За дуже небагатьма винятками (кістка та емаль зуба), вода є переважним компонентом клітини. Вода необхідна для метаболізму (обміну) клітини, оскільки фізіологічні процеси відбуваються у водному середовищі. Молекули води беруть участь у багатьох ферментативних реакціях клітини. Наприклад, розщеплення білків, вуглеводів та інших речовин відбувається в результаті взаємодії їх з водою, що каталізується ферментами. Такі реакції називаються реакціями гідролізу.
Вода є джерелом іонів водню при фотосинтезі. Вода в клітині знаходиться у двох формах: вільної та пов'язаної.
Вільна водастановить 95% усієї води в клітині і використовується головним чином як розчинник і як дисперсійне середовище колоїдної системипротоплазми.
Пов'язана вода, частку якої припадає всього 4% всієї води клітини, неміцно з'єднана з білками водневими зв'язками.
Полярність молекули води.Через асиметричний розподіл зарядів молекула води діє як дипольі тому може бути пов'язана як позитивно, і негативно зарядженими групами білка. Дипольною властивістю молекули води пояснюється здатність її орієнтуватися в електричному полі, приєднуватися до різних молекул та ділянок молекул, що несуть заряд. Внаслідок цього утворюються гідрати.
Теплоємність.Завдяки своїй високій теплоємності вода поглинає тепло і тим самим запобігає різким коливанням температури в клітці.
Транспортна функція води. Вода- основний засіб переміщення речовин в організмі (струм крові, лімфи, висхідні та низхідні струми розчинів по судинах у рослин) та в клітині.
Вода як мастило.Вода служить «мастильним» матеріалом, необхідним скрізь, де є поверхні, що труться (наприклад, у суглобах).
Вода має максимальну густину при 4°С. Тому лід, що має меншу щільність, легший за воду і плаває на її поверхні, що захищає водойму від промерзання. Ця властивість води рятує життя багатьом водним організмам.
Інструкція
Одна з властивостей води – універсальна здатність розчиняти хімічні речовинизавдяки чому вона зберігає пружність біологічної клітини, живить її і бере участь у побудові мембрани. Усі внутрішні «соки» людини – кров та лімфа; секреторна рідина – слина, шлунковий сік; виділення із статевих органів, сеча, піт – це все розчини води з особливими речовинами.
Молекула води має нейтральний електронний заряд, вона складається із з'єднання атомів кисню та водню. Електронний заряд усередині самої молекули розподілений дуже нерівномірно: у сфері водню переважають атоми з позитивним електронним зарядом, а розташуванні кисню - з негативним. Це диполь, а він, як відомо, має хорошу здатність об'єднуватись у сполуки з іншими речовинами та утворювати гідрати. Коли енергія тяжіння води до молекул іншої речовини вища, ніж між молекулами води, речовина у ній просто розчиняється.
Концентрація води у біологічних рідинах визначає швидкість взаємодії речовин. Швидше відбуваються внутрішні процеси: виводяться продукти розпаду біо хімічних реакцій, активізуються процеси відновлення та оновлення організму При розчиненні речовини молекули з допомогою води отримують можливість рухатися швидше, чому реакційна здатність його збільшується. При зниженні вмісту води в організмі кров стає «в'язкою», повільніше рухається і судинами, сповільнюється обмін речовин, загальний стан людини починає швидко погіршуватися, починає страждати мозок, який складається на 85% з рідини.
При зневодненні організму першою страждає клітинна рідина, вона зменшується до 66%, потім позаклітинна і лише після цього скорочується кількість рідини в плазмі крові. Природа влаштувала отже забезпечення головного органу життєдіяльності – мозку, ведеться до останнього. Велика втрата рідини в людини здатна призвести до незворотних наслідків, медицині відомі випадки не тільки загибелі людей від зневоднення, але і настання у них важких недуг, зокрема, від нестачі води, а також від її надлишку розвивалася шизофренія, хворі швидко божеволіли.
Завдяки теплоємності води її участь у регулюванні температури тіла відіграє важливу роль, здійснюються процеси теплорегуляції, підтримується оптимальна для біологічної активності температура клітин в організмі. Прискорюється транспортування поживних речовин та кисню.
Вода також бере участь у процесі травлення та виведення продуктів переробки організму. Саме вона стимулює до роботи стінки кишківника, саме вона розчиняє продукти переробки, виводячи їх по сечотоках.
Цікаво, що вода, по суті, і найважливіший захисний фактор для внутрішніх органівлюдини. Наприклад, печінка, нирки, селезінка мають велику питому вагу, при фізичної активності теоретично вони повинні просто відірватися, адже провідні канали та утримуючі зв'язки дуже тонкі. Вберігає їх від цього рідина, в якій вони наче плавають. Рідина гасить удари, створює біологічне середовище, змінює їхню фізичну вагу, призводячи до мінімального (закон Архімеда в дії).
Вода (H 2 O) - найважливіша неорганічна речовинаклітини. У клітці у кількісному відношенні вода посідає перше місце серед інших. хімічних сполук. Вода виконує різні функції: збереження об'єму, пружності клітини, участь у всіх хімічних реакціях. Усі біохімічні реакції відбуваються у водних розчинах. Що інтенсивність обміну речовин у тій чи іншій клітині, то більше в ній міститься води.
Зверни увагу!
Вода в клітині знаходиться у двох формах: вільної та пов'язаної.
Вільна водазнаходиться у міжклітинних просторах, судинах, вакуолях, порожнинах органів. Вона служить для перенесення речовин з довкілляу клітину і навпаки.
Пов'язана водавходить до складу деяких клітинних структур, перебуваючи між молекулами білка, мембранами, волокнами та з'єднана з деякими білками.
Вода має низку властивостей, що мають винятково важливе значення для живих організмів.
Структура молекули води
Унікальні властивості води визначаються структурою молекули.
Між окремими молекулами води утворюються водневі зв'язки, що визначають фізичні та Хімічні властивостіводи.
Характерне розташування електронів у молекулі води надає їй електричної асиметрії. Більше електронегативний атом кисню притягує електрони атомів водню сильніше, в результаті молекула води є диполем(має полярність). Кожен із двох атомів водню має частково позитивний заряд, а атом кисню несе частково негативний заряд.
Частково негативний заряд атома кисню однієї молекули води частково притягується позитивними атомами водню інших молекул. Таким чином, кожна молекула води прагне зв'язатися водневим зв'язкоміз чотирма сусідніми молекулами води.
Властивості води
Оскільки молекули води полярні, то вода має властивість розчиняти полярні молекули інших речовин.
Речовини, розчинні у воді, називаються гідрофільними(Солі, цукру, прості спирти, амінокислоти, неорганічні кислоти). Коли речовина перетворюється на розчин, її молекули чи іони можуть рухатися вільніше і, отже, реакційна здатність речовини зростає.
Речовини, нерозчинні у воді називаються гідрофобними(жири, нуклеїнові кислотидеякі білки). Такі речовини можуть утворювати з водою поверхні розділу, на яких протікає багато хімічних реакцій. Отже, те що, що вода не розчиняє деякі речовини, для живих організмів також дуже важливий.
Вода має високу питому теплоємністю, тобто. здатністю поглинати теплову енергію за мінімального підвищення власної температури. Щоб розірвати численні водневі зв'язки між молекулами води, потрібно поглинути велика кількістьенергії. Ця властивість води забезпечує підтримку теплового балансув організмі. Велика теплоємність води захищає тканини організму від швидкого та сильного підвищення температури.
Для випаровування води потрібна досить велика енергія. Використання значної кількості енергії на розрив водневих зв'язків при випаровуванні сприяє його охолодженню. Ця властивість води захищає організм від перегріву.
Приклад:
Прикладами цього можуть бути транспірація у рослин та потовиділення у тварин.
Вода має також високу теплопровідність, забезпечуючи рівномірний розподіл тепла по всьому організму.
Зверни увагу!
Висока питома теплоємність та висока теплопровідністьробить воду ідеальною рідиною для підтримки теплової рівновагиклітини та організму.
Вода практично не стискується, створюючи тургорний тиск, визначаючи об'єм та пружність клітин та тканин.
Приклад:
Гідростатичний скелет підтримує форму у круглих хробаків, медуз та інших організмів.
Завдяки силам зчеплення молекул на поверхні води створюється плівка, що має таку характеристику, як поверхневий натяг.
Приклад:
Завдяки силі поверхневого натягувідбувається капілярний кровотік, висхідний і низхідний струми розчинів у рослинах.
До важливих у фізіологічному відношенні властивостей води належить її здатність розчиняти гази(O 2, CO 2 та ін.).
Вода є також джерелом кисню і водню, що виділяються при фотолізі в світлову фазуфотосинтезу.
Біологічні функції води
- Вода забезпечує пересування речовин у клітині та організмі, поглинання речовин та виведення продуктів метаболізму. У природі вода переносить продукти життєдіяльності у ґрунти та до водойм.
- Вода – активний учасник реакцій обміну речовин.
- Вода бере участь в утворенні змащувальних рідин і слизів, секретів і соків в організмі (ці рідини знаходяться в суглобах хребетних тварин, у плевральній порожнині, в серцевій сумці).
- Вода входить до складу слизів, які полегшують пересування речовин кишечником, створюють вологе середовище на слизових оболонках дихальних шляхів. Водну основу мають і секрети, що виділяються деякими залозами та органами: слина, сльози, жовч, сперма тощо.
Буквально з дитинства кожна людина знає, що вода для нас відіграє дуже важливу роль. Гігієна, прибирання, питво — кожен із цих невід'ємних елементів життя пов'язаний із водою. Поступово вивчаючи світ, дитина дізнається і про те, якою є роль води в клітці. Мабуть, тільки з цього моменту стає зрозумілим, наскільки велике її значення: без води немислиме саме життя. Завдяки своїм властивостям вона уможливлює функціонування складних організмів.
Будова молекули
Роль води у житті клітини безпосередньо з особливостями її структури. Усім відома формула головної рідини нашого організму. Кожна складається з одного атома кисню та двох атомів водню. Поєднуються вони в єдине ціле завдяки полярним заснованим на утворенні загальної електронної пари у двох атомів. Характерною рисою молекул води є електрична асиметрія. Атом кисню електронегативніший, він сильніше притягує електрони атомів водню. Наслідок цього — усунення спільних пар електронів у бік атома кисню.
Диполь
Те, якою є роль води в клітині, залежить від особливостей, властивих цій речовині. В результаті зміщення загальної пари електронів вона набуває поляризованості. Для молекули води характерна наявність двох полюсів: кожен атом водню має частково позитивний заряд, а кисню — частково негативний. Разом вони утворюють нейтральну молекулу.
Таким чином, кожна структурна одиниця води є диполь. Особливість будови молекули визначає характер зв'язку між сусідніми структурами. Частково негативний атом кисню притягується атомами водню інших молекул. Між ними утворюються звані водневі зв'язку. Кожна молекула води прагне зв'язатися подібним чином із чотирма своїми сусідками. Усіми названими нюансами будови визначається біологічна роль води у клітині.
Особливості
Водневі зв'язки, характерні для молекул води, визначають її властивості. З'єднання між атомами кисню і водню мають особливу міцність, тобто для того, щоб їх розірвати, необхідно витратити значну кількість енергії. В результаті вода має високу температуру кипіння, а також плавлення та пароутворення. Серед подібних до себе речовин вода - єдина речовина, що присутня на Землі одночасно в трьох агрегатних станах. Те, якою є роль води в клітині, засновано і на цій її особливості.
Взаємодія з гідрофільними речовинами
Притаманна часткам води здатність до утворення водневих зв'язків дозволяє основній рідині організму розчиняти багато сполук. Такі речовини отримали назву гідрофільних, тобто "дружніх" вод. До них відносяться іонні сполуки: солі, основи та кислоти. До гідрофільних речовин входять і неіонні сполуки, що мають полярність. Їхні молекули містять заряджені групи. Це амінокислоти, цукру, прості спирти та деякі інші сполуки.
Роль води у життєдіяльності клітини зводиться до створення середовища, необхідної для прискорення всіх реакцій. Розчин є таким станом речовини, в якому всі його молекули можуть рухатися набагато вільніше, тобто значно вище стає здатність вступати в реакцію, ніж у звичайному вигляді.
Завдяки таким своїм властивостям вода стала основним середовищем для перебігу переважної більшості хімічних реакцій. Більше того, наприклад, гідроліз і весь набір окислювально-відновних процесів здійснюються лише за безпосередньої участі головної рідини клітини.
Реагент
Величезна роль води у життєдіяльності клітини незаперечна. Вона бере участь у всіх важливих процесах. Наприклад, вода потрібна для фотосинтезу. Один з його етапів, фотоліз води, полягає у відділенні атомів водню і включенні їх у ті, що утворюються. органічні сполуки. При цьому в атмосферу виділяється кисень, що звільнився.
Людину та тварин пов'язана з уже названим гідролізом, руйнуванням речовин із приєднанням води. Однією з найважливіших подібних реакцій у клітині є розпад молекули АТФ, що відбувається з виділенням енергії, яка використовується для інших життєво важливих процесів.
Взаємодія з гідрофобними речовинами
Деякі білки, а також жири і нуклеїнові кислоти не розчиняються у воді зовсім, або цей процес протікає дуже важко. Такі речовини отримали назву гідрофобних, тобто «страшних» води. Роль води в клітині та організмі пов'язана і з взаємодією її з подібними сполуками.
Молекули води здатні відокремлювати від рідини. У результаті утворюються звані поверхні розділу. Там здійснюються багато хімічні реакції. Так, саме завдяки взаємодії фосфоліпідів, у тому числі складається клітинна мембрана, з водою утворюється ліпідний бислой.
Теплоємність
У клітині полягає і її участі в терморегуляції. досить висока. Це означає, що при поглинанні великої кількості температура води незначно змінюється. Така її характеристика сприяє підтримці постійної температури всередині клітини, що необхідно для нормального перебігу багатьох процесів та підтримки сталості внутрішнього середовища.
Рівномірний розподіл тепла
Ще одна характерна особливість води – теплопровідність. Вона також сприяє підтримці сталості внутрішнього середовища. Вода здатна переносити значну кількість теплоти з ділянки організму, де вона в надлишку, до тих клітин і тканин, яким її не вистачає.
Крім того, терморегуляція здійснюється і за рахунок охолодження відбувається через те, що при переході з одного агрегатного стану в інший повинні зруйнуватися водневі зв'язки. А для цього, як уже говорилося, потрібні великі витрати енергії.
Гідростатичний скелет
Роль води у житті клітини цьому не закінчується. Основна рідина організму має ще одну властивість: вона практично не стискається. Така характеристика дозволяє воді відігравати роль гідростатичного скелета у клітині. Вода створює тургорний тиск, тим самим визначаючи такі властивості клітин та тканин, як об'ємність та пружність. Легко зрозуміти, якою є роль води в клітині в цьому сенсі, якщо подивитися на дерева. Звична форма листя створюється з допомогою підвищеного тиску клітинах. Подібних прикладів у органічному світімаса. Наприклад, знайома всім форма медуз чи круглих черв'яків підтримується також за рахунок гідростатичного скелета.
Втрата води клітинами, відповідно, призводить до зворотних процесів. Починається зміна форми: листя в'яне, плоди зморщуються, шкіра втрачає пружність.
Участь у транспортуванні речовин
Молекули води з допомогою водневих зв'язків здатні з'єднуватися як друг з одним, а й іншими речовинами. В результаті такої взаємодії з'являється значну роль, що грає в транспорті речовин в організмі. Так, наслідком когезії (зчеплення молекул під дією, а у разі води - за допомогою водневих зв'язків) є переміщення поживних речовин у капілярах рослин. Завдяки цій же властивості вода потрапляє із ґрунту через кореневі волоски в рослину.
Також сила поверхневого натягу уможливлює капілярний кровотік у тварин і людини. Вода бере участь у переміщенні речовин та виведенні з організму продуктів розпаду.
Виходить, що відповідь на запитання «яка роль води у клітці?» досить однозначний - вона величезна. Завдяки основним властивостям молекулярної будовицієї рідини можливі всі основні процеси, без яких життя немислиме. Вода сприяє підвищенню реакційної здатності речовин, підтримує форму клітин та органів, бере участь у їх забезпеченні всім необхідним, є частиною багатьох хімічних реакцій. Вода — джерело життя і це, безперечно, не метафора. Всі основні процеси обміну речовин пов'язані з нею, вона лежить в основі взаємодії різних сполук.
Саме через подібні властивості вода є тією речовиною, яку шукають насамперед під час дослідження інших планет у спробі зрозуміти, чи придатні вони для життя.
Унікальні властивості дозволили воді відігравати в клітині роль розчинника, терморегулятора, а також підтримувати структуру клітин та здійснювати транспортування речовин.
Природа водневих зв'язків
Сама молекула Н 2 O електронейтральна, але заряд усередині молекули розподілений нерівномірно: у ділянці атомів водню невеликий позитивний, а області, де розташований атом кисню, невеликий негативний заряд. Завдяки цьому молекули води можуть взаємодіяти одна з одною з утворенням про водневих зв'язків.
Водневі зв'язки
Водневий зв'язок визначає унікальні властивості води:
У води дуже високі температури кипіння, плавлення та пароутворення, тому що потрібно витратити додаткову енергію на розрив водневих зв'язків. Тільки вода знаходиться у всіх трьох агрегатних станах одночасно. Інші речовини з подібною будовою та молекулярною масою, такі як H 2 S, HCl, NH 3 за звичайних умов є газами.
Реакцію]].
Гідрофобні речовини не розчинятимуться у воді, зате молекули H 2 O зможуть відокремити гідрофобну речовину від самої товщі води. Наприклад, жири – фосфоліпіди, з яких складається клітинна мембрана, можуть завдяки взаємодії з водою формувати ліпідний бішар.
Участь у хімічних реакціях
Вода як реагент бере участь у багатьох хімічних реакціях:
- У ході фотосинтезу у рослин відбувається фотоліз води - водень зі складу води входить до органічні речовиниа вільний кисень виділяється в атмосферу.
Рівняння фотосинтезу:
6H 2 O+6CO 2 =C 6 H 12 O 6 + 6O 2
- Вода бере участь у гідролізі - руйнуванні речовин з приєднанням води. Наприклад, гідроліз жирів, білків та вуглеводів відбувається при перетравленні їжі, а при гідролізі АТФ виділяється енергія, що забезпечує потреби клітини.
- При гідролізі солей вода є джерелом протонів та електронів.
Підтримка структури клітин
Вода практично не стискається, і тому є гідростатичним скелетом клітини. За рахунок осмосу вода створює надлишковий тиск усередині вакуолей рослинних клітин, цей тургорний тиск забезпечує пружність клітинної стінки та підтримка форми органів.
Транспорт речовин
- У рослин завдяки, зокрема, капілярному ефекту, характерному для води здійснюється підйом від кореня до інших частин рослини розчинених у воді мінеральних солей по судинах. Також через когезію вода в ґрунті доступна для всмоктування через кореневі волоски.
- Транспорт продуктів фотосинтезу відбувається за допомогою переміщення ситоподібними трубками водного розчинуцукрози.
- Виведення, переміщення продуктів обміну речовин у розчиненому вигляді у тварин.
Участь у терморегуляції
Внаслідок своєї великої теплоємності 4200 Дж/ вода забезпечує приблизну сталість температури всередині клітини. Вода може переносити велику кількість теплоти, віддаючи її там, де температура тканин нижче, і забираючи там, де температура вища. Також при випаровуванні води відбувається значне охолодження через те, що багато енергії витрачається на розрив водневих зв'язків під час переходу з одного агрегатного стану до іншого.
