وظائف مختصرة للماء في الخلية دور الماء في خلية الجسم
الماء مادة فريدة من نوعها. يتم توزيعه في كل مكان على كوكبنا. حاول أن تتخيل كيف ستكون حياتنا بدون جزيء H2O؟ وليس هناك ما يمكن تخيله - فلن تكون هناك حياة على كوكبنا. الإنسان 70% منه ماء. كلما كان الجسم أصغر سناً، كلما كان يحتوي على كمية أكبر، ومع التقدم في السن تقل هذه الكمية. على سبيل المثال، لنأخذ جنينًا - نسبة H2O فيه هي 90%.
ندعوك في المقالة إلى تسليط الضوء على كل شيء في الخلية والنظر في كل شيء بالتفصيل. ومن المهم أن نذكر أنه موجود هناك في شكلين: حر ومقيد. سنتعامل مع هذا بعد قليل.
ماء
يعلم الجميع أن الماء يلعب دورًا مهمًا جدًا، أو بالأحرى، دورًا رئيسيًا في حياتنا. وبدونها، سيكون كوكبنا صحراء ميتة وبلا حياة. ولا يزال العلماء يدرسون الماء ودوره في جسم الإنسان.
لقد قلنا بالفعل أن الماء موجود في خلايانا في أشكال حرة ومقيدة. الأول يعمل على توزيع المواد - نقلها إلى داخل الخلية وخارجها. ويلاحظ الأخير:
- بين الألياف
- الأغشية.
- جزيئات البروتين
- الهياكل الخلوية.
يؤدي كل من الماء الحر والمقيد في الخلية بالضرورة بعض الوظائف، والتي سنتحدث عنها لاحقًا. والآن بضع كلمات حول كيفية تنظيم جزيء H2O نفسه.
مركب
في البداية، دعونا نشير إلى الصيغة الجزيئية للماء: H2O. هذه مادة شائعة جدًا على هذا الكوكب، ويجب أن تتذكرها، لأن الصيغة الجزيئية للماء توجد كثيرًا في مجالات المعرفة المختلفة. بالمناسبة، فهو موجود في جميع الأعضاء البشرية، حتى في مينا الأسنان والعظام، على الرغم من أن نسبته صغيرة جدًا - 10٪ و 20٪ على التوالي.
وكما قلنا، كلما كان الجسم أصغر سناً، كلما زاد احتواؤه على الماء. اقترح العلماء أننا نتقدم في السن لأن البروتين لا يستطيع ربط كميات كبيرة من الماء. لكن هذه مجرد فرضية.
المهام
الآن دعونا نسلط الضوء على المزيد منها بشكل واضح من القائمة أدناه:
- يمكن أن يعمل H2O كمذيب، نظرًا لأن جميع التفاعلات الكيميائية تقريبًا أيونية وتحدث في الماء. وتجدر الإشارة إلى أن هناك مواد محبة للماء (التي تذوب، على سبيل المثال، الكحول والسكر والأحماض الأمينية وما إلى ذلك)، ولكن هناك أيضًا مواد كارهة للماء (الأحماض الدهنية والسليلوز وغيرها).
- يمكن أن يكون الماء بمثابة كاشف.
- يؤدي وظائف النقل والتنظيم الحراري والهيكلية.
نقترح النظر في كل واحد منهم على حدة. لنبدأ بالترتيب، أول دالة في قائمتنا هي دالة المذيب.
مذيب
وظائف الماء في الخلية عديدة، ولكن من أهمها المساعدة في تسهيل العديد من التفاعلات. يمكن لجزيء H2O أن يعمل كمذيب. جميع التفاعلات التي تحدث في الخلية تقريبًا تكون أيونية، أي أن الوسط الذي يمكن أن تحدث فيه هو الماء.
كاشف
الوظائف التالية للماء في الخلية هي مشاركتها في التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الجسم ككاشف. وتشمل هذه:
- التحلل المائي؛
- البلمرة.
- التمثيل الضوئي وما إلى ذلك.
الآن القليل عن ذلك: في الكيمياء، هذا هو اسم المادة التي تشارك في بعض التفاعلات الكيميائية. الشيء الأكثر أهمية هو أنه على الرغم من مشاركته في التفاعل، إلا أنه ليس موضوع المعالجة. تعد الكواشف في المختبر (وتسمى أيضًا الكواشف) ظاهرة شائعة إلى حد ما.
الماء، ككاشف، يشارك في تكوين المواد الأخرى التي يحتاجها الجسم.
وظيفة النقل
لماذا نعيش؟ جسمنا موجود فقط لأن الخلايا التي يتكون منها حية. وعليهم أن يشكروا بنيتهم الفريدة وبعض قدرات جزيء H2O. لقد ذكرنا بالفعل أن الماء جزء لا يتجزأ من جسمنا، وتحتوي كل خلية على هذه الجزيئات الفريدة، أو بالأحرى، في المقام الأول في تكوينها.
وظيفة نقل الماء في الخلية هي غرض آخر لـ H2O في أجسامنا. يحتوي الماء على ميزة معينة - اختراق الفضاء بين الخلايا، بفضل العناصر الغذائية التي تدخل الخلية.
ومن الجدير بالذكر أيضًا أن الدم والليمف يحتويان أيضًا على الماء، ونقصه يؤدي إلى بعض العواقب: النزيف أو تجلط الدم.
التنظيم الحراري
ما هي وظائف الماء في الخلية التي لم نكتشفها بعد؟ وبطبيعة الحال، التنظيم الحراري. قلنا أن الماء يمكنه امتصاص الحرارة والاحتفاظ بها لفترة طويلة. وبالتالي، يمكن لـ H2O حماية الخلية من انخفاض حرارة الجسم أو ارتفاع درجة الحرارة. إن وظيفة التنظيم الحراري ضرورية ليس فقط للخلايا الفردية، ولكن أيضًا للكائن الحي بأكمله.
الوظيفة الهيكلية
لقد أدرجناها بالفعل، ولكن لا يزال يتعين مناقشة غرض آخر - الحفاظ على بنية الخلايا.
هل سبق لك أن حاولت ضغط الماء السائل؟ حتى في ظروف المختبر، من الصعب للغاية تحقيق ذلك. خاصية الماء هذه ضرورية للحفاظ على شكل وبنية كل خلية.
تذكر إلى الأبد: بدون الماء الحياة مستحيلة. نشعر بالعطش عندما يفقد الجسم نحو 3% من الماء، ومع فقدان 20% تموت الخلايا، وبالتالي يموت الإنسان أيضاً. انتبه لكمية الماء التي تشربها.
الحل التفصيلي للفقرة 7 في علم الأحياء لطلاب الصف العاشر، المؤلفون Kamensky A.A.، Kriksunov E.A.، Pasechnik V.V. 2014
- يمكن العثور على مصنف علم الأحياء Gdz للصف العاشر
1. ما هو هيكل الماء؟
إجابة. يحتوي جزيء الماء على هيكل زاوي: تشكل النوى المتضمنة في تكوينه مثلثًا متساوي الساقين، يوجد في قاعدته ذرتان من الهيدروجين، وفي القمة - ذرة أكسجين. المسافات بين النواة OH قريبة من 0.1 نانومتر، والمسافة بين نواة ذرات الهيدروجين هي 0.15 نانومتر. من بين الإلكترونات الستة التي تشكل طبقة الإلكترون الخارجية لذرة الأكسجين في جزيء الماء، يشكل زوجان من الإلكترون روابط تساهمية OH، وتشكل الإلكترونات الأربعة المتبقية زوجين من الإلكترونات الوحيدة.
جزيء الماء عبارة عن ثنائي قطب صغير يحتوي على شحنات موجبة وسالبة عند قطبيه. هناك نقص في كثافة الإلكترون بالقرب من نواة الهيدروجين، وعلى الجانب الآخر من الجزيء، بالقرب من نواة الأكسجين، هناك فائض في كثافة الإلكترون. هذا الهيكل هو الذي يحدد قطبية جزيء الماء.
2. ما هي كمية الماء (%) الموجودة في الخلايا المختلفة؟
تختلف كمية الماء باختلاف الأنسجة والأعضاء. وهكذا يبلغ محتواه في المادة الرمادية للدماغ عند البشر 85٪ وفي أنسجة العظام 22٪. يتم ملاحظة أعلى محتوى مائي في الجسم في الفترة الجنينية (95٪) وينخفض تدريجياً مع تقدم العمر.
يختلف محتوى الماء في أعضاء النبات المختلفة ضمن حدود واسعة إلى حد ما. ويختلف حسب الظروف البيئية والعمر ونوع النباتات. وبالتالي فإن محتوى الماء في أوراق الخس هو 93-95٪ والذرة - 75-77٪. تختلف كمية الماء باختلاف أعضاء النبات: تحتوي أوراق دوار الشمس على 80-83% ماء، والسيقان - 87-89%، والجذور - 73-75%. يعتبر محتوى الماء بنسبة 6-11% نموذجيًا بشكل أساسي للبذور المجففة بالهواء، حيث يتم تثبيط العمليات الحيوية. يوجد الماء في الخلايا الحية وعناصر الخشب الميتة والمساحات بين الخلايا. في الفراغات بين الخلايا، يكون الماء في حالة بخار. أعضاء التبخر الرئيسية للنبات هي الأوراق. وفي هذا الصدد، فمن الطبيعي أن تملأ أكبر كمية من الماء الفراغات بين الخلايا في الأوراق. في الحالة السائلة، يوجد الماء في أجزاء مختلفة من الخلية: غشاء الخلية، الفجوة، السيتوبلازم. تعتبر الفجوات أكثر أجزاء الخلية غنى بالماء حيث يصل محتواها إلى 98%. عند أعلى محتوى مائي، يكون محتوى الماء في السيتوبلازم 95%. أدنى محتوى مائي هو سمة من سمات أغشية الخلايا. من الصعب التحديد الكمي لمحتوى الماء في أغشية الخلايا؛ ويبدو أنها تتراوح بين 30 إلى 50٪. تختلف أيضًا أشكال الماء في أجزاء مختلفة من الخلية النباتية.
3. ما هو دور الماء في الكائنات الحية؟
إجابة. الماء هو العنصر السائد في جميع الكائنات الحية. لها خصائص فريدة بسبب خصائصها الهيكلية: جزيئات الماء لها شكل ثنائي القطب وتتشكل روابط هيدروجينية بينها. يبلغ متوسط محتوى الماء في خلايا معظم الكائنات الحية حوالي 70%. يوجد الماء في الخلية في شكلين: حر (95% من ماء الخلية) ومرتبط (4-5% مرتبط بالبروتينات).
وظائف الماء:
1. الماء كمذيب. العديد من التفاعلات الكيميائية في الخلية تكون أيونية، وبالتالي تحدث فقط في بيئة مائية. تسمى المواد التي تذوب في الماء مواد محبة للماء (الكحول والسكريات والألدهيدات والأحماض الأمينية)، وتسمى المواد التي لا تذوب كارهة للماء (الأحماض الدهنية والسليلوز).
2. الماء ككاشف. ويدخل الماء في العديد من التفاعلات الكيميائية: تفاعلات البلمرة، والتحلل المائي، وفي عملية التمثيل الضوئي.
3. وظيفة النقل. حركة جميع أنحاء الجسم مع الماء من المواد الذائبة فيه إلى أجزائه المختلفة وإخراج المنتجات غير الضرورية من الجسم.
4. الماء كمثبت حراري وثرموستات. ترجع هذه الوظيفة إلى خصائص الماء مثل القدرة الحرارية العالية - فهي تخفف من تأثير التغيرات الكبيرة في درجات الحرارة في البيئة على الجسم. الموصلية الحرارية العالية - تسمح للجسم بالحفاظ على نفس درجة الحرارة طوال حجمه بالكامل؛ حرارة التبخر العالية - تستخدم لتبريد الجسم أثناء التعرق في الثدييات والنتح في النباتات.
5. الوظيفة الهيكلية. يحتوي سيتوبلازم الخلايا على ما بين 60 إلى 95% ماء، وهذا ما يعطي الخلايا شكلها الطبيعي. في النباتات، يحافظ الماء على التورم (مرونة الغشاء الإندوبلازمي)، وفي بعض الحيوانات يعمل كهيكل عظمي هيدروستاتيكي (قنديل البحر).
الأسئلة بعد الفقرة 7
1. ما هي خصوصية بنية جزيء الماء؟
إجابة. يتم تحديد الخصائص الفريدة للمياه من خلال بنية جزيئها. يتكون جزيء الماء من ذرة O مرتبطة بذرتين H بواسطة روابط تساهمية قطبية. الترتيب المميز للإلكترونات في جزيء الماء يعطيه عدم التماثل الكهربائي. تجذب ذرة الأكسجين الأكثر سالبية إلكترونات ذرات الهيدروجين بقوة أكبر، ونتيجة لذلك تنزاح نحوها أزواج الإلكترونات المشتركة في جزيء الماء. ولذلك، على الرغم من أن جزيء الماء ككل غير مشحون، فإن كل من ذرتي الهيدروجين تحمل شحنة موجبة جزئيًا (يرمز إليها بـ 8+)، وتحمل ذرة الأكسجين شحنة سالبة جزئيًا (8-). جزيء الماء مستقطب وهو ثنائي القطب (له قطبين).
تنجذب الشحنة السالبة جزئيًا لذرة الأكسجين في جزيء ماء واحد إلى ذرات الهيدروجين الموجبة جزئيًا في الجزيئات الأخرى. وهكذا فإن كل جزيء ماء يميل إلى الارتباط الهيدروجيني مع أربع جزيئات ماء مجاورة.
2. ما أهمية الماء كمذيب؟
إجابة. بسبب قطبية الجزيئات والقدرة على تكوين روابط هيدروجينية، يذيب الماء بسهولة المركبات الأيونية (الأملاح والأحماض والقواعد). بعض المركبات غير الأيونية ولكن القطبية تذوب أيضًا في الماء، أي أن جزيئها يحتوي على مجموعات مشحونة (قطبية)، على سبيل المثال السكريات والكحوليات البسيطة والأحماض الأمينية. تسمى المواد شديدة الذوبان في الماء بمواد محبة للماء (من الكلمة اليونانية hygros - الرطب والفيليا - الصداقة والميل). عندما تدخل مادة ما إلى المحلول، يمكن لجزيئاتها أو أيوناتها أن تتحرك بحرية أكبر، وبالتالي تزداد تفاعلية المادة. وهذا ما يفسر سبب كون الماء هو الوسط الرئيسي الذي تحدث فيه معظم التفاعلات الكيميائية، وجميع تفاعلات التحلل المائي والعديد من تفاعلات الأكسدة والاختزال تحدث بمشاركة مباشرة من الماء.
تسمى المواد التي تكون ضعيفة أو غير قابلة للذوبان تمامًا في الماء كارهة للماء (من الكلمة اليونانية فوبوس - الخوف). وتشمل هذه الدهون والأحماض النووية وبعض البروتينات والسكريات. يمكن لمثل هذه المواد أن تشكل واجهات مع الماء تحدث فيها العديد من التفاعلات الكيميائية. ولذلك فإن حقيقة أن الماء لا يذيب المواد غير القطبية هو أيضًا مهم جدًا للكائنات الحية. من بين الخصائص المهمة للماء من الناحية الفسيولوجية قدرته على إذابة الغازات (O2، CO2، إلخ).
3. ما هي الموصلية الحرارية والقدرة الحرارية للمياه؟
إجابة. يتمتع الماء بسعة حرارية عالية، أي القدرة على امتصاص الطاقة الحرارية بأقل زيادة في درجة حرارته. تحمي السعة الحرارية الكبيرة للماء أنسجة الجسم من الارتفاعات السريعة والقوية في درجات الحرارة. تقوم العديد من الكائنات الحية بتبريد نفسها عن طريق تبخر الماء (النتح في النباتات، والتعرق في الحيوانات).
4. لماذا يُعتقد أن الماء هو السائل المثالي للخلية؟
إجابة. يعد المحتوى المائي العالي في الخلية هو الشرط الأكثر أهمية لنشاطها. مع فقدان معظم الماء، تموت العديد من الكائنات الحية، ويفقد عدد من الكائنات وحيدة الخلية وحتى متعددة الخلايا جميع علامات الحياة مؤقتًا. هذه الحالة تسمى الرسوم المتحركة المعلقة. بعد الترطيب، تستيقظ الخلايا وتنشط مرة أخرى.
جزيء الماء متعادل كهربائيا. لكن الشحنة الكهربائية داخل الجزيء يتم توزيعها بشكل غير متساو: في منطقة ذرات الهيدروجين (بشكل أكثر دقة، البروتونات)، تسود الشحنة الموجبة، في المنطقة التي يوجد فيها الأكسجين، تكون كثافة الشحنة السالبة أعلى. لذلك، جسيم الماء هو ثنائي القطب. تشرح الخاصية ثنائية القطب لجزيء الماء قدرته على توجيه نفسه في مجال كهربائي والارتباط بجزيئات وأجزاء مختلفة من الجزيئات التي تحمل شحنة. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل الهيدرات. تعود قدرة الماء على تكوين الهيدرات إلى خصائصه المذيبة الشاملة. إذا كانت طاقة جذب جزيئات الماء لجزيئات المادة أكبر من طاقة الجذب بين جزيئات الماء فإن المادة تذوب. اعتمادًا على ذلك، يتم التمييز بين المواد المحبة للماء (اليونانية هيدرو - ماء وفيليو - الحب) التي تكون شديدة الذوبان في الماء (على سبيل المثال، الأملاح والقلويات والأحماض وما إلى ذلك)، والمواد الكارهة للماء (اليونانية هيدرو - ماء وفوبوس) - الخوف) مواد صعبة أو غير قابلة للذوبان في الماء على الإطلاق (الدهون والمواد الشبيهة بالدهون والمطاط وما إلى ذلك). يتضمن تكوين أغشية الخلايا مواد شبيهة بالدهون تحد من الانتقال من البيئة الخارجية إلى الخلايا والعودة، وكذلك من جزء من الخلية إلى آخر.
معظم التفاعلات التي تحدث في الخلية لا يمكن أن تحدث إلا في محلول مائي. الماء مشارك مباشر في العديد من التفاعلات. على سبيل المثال، يحدث تحلل البروتينات والكربوهيدرات والمواد الأخرى نتيجة لتفاعلها مع الماء المحفز بواسطة الإنزيمات. تسمى مثل هذه التفاعلات بتفاعلات التحلل المائي (باليونانية hydros - الماء والتحلل - الانقسام).
يتمتع الماء بسعة حرارية عالية وفي نفس الوقت موصلية حرارية عالية نسبيًا للسوائل. هذه الخصائص تجعل الماء سائلاً مثاليًا للحفاظ على التوازن الحراري للخلايا والكائنات الحية.
الماء هو الوسيلة الرئيسية للتفاعلات الكيميائية الحيوية للخلية. وهو مصدر للأكسجين المنطلق أثناء عملية التمثيل الضوئي والهيدروجين الذي يستخدم لاستعادة منتجات استيعاب ثاني أكسيد الكربون. وأخيرًا، الماء هو الوسيلة الرئيسية لنقل المواد في الجسم (تدفق الدم والليمفاوية، وتيارات المحاليل الصاعدة والهابطة عبر أوعية النباتات) وفي الخلية.
5. ما هو دور الماء في الخلية؟
ضمان مرونة الخلايا. عواقب فقدان الخلايا للماء هي ذبول الأوراق وجفاف الثمار.
تسريع التفاعلات الكيميائية عن طريق إذابة المواد في الماء؛
التأكد من حركة المواد: دخول معظم المواد إلى الخلية وإخراجها من الخلية على شكل محاليل؛
ضمان إذابة العديد من المواد الكيميائية (عدد من الأملاح والسكريات)؛
المشاركة في عدد من التفاعلات الكيميائية.
المشاركة في عملية التنظيم الحراري بسبب القدرة على التسخين ببطء والتبريد ببطء.
6. ما هي الخصائص الهيكلية والفيزيائية والكيميائية للمياه التي تحدد دورها البيولوجي في الخلية؟
إجابة. تحدد الخصائص الفيزيائية والكيميائية الهيكلية للمياه وظائفها البيولوجية.
الماء مذيب جيد. بسبب قطبية الجزيئات والقدرة على تكوين روابط هيدروجينية، يذيب الماء بسهولة المركبات الأيونية (الأملاح والأحماض والقواعد).
يتمتع الماء بسعة حرارية عالية، أي القدرة على امتصاص الطاقة الحرارية بأقل زيادة في درجة حرارته. تحمي السعة الحرارية الكبيرة للماء أنسجة الجسم من الارتفاعات السريعة والقوية في درجات الحرارة. تقوم العديد من الكائنات الحية بتبريد نفسها عن طريق تبخر الماء (النتح في النباتات، والتعرق في الحيوانات).
يتمتع الماء أيضًا بموصلية حرارية عالية، مما يضمن توزيعًا موحدًا للحرارة في جميع أنحاء الجسم. وبالتالي، فإن السعة الحرارية النوعية العالية والموصلية الحرارية العالية تجعل الماء سائلًا مثاليًا للحفاظ على التوازن الحراري للخلايا والكائنات الحية.
لا يضغط الماء عمليا، مما يخلق ضغطا تورما، ويحدد حجم ومرونة الخلايا والأنسجة. وبالتالي فإن الهيكل العظمي الهيدروستاتيكي هو الذي يحافظ على شكل الديدان المستديرة وقناديل البحر والكائنات الحية الأخرى.
يتميز الماء بقوة توتر سطحي مثالية للأنظمة البيولوجية، والتي تنشأ بسبب تكوين روابط هيدروجينية بين جزيئات الماء وجزيئات المواد الأخرى. بسبب قوة التوتر السطحي، يحدث تدفق الدم الشعري، وتيارات المحاليل الصاعدة والهابطة في النباتات.
في بعض العمليات البيوكيميائية، يعمل الماء كركيزة.
سمحت الخصائص الفريدة للمياه بلعب دور المذيب والحرارة في الخلية، وكذلك الحفاظ على بنية الخلايا والمواد الناقلة.
طبيعة الروابط الهيدروجينية
جزيء H 2 O نفسه متعادل كهربائيا، ولكن الشحنة داخل الجزيء موزعة بشكل غير متساو: في منطقة ذرات الهيدروجين توجد شحنة موجبة صغيرة، وفي المنطقة التي توجد فيها ذرة الأكسجين توجد شحنة سالبة صغيرة . وبفضل هذا، يمكن لجزيئات الماء أن تتفاعل مع بعضها البعض لتشكل ما يسمى بالروابط الهيدروجينية.
روابط هيدروجينية
تحدد الرابطة الهيدروجينية الخصائص الفريدة للماء:
يتمتع الماء بدرجات حرارة عالية جدًا للغليان والذوبان والتبخر لأنه يجب إنفاق طاقة إضافية لكسر الروابط الهيدروجينية. يوجد الماء فقط في حالات التجمع الثلاث في نفس الوقت. المواد الأخرى ذات التركيب والوزن الجزيئي المماثل، مثل H2S، HCl، NH3، تكون غازات في الظروف العادية.
رد فعل]].
لن تذوب المواد الكارهة للماء في الماء، لكن جزيئات H2O ستكون قادرة على فصل المادة الكارهة للماء عن عمود الماء نفسه. على سبيل المثال، الدهون - الفوسفوليبيدات، التي تشكل غشاء الخلية، يمكن أن تشكل طبقة ثنائية الدهون بسبب التفاعل مع الماء.
المشاركة في التفاعلات الكيميائية
يشارك الماء ككاشف في العديد من التفاعلات الكيميائية:
- أثناء عملية التمثيل الضوئي، يحدث التحلل الضوئي للمياه في النباتات - يدخل الهيدروجين من الماء إلى المواد العضوية، ويتم إطلاق الأكسجين الحر في الغلاف الجوي.
معادلة البناء الضوئي:
6H 2 O+6CO 2 =C 6 H 12 O 6 + 6O 2
- يشارك الماء في التحلل المائي - تدمير المواد بإضافة الماء. على سبيل المثال، يحدث التحلل المائي للدهون والبروتينات والكربوهيدرات أثناء هضم الطعام، ويطلق التحلل المائي لـ ATP الطاقة التي تلبي احتياجات الخلية.
- أثناء التحلل المائي للأملاح، يكون الماء مصدرًا للبروتونات والإلكترونات.
الحفاظ على بنية الخلية
الماء غير قابل للضغط عمليا وبالتالي فهو بمثابة الهيكل الهيدروستاتيكي للخلية. بسبب التناضح، يخلق الماء ضغطًا زائدًا داخل فجوات الخلايا النباتية، ويضمن ضغط الامتلاء هذا مرونة جدار الخلية ويحافظ على شكل الأعضاء.
نقل المواد
- في النباتات، بفضل التأثير الشعري المميز للماء، ترتفع الأملاح المعدنية الذائبة في الماء من الجذر إلى أجزاء أخرى من النبات عبر الأوعية. وأيضًا، بسبب التماسك، يكون الماء الموجود في التربة متاحًا للامتصاص من خلال الشعيرات الجذرية.
- يتم نقل منتجات التمثيل الضوئي عن طريق تحريك محلول مائي من السكروز عبر أنابيب الغربال.
- إفراز وحركة المنتجات الأيضية في شكل مذاب في الحيوانات.
المشاركة في التنظيم الحراري
ونظرًا لقدرته الحرارية الكبيرة (4200 جول/ جول)، يضمن الماء درجة حرارة ثابتة تقريبًا داخل الخلية. يمكن أن يحمل الماء كمية كبيرة من الحرارة، ويطلقها حيث تكون درجة حرارة الأنسجة أقل ويأخذها بعيدًا عندما تكون درجة الحرارة أعلى. أيضًا، عندما يتبخر الماء، يحدث تبريد كبير بسبب إنفاق الكثير من الطاقة على كسر روابط الهيدروجين أثناء الانتقال من حالة تجميع إلى أخرى.
تعليمات
ومن خصائص الماء قدرته الشاملة على إذابة المواد الكيميائية، مما يحافظ على مرونة الخلية البيولوجية ويغذيها ويشارك في بناء الغشاء. جميع "العصائر" الداخلية للإنسان هي الدم والليمفاوية. سائل إفرازي - اللعاب وعصير المعدة. إفرازات من الأعضاء التناسلية والبول والعرق - كلها محاليل مائية تحتوي على مواد خاصة.
يحتوي جزيء الماء على شحنة إلكترونية محايدة، ويتكون من مزيج من ذرات الأكسجين والهيدروجين. يتم توزيع الشحنة الإلكترونية داخل الجزيء نفسه بشكل غير متساو للغاية: تسود الذرات ذات الشحنة الإلكترونية الموجبة في منطقة الهيدروجين، والذرات ذات الشحنة الإلكترونية السالبة تسود في منطقة الأكسجين. وهو ثنائي القطب، ومن المعروف أن لديه قدرة جيدة على الاتحاد مع مواد أخرى وتكوين الهيدرات. عندما تكون طاقة جذب الماء لجزيئات مادة أخرى أعلى منها بين جزيئات الماء، فإن المادة تذوب فيه ببساطة.
يحدد تركيز الماء في السوائل البيولوجية سرعة تفاعل المواد. تحدث العمليات الداخلية بشكل أسرع: يتم التخلص من منتجات انهيار التفاعلات الكيميائية الحيوية، ويتم تنشيط عمليات الترميم وتجديد الجسم. عندما تذوب مادة ما، فإن جزيئاتها بمساعدة الماء تكون قادرة على التحرك بشكل أسرع، وهذا هو السبب في زيادة تفاعلها. عندما ينخفض محتوى الماء في الجسم، يصبح الدم “لزجًا”، ويتحرك بشكل أبطأ عبر الأوعية، ويتباطأ التمثيل الغذائي، وتبدأ الحالة العامة للشخص في التدهور بسرعة، ويبدأ الدماغ الذي يتكون من 85٪ من السائل في المعاناة. .
عندما يصاب الجسم بالجفاف فإن السائل الخلوي هو أول من يعاني، فتنخفض نسبته إلى 66%، ثم السائل خارج الخلوي، وبعد ذلك فقط تنخفض كمية السائل في بلازما الدم. لقد رتبتها الطبيعة بحيث تتم صيانة العضو الرئيسي للحياة - الدماغ - حتى النهاية. يمكن أن يؤدي فقدان السوائل بشكل كبير لدى الشخص إلى عواقب لا رجعة فيها؛ فالطب يعرف حالات ليس فقط وفاة الأشخاص بسبب الجفاف، ولكن أيضًا ظهور أمراض خطيرة، على وجه الخصوص، بسبب نقص المياه، وكذلك بسبب فائضها. ، تطور مرض انفصام الشخصية، وسرعان ما أصيب المرضى بالجنون.
نظرًا للقدرة الحرارية للمياه، فإن مشاركتها في تنظيم درجة حرارة الجسم تلعب دورًا مهمًا، ويتم تنفيذ عمليات التنظيم الحراري، ويتم الحفاظ على درجة حرارة الخلايا في الجسم بشكل مثالي للنشاط البيولوجي. يتم تسريع نقل المواد الغذائية والأكسجين.
ويشارك الماء أيضًا في عملية الهضم والتخلص من الفضلات من الجسم. هي التي تحفز جدار الأمعاء على العمل، وهي التي تذوب النفايات، وإزالتها من خلال الحالب.
من الغريب أن الماء هو في الواقع أهم عامل حماية للأعضاء الداخلية للإنسان. على سبيل المثال، يتمتع الكبد والكلى والطحال بثقل نوعي كبير جدًا، ومن الناحية النظرية، أثناء النشاط البدني، يجب أن تنفصل ببساطة، لأن القنوات الموصلة والأربطة الداعمة تكون رفيعة جدًا. السائل الذي يبدو أنهم يطفوون فيه يحميهم من ذلك. يمتص السائل الصدمات، ويخلق بيئة بيولوجية، ويغير وزنها المادي، مما يؤدي إلى الحد الأدنى (قانون أرخميدس في العمل).
الماء ودوره في حياة الخلايا
1. ما هو هيكلها؟ ماء?
2. ما هي كمية الماء (%) الموجودة في الخلايا المختلفة؟
3. ما هو دور الماء في الكائنات الحية؟
دور الماء في الخلية.
الماء هو أحد أكثر المواد شيوعًا على كوكبنا. وفي الخلية، من الناحية الكمية، يحتل أيضًا المرتبة الأولى بين المركبات الكيميائية الأخرى. كلما زادت شدته الاسْتِقْلابفي خلية معينة، كلما زادت كمية الماء التي تحتوي عليها.
والماء في الخلية على شكلين: حر ومقيد. تم العثور على الماء الحر في المساحات بين الخلايا والأوعية والفجوات وتجويف الأعضاء. يعمل على نقل المواد من البيئة إلى الخلية وبالعكس. الماء المرتبط هو جزء من بعض الهياكل الخلوية، ويقع بين جزيئات البروتين والأغشية والألياف، ويرتبط ببعضها. البروتينات.
يؤدي الماء وظائف مختلفة: الحفاظ على الحجم والمرونة الخلايا، حل المواد المختلفة. بالإضافة إلى ذلك، تحدث معظم التفاعلات الكيميائية في الأنظمة الحية في المحاليل المائية.
يحتوي الماء على عدد من الخصائص المهمة للغاية للكائنات الحية.
خصائص الماء.
يتم تحديد الخصائص الفريدة للمياه من خلال بنية جزيئها. يتكون جزيء الماء من ذرة O مرتبطة بذرتين H بواسطة روابط تساهمية قطبية. الترتيب المميز للإلكترونات في جزيء الماء يعطيه عدم التماثل الكهربائي. تجذب ذرة الأكسجين الأكثر سالبية إلكترونات ذرات الهيدروجين بقوة أكبر، مما يؤدي إلى تكوين أزواج مشتركة الإلكتروناتيتم إزاحتها في جزيء الماء في اتجاهه.
ولذلك، على الرغم من أن جزيء الماء ككل غير مشحون، إلا أن كل من ذرتي الهيدروجين تحمل شحنة موجبة جزئيًا (يشار إليها بـ δ+)، وتحمل ذرة الأكسجين شحنة سالبة جزئيًا (δ-). جزيء الماء مستقطب وهو ثنائي القطب (له قطبين) (الشكل 6).
تنجذب الشحنة السالبة جزئيًا لذرة الأكسجين في جزيء ماء واحد إلى ذرات الهيدروجين الموجبة جزئيًا في الجزيئات الأخرى. وهكذا، يميل كل جزيء ماء إلى تكوين رابطة هيدروجينية مع أربع جزيئات ماء مجاورة (الشكل 7).
الماء مذيب جيد.
بسبب قطبية الجزيئات والقدرة على تكوين روابط هيدروجينية، يذيب الماء بسهولة المركبات الأيونية (الأملاح والأحماض والقواعد). بعض المركبات غير الأيونية ولكن القطبية تذوب أيضًا في الماء، أي أن جزيئها يحتوي على مجموعات مشحونة (قطبية)، على سبيل المثال السكريات والكحوليات البسيطة والأحماض الأمينية. تسمى المواد شديدة الذوبان في الماء بمواد محبة للماء (من الكلمة اليونانية hygros - الرطب والفيليا - الصداقة والميل). عندما تدخل مادة ما إلى المحلول، يمكن لجزيئاتها أو أيوناتها أن تتحرك بحرية أكبر، وبالتالي تزداد تفاعلية المادة.
وهذا ما يفسر سبب كون الماء هو الوسط الرئيسي الذي تحدث فيه معظم التفاعلات الكيميائية، وجميع تفاعلات التحلل المائي والعديد من تفاعلات الأكسدة والاختزال تحدث بمشاركة مباشرة من الماء.
تسمى المواد التي تكون ضعيفة أو غير قابلة للذوبان تمامًا في الماء كارهة للماء (من الكلمة اليونانية فوبوس - الخوف). وتشمل هذه الدهون، احماض نوويةبعض البروتينات. يمكن لمثل هذه المواد أن تشكل واجهات مع الماء تحدث فيها العديد من التفاعلات الكيميائية. ولذلك فإن حقيقة أن الماء لا يذيب المواد غير القطبية هو أيضًا مهم جدًا للكائنات الحية. من بين الخصائص الفسيولوجية المهمة للماء قدرته على إذابة الغازات (O2، C، إلخ).
يتمتع الماء بسعة حرارية عالية، أي القدرة على امتصاص الطاقة الحرارية بأقل زيادة في درجة حرارته. تحمي السعة الحرارية الكبيرة للماء أنسجة الجسم من الارتفاعات السريعة والقوية في درجات الحرارة. تقوم العديد من الكائنات الحية بتبريد نفسها عن طريق تبخر الماء (النتح في النباتات، والتعرق في الحيوانات).
يتمتع الماء أيضًا بموصلية حرارية عالية، مما يضمن توزيعًا موحدًا للحرارة في جميع أنحاء الجسم. وبالتالي، فإن السعة الحرارية النوعية العالية والموصلية الحرارية العالية تجعل الماء سائلًا مثاليًا للحفاظ على التوازن الحراري للخلايا والكائنات الحية.
لا يضغط الماء عمليا، مما يخلق ضغطا تورما، ويحدد حجم ومرونة الخلايا والأنسجة. وبالتالي فإن الهيكل العظمي الهيدروستاتيكي هو الذي يحافظ على شكل الديدان المستديرة وقناديل البحر والكائنات الحية الأخرى.
يتميز الماء بقوة توتر سطحي مثالية للأنظمة البيولوجية، والتي تنشأ بسبب تكوين روابط هيدروجينية بين جزيئات الماء وجزيئات المواد الأخرى. بسبب قوة التوتر السطحي، يحدث تدفق الدم الشعري، وتيارات المحاليل الصاعدة والهابطة في النباتات.
المواد المحبة للماء والكارهة للماء.
1. ما هي خصوصية بنية جزيء الماء؟
2. ما أهمية الماء كمذيب؟
3. ما هي الموصلية الحرارية والقدرة الحرارية للمياه؟
4. لماذا يُعتقد أن الماء هو السائل المثالي للخلية؟
5. ما هو دور الماء في الخلية؟
6. ما هي الخصائص الهيكلية والفيزيائية والكيميائية للمياه التي تحدد دورها البيولوجي في الخلية؟
يمكن أن يؤدي تكوين بلورات الثلج في الخلايا إلى تلفها وموتها. من المعروف أن محاليل المواد المختلفة تتجمد عند درجة حرارة أقل من الماء النقي. ولذلك فإن بعض الكائنات الحية تتراكم في أنسجتها مواد تمنع التجمد وتكوين بلورات الثلج. وبالتالي، فإن الضفادع قادرة على العودة إلى الحياة بعد تجميدها في الجليد. يتم ضمان ذلك من خلال زيادة محتوى الجلوكوز وبعض المواد الأخرى في خلاياها.
Kamensky A. A.، Kriksunov E. V.، Pasechnik V. V. علم الأحياء الصف العاشر
مقدمة من القراء من الموقع
