i isparavanja jer se mora potrošiti dodatna energija za kidanje vodikovih veza. Samo je voda istovremeno u sva tri agregatna stanja. Druge tvari slične strukture i Molekularna težina, kao što su H 2 S, HCl, NH 3 su plinovi pod normalnim uvjetima.
Reakcija]].
Hidrofobne tvari se neće otopiti u vodi, ali će molekule H 2 O moći odvojiti hidrofobnu tvar iz samog vodenog stupca. Na primjer, masti - fosfolipidi, koji čine staničnu membranu, mogu zbog interakcije s vodom tvoriti lipidni dvosloj.
Sudjelovanje u kemijskim reakcijama
Voda kao reagens sudjeluje u mnogim kemijskim reakcijama:
- Tijekom fotosinteze u biljkama dolazi do fotolize vode – ulazi vodik iz vode organska tvar, a slobodni kisik se oslobađa u atmosferu.
Jednadžba fotosinteze:
6H2O+6CO2 =C6H12O6 + 6O2
- Voda je uključena u hidrolizu - razgradnju tvari dodatkom vode. Na primjer, hidroliza masti, bjelančevina i ugljikohidrata događa se tijekom probave hrane, a hidrolizom ATP-a oslobađa se energija koja zadovoljava potrebe stanice.
- Tijekom hidrolize soli voda je izvor protona i elektrona.
Održavanje stanične strukture
Voda je praktički nestlačiva i stoga služi kao hidrostatski kostur stanice. Zbog osmoze voda stvara višak tlaka unutar vakuola biljnih stanica, taj turgorski tlak osigurava elastičnost stanične stijenke i održava oblik organa.
Transport tvari
- U biljkama, zahvaljujući posebno kapilarnom učinku karakterističnom za vodu, mineralne soli otopljene u vodi dižu se iz korijena u druge dijelove biljke kroz žile. Također, zbog kohezije, voda u tlu dostupna je za apsorpciju kroz korijenove dlake.
- Transport produkata fotosinteze odvija se kretanjem kroz sitaste cijevi Vodena otopina saharoza.
- Izlučivanje, kretanje produkata metabolizma u otopljenom obliku u životinja.
Sudjelovanje u termoregulaciji
Zbog velikog toplinskog kapaciteta od 4200 J/ , voda osigurava približno konstantnu temperaturu unutar ćelije. Voda može nositi veliku količinu topline, odajući je tamo gdje je temperatura tkiva niža i oduzimajući je tamo gdje je temperatura viša. Također, kada voda isparava, dolazi do značajnog hlađenja zbog činjenice da se puno energije troši na kidanje vodikovih veza tijekom prijelaza iz jednog agregatnog stanja u drugo.
