Kratke funkcije vode v celici. Vloga vode v telesni celici
Voda je edinstvena snov. Razširjen je povsod na našem planetu. Poskusite si predstavljati, kakšno bi bilo naše življenje brez molekule H2O? In ni si kaj predstavljati - na našem planetu ne bi bilo življenja. Ljudje smo 70 % sestavljeni iz vode. Mlajše kot je telo, več ga vsebuje, s starostjo pa se ta količina zmanjšuje. Na primer, vzemimo zarodek - odstotek H2O v njem je 90%.
V članku vas vabimo, da poudarite vse v celici in vsako podrobno razmislite. Pomembno je omeniti, da se tam nahaja v dveh oblikah: prosti in vezani. S tem se bomo ukvarjali malo kasneje.
voda
Vsi vemo, da ima voda zelo pomembno oziroma ključno vlogo v našem življenju. Brez tega bi bil naš planet mrtva puščava brez življenja. Znanstveniki še vedno proučujejo vodo in njeno vlogo v človeškem telesu.
Rekli smo že, da se voda v naših celicah nahaja v prosti in vezani obliki. Prvi služi za distribucijo snovi – za njihov prenos v celico in iz nje. In zadnji je opažen:
- med vlakni;
- membrane;
- beljakovinske molekule;
- celične strukture.
Tako prosta kot vezana voda v celici nujno opravljata nekatere funkcije, o katerih bomo govorili kasneje. In zdaj nekaj besed o tem, kako je organizirana sama molekula H2O.
Molekula
Za začetek označimo molekulsko formulo vode: H2O. To je zelo pogosta snov na planetu in si jo morate zapomniti, saj molekulsko formulo vode pogosto najdemo na različnih področjih znanja. Mimogrede, najdemo ga v vseh človeških organih, tudi v zobni sklenini in kosteh, čeprav je njegov odstotek tam zelo majhen - 10% oziroma 20%.
Kot smo že povedali, mlajše kot je telo, več vode vsebuje. Znanstveniki so domnevali, da se staramo, ker beljakovine ne morejo vezati velikih količin vode. Vendar je to le hipoteza.
Funkcije
Zdaj jih jasno izpostavimo več s spodnjega seznama:
- H2O lahko deluje kot topilo, saj so skoraj vse kemične reakcije ionske in potekajo v vodi. Treba je opozoriti, da obstajajo hidrofilne snovi (ki topijo na primer alkohol, sladkor, aminokisline in tako naprej), obstajajo pa tudi hidrofobne (maščobne kisline, celuloza in druge).
- Voda lahko deluje kot reagent.
- Izvaja transportne, termoregulacijske in strukturne funkcije.
Predlagamo, da vsakega od njih obravnavamo posebej. Pojdimo po vrsti, prva na našem seznamu je funkcija topila.
Topilo
Funkcije vode v celici so številne, vendar je ena najpomembnejših ta, da pomaga olajšati številne reakcije. Molekula H2O lahko deluje kot topilo. Skoraj vse reakcije, ki potekajo v celici, so ionske, to pomeni, da je medij, v katerem lahko potekajo, voda.
Reagent
Naslednja funkcija vode v celici je njena udeležba v kemičnih reakcijah, ki potekajo v telesu kot reagent. Tej vključujejo:
- hidroliza;
- polimerizacija;
- fotosinteza in tako naprej.
Zdaj pa malo o tem. V kemiji je to ime za snov, ki sodeluje v nekaterih kemičnih reakcijah. Najpomembneje je, da čeprav sodeluje pri reakciji, ni predmet obdelave. Reagenti v laboratoriju (imenovani tudi reagenti) so dokaj pogost pojav.
Voda kot reagent sodeluje pri sestavi drugih snovi, ki jih telo potrebuje.
Transportna funkcija
Zakaj živimo? Naše telo obstaja samo zato, ker so celice, iz katerih je sestavljeno, žive. In zahvaliti bi se morali svoji edinstveni strukturi in nekaterim zmožnostim molekule H2O. Omenili smo že, da je voda sestavni del našega telesa in vsaka celica vsebuje te edinstvene molekule oziroma je na prvem mestu v svoji sestavi.
Transportna funkcija vode v celici je še en namen H2O v našem telesu. Voda ima določeno lastnost - prodiranje v medcelični prostor, zaradi česar hranila vstopajo v celico.
Prav tako je treba vedeti, da kri in limfa vsebujeta tudi vodo, njeno pomanjkanje pa vodi do nekaterih posledic: krvavitev ali tromboze.
termoregulacija
Katere funkcije vode v celici še nismo ugotovili? Seveda, termoregulacija. Povedali smo, da lahko voda absorbira toploto in jo dolgo zadržuje. Tako lahko H2O zaščiti celico pred hipotermijo ali pregrevanjem. Funkcija termoregulacije je potrebna ne le za posamezne celice, ampak tudi za celoten organizem kot celoto.
Strukturna funkcija
Našteli smo jih že, vendar je treba razpravljati še o enem namenu - ohranjanju strukture celic.
Ste že kdaj poskusili stisniti tekočo vodo? Tudi v laboratorijskih pogojih je to izjemno težko doseči. Ta lastnost vode je potrebna za ohranjanje oblike in strukture vsake celice.
Zapomnite si za vedno: brez vode je življenje nemogoče. Žejo občutimo, ko telo izgubi približno 3 % vode, pri izgubi 20 % pa celice odmrejo, posledično pa tudi človek. Pazite, koliko vode popijete.
Podrobna rešitev odstavka 7 pri biologiji za učence 10. razreda, avtorji Kamensky A.A., Kriksunov E.A., Pasechnik V.V. 2014
- Gdz Biologija delovni zvezek za 10 razred najdete
1. Kakšno zgradbo ima voda?
Odgovori. Molekula vode ima kotno strukturo: jedra, vključena v njeno sestavo, tvorijo enakokrak trikotnik, na dnu katerega sta dva vodika, na vrhu pa atom kisika. Medjedrne razdalje O-H so blizu 0,1 nm, razdalja med jedri vodikovih atomov je 0,15 nm. Od šestih elektronov, ki sestavljajo zunanjo elektronsko plast atoma kisika v molekuli vode, dva elektronska para tvorita kovalentne O-H vezi, preostali štirje elektroni pa tvorijo dva osamljena elektronska para.
Molekula vode je majhen dipol, ki vsebuje pozitivne in negativne naboje na svojih polih. V bližini vodikovih jeder je manjka elektronska gostota, na nasprotni strani molekule, v bližini kisikovega jedra, pa je elektronska gostota presežna. Prav ta struktura določa polarnost vodne molekule.
2. Kakšna količina vode (v %) je v različnih celicah?
Količina vode se v različnih tkivih in organih razlikuje. Tako je pri ljudeh njegova vsebnost v sivi snovi možganov 85%, v kostnem tkivu pa 22%. Najvišjo vsebnost vode v telesu opazimo v embrionalnem obdobju (95%) in se postopoma zmanjšuje s starostjo.
Vsebnost vode v različnih rastlinskih organih se spreminja v precej širokih mejah. Razlikuje se glede na okoljske razmere, starost in vrsto rastlin. Tako je vsebnost vode v listih solate 93-95%, koruze - 75-77%. Količina vode v različnih rastlinskih organih se razlikuje: sončnični listi vsebujejo 80-83% vode, stebla - 87-89%, korenine - 73-75%. Vsebnost vode 6-11 % je značilna predvsem za zračno sušena semena, v katerih so vitalni procesi zavrti. Vodo vsebujejo žive celice, odmrli elementi ksilema in medceličnine. V medceličnih prostorih je voda v parnem stanju. Glavni izhlapevalni organi rastline so listi. V zvezi s tem je naravno, da največja količina vode zapolni medcelične prostore listov. V tekočem stanju se voda nahaja v različnih delih celice: celični membrani, vakuoli, citoplazmi. Vakuole so z vodo najbogatejši del celice, kjer njena vsebnost doseže 98 %. Pri največji vsebnosti vode je vsebnost vode v citoplazmi 95 %. Najnižja vsebnost vode je značilna za celične membrane. Kvantitativno določanje vsebnosti vode v celičnih membranah je težko; očitno se giblje od 30 do 50 %. Tudi oblike vode v različnih delih rastlinske celice so različne.
3. Kakšna je vloga vode v živih organizmih?
Odgovori. Voda je prevladujoča sestavina vseh živih organizmov. Ima edinstvene lastnosti zaradi svojih strukturnih značilnosti: molekule vode imajo obliko dipola in med njimi se tvorijo vodikove vezi. Povprečna vsebnost vode v celicah večine živih organizmov je približno 70 %. Voda v celici je prisotna v dveh oblikah: prosta (95 % vse celične vode) in vezana (4-5 % vezane na beljakovine).
Funkcije vode:
1.Voda kot topilo. Številne kemične reakcije v celici so ionske in zato potekajo samo v vodnem okolju. Snovi, ki se topijo v vodi, imenujemo hidrofilne (alkoholi, sladkorji, aldehidi, aminokisline), tiste, ki se ne topijo, pa hidrofobne (maščobne kisline, celuloza).
2.Voda kot reagent. Voda je vključena v številne kemijske reakcije: reakcije polimerizacije, hidrolize in v procesu fotosinteze.
3.Transportna funkcija. Premikanje po telesu skupaj z vodo v njej raztopljenih snovi v njegove različne dele in odstranjevanje nepotrebnih produktov iz telesa.
4.Voda kot termostabilizator in termostat. Ta funkcija je posledica takšnih lastnosti vode, kot je visoka toplotna zmogljivost - ublaži učinek znatnih temperaturnih sprememb v okolju na telo; visoka toplotna prevodnost - omogoča telesu, da ohranja enako temperaturo v celotni prostornini; visoka toplota izhlapevanja – uporablja se za hlajenje telesa med potenjem pri sesalcih in transpiracijo pri rastlinah.
5.Strukturna funkcija. Citoplazma celic vsebuje od 60 do 95 % vode in prav ta daje celicam normalno obliko. Pri rastlinah voda vzdržuje turgor (elastičnost endoplazemske membrane), pri nekaterih živalih služi kot hidrostatski skelet (meduze)
Vprašanja po § 7
1. Kakšna je posebnost zgradbe molekule vode?
Odgovori. Edinstvene lastnosti vode določa zgradba njene molekule. Molekula vode je sestavljena iz atoma O, ki je s polarnimi kovalentnimi vezmi povezan z dvema atomoma H. Značilna razporeditev elektronov v molekuli vode ji daje električno asimetrijo. Bolj elektronegativen kisikov atom močneje privlači elektrone vodikovih atomov, zaradi česar se skupni pari elektronov v molekuli vode premaknejo proti njemu. Torej, čeprav je molekula vode kot celota nenabita, ima vsak od obeh vodikovih atomov delno pozitiven naboj (označen z 8+), kisikov atom pa nosi delno negativen naboj (8-). Molekula vode je polarizirana in je dipol (ima dva pola).
Delno negativni naboj atoma kisika ene molekule vode privlačijo delno pozitivni atomi vodika drugih molekul. Tako vsaka molekula vode teži k vodikovi vezi s štirimi sosednjimi molekulami vode.
2. Kakšen je pomen vode kot topila?
Odgovori. Zaradi polarnosti molekul in sposobnosti tvorjenja vodikovih vezi voda zlahka raztaplja ionske spojine (soli, kisline, baze). V vodi so topne tudi nekatere neionske, a polarne spojine, tj., katerih molekula vsebuje nabite (polarne) skupine, na primer sladkorji, enostavni alkoholi, aminokisline. Snovi, ki so dobro topne v vodi, imenujemo hidrofilne (iz grščine hygros - moker in philia - prijateljstvo, nagnjenje). Ko snov preide v raztopino, se lahko njene molekule ali ioni svobodneje gibljejo in zato se reaktivnost snovi poveča. To pojasnjuje, zakaj je voda glavni medij, v katerem poteka večina kemičnih reakcij, vse reakcije hidrolize in številne redoks reakcije pa potekajo z neposredno udeležbo vode.
Snovi, ki so v vodi slabo ali popolnoma netopne, imenujemo hidrofobne (iz grščine phobos - strah). Sem spadajo maščobe, nukleinske kisline, nekatere beljakovine in polisaharidi. Takšne snovi lahko tvorijo vmesnike z vodo, na katerih potekajo številne kemične reakcije. Zato je dejstvo, da voda ne topi nepolarnih snovi, zelo pomembno tudi za žive organizme. Med fiziološko pomembne lastnosti vode sodi njena sposobnost raztapljanja plinov (O2, CO2 itd.).
3. Kaj je toplotna prevodnost in toplotna kapaciteta vode?
Odgovori. Voda ima visoko toplotno kapaciteto, to je sposobnost absorbiranja toplotne energije z minimalnim povečanjem lastne temperature. Velika toplotna kapaciteta vode varuje telesna tkiva pred hitrim in močnim dvigom temperature. Mnogi organizmi se hladijo z izhlapevanjem vode (transpiracija pri rastlinah, znojenje pri živalih).
4. Zakaj velja, da je voda idealna tekočina za celico?
Odgovori. Visoka vsebnost vode v celici je najpomembnejši pogoj za njeno delovanje. Z izgubo večine vode odmrejo številni organizmi, številni enocelični in celo večcelični organizmi pa začasno izgubijo vse znake življenja. To stanje se imenuje suspendirana animacija. Po hidraciji se celice prebudijo in ponovno postanejo aktivne.
Molekula vode je električno nevtralna. Toda električni naboj znotraj molekule je porazdeljen neenakomerno: v območju vodikovih atomov (natančneje protonov) prevladuje pozitivni naboj, v območju, kjer se nahaja kisik, je gostota negativnega naboja večja. Zato je vodni delec dipol. Dipolna lastnost molekule vode pojasnjuje njeno sposobnost, da se orientira v električnem polju in se veže na različne molekule in dele molekul, ki nosijo naboj. Posledično nastanejo hidrati. Sposobnost vode, da tvori hidrate, je posledica njenih univerzalnih lastnosti topila. Če je energija privlačnosti molekul vode k molekulam snovi večja od energije privlačnosti med molekulami vode, potem se snov raztopi. Glede na to ločimo hidrofilne (grško hydros - voda in phileo - ljubezen) snovi, ki so dobro topne v vodi (na primer soli, alkalije, kisline itd.), in hidrofobne (grško hydros - voda in fobos). - strah) snovi, ki so težko ali sploh netopne v vodi (maščobe, maščobam podobne snovi, guma itd.). Sestava celičnih membran vključuje maščobam podobne snovi, ki omejujejo prehod iz zunanjega okolja v celice in nazaj, pa tudi iz enega dela celice v drugega.
Večina reakcij, ki potekajo v celici, se lahko zgodi le v vodni raztopini. Voda je neposredna udeleženka številnih reakcij. Na primer, razgradnja beljakovin, ogljikovih hidratov in drugih snovi se pojavi kot posledica njihove interakcije z vodo, ki jo katalizirajo encimi. Take reakcije imenujemo reakcije hidrolize (grško hydros - voda in lysis - cepitev).
Voda ima visoko toplotno kapaciteto in hkrati relativno visoko toplotno prevodnost za tekočine. Zaradi teh lastnosti je voda idealna tekočina za vzdrževanje toplotnega ravnovesja celic in organizmov.
Voda je glavni medij za biokemične reakcije v celici. Je vir kisika, ki se sprošča med fotosintezo, in vodika, ki se uporablja za obnavljanje produktov asimilacije ogljikovega dioksida. In končno, voda je glavno transportno sredstvo snovi v telesu (pretok krvi in limfe, naraščajoči in padajoči tokovi raztopin skozi žile rastlin) in v celici.
5. Kakšna je vloga vode v celici
Zagotavljanje elastičnosti celic. Posledice celične izgube vode so venenje listov, sušenje plodov;
Pospeševanje kemijskih reakcij z raztapljanjem snovi v vodi;
Zagotavljanje gibanja snovi: vstop večine snovi v celico in njihovo odstranjevanje iz celice v obliki raztopin;
Zagotavljanje raztapljanja številnih kemikalij (številne soli, sladkorji);
Sodelovanje v številnih kemičnih reakcijah;
Sodelovanje v procesu termoregulacije zaradi sposobnosti počasnega segrevanja in počasnega ohlajanja.
6. Katere strukturne in fizikalno-kemijske lastnosti vode določajo njeno biološko vlogo v celici?
Odgovori. Strukturne fizikalno-kemijske lastnosti vode določajo njene biološke funkcije.
Voda je dobro topilo. Zaradi polarnosti molekul in sposobnosti tvorbe vodikovih vezi voda zlahka raztaplja ionske spojine (soli, kisline, baze).
Voda ima visoko toplotno kapaciteto, to je sposobnost absorbiranja toplotne energije ob minimalnem povečanju lastne temperature. Velika toplotna kapaciteta vode varuje telesna tkiva pred hitrim in močnim dvigom temperature. Mnogi organizmi se hladijo z izhlapevanjem vode (transpiracija pri rastlinah, znojenje pri živalih).
Voda ima tudi visoko toplotno prevodnost, ki zagotavlja enakomerno porazdelitev toplote po telesu. Zaradi visoke specifične toplotne kapacitete in visoke toplotne prevodnosti je voda zato idealna tekočina za vzdrževanje toplotnega ravnovesja celic in organizmov.
Voda se praktično ne stisne, ustvarja turgorski tlak, določa volumen in elastičnost celic in tkiv. Tako je hidrostatični skelet tisti, ki ohranja obliko valjastih črvov, meduz in drugih organizmov.
Za vodo je značilna za biološke sisteme optimalna sila površinske napetosti, ki nastane zaradi tvorbe vodikovih vezi med molekulami vode in molekulami drugih snovi. Zaradi sile površinske napetosti pride do kapilarnega pretoka krvi, naraščajočih in padajočih tokov raztopin v rastlinah.
Pri določenih biokemičnih procesih voda deluje kot substrat.
Edinstvene lastnosti so omogočile vodi vlogo topila in termostata v celici ter ohranjanje strukture celic in transportnih snovi.
Narava vodikovih vezi
Sama molekula H 2 O je električno nevtralna, vendar je naboj znotraj molekule porazdeljen neenakomerno: v območju atomov vodika je majhen pozitiven naboj, v območju atoma kisika pa majhen negativen naboj. . Zahvaljujoč temu lahko molekule vode medsebojno delujejo in tvorijo tako imenovane vodikove vezi.
Vodikove vezi
Vodikova vez določa edinstvene lastnosti vode:
Voda ima zelo visoke temperature vrelišča, taljenja in uparjanja, ker je za prekinitev vodikovih vezi potrebna dodatna energija. Le voda je hkrati v vseh treh agregatnih stanjih. Druge snovi s podobno strukturo in molekulsko maso, kot so H 2 S, HCl, NH 3, so v normalnih pogojih plini.
Reakcija]].
Hidrofobne snovi se v vodi ne bodo raztopile, vendar bodo molekule H 2 O lahko hidrofobno snov ločile od samega vodnega stolpca. Na primer, maščobe - fosfolipidi, ki sestavljajo celično membrano, lahko zaradi interakcije z vodo tvorijo lipidni dvosloj.
Sodelovanje v kemijskih reakcijah
Voda kot reagent sodeluje v številnih kemičnih reakcijah:
- Med fotosintezo v rastlinah pride do fotolize vode - vodik iz vode vstopi v organske snovi, prosti kisik pa se sprosti v ozračje.
Enačba fotosinteze:
6H 2 O+6CO 2 =C 6 H 12 O 6 + 6O 2
- Voda je vključena v hidrolizo - uničenje snovi z dodatkom vode. Na primer, med prebavo hrane pride do hidrolize maščob, beljakovin in ogljikovih hidratov, hidroliza ATP pa sprosti energijo, ki ustreza potrebam celice.
- Pri hidrolizi soli je voda vir protonov in elektronov.
Ohranjanje celične strukture
Voda je praktično nestisljiva in zato služi kot hidrostatični skelet celice. Zaradi osmoze voda ustvarja presežni pritisk znotraj vakuol rastlinskih celic; ta turgorski tlak zagotavlja elastičnost celične stene in ohranja obliko organov.
Transport snovi
- V rastlinah se zaradi kapilarnega učinka, ki je značilen za vodo, mineralne soli, raztopljene v vodi, skozi žile dvignejo iz korenine v druge dele rastline. Prav tako je zaradi kohezije voda v tleh na voljo za absorpcijo skozi koreninske laske.
- Transport produktov fotosinteze poteka s premikanjem vodne raztopine saharoze skozi sitaste cevi.
- Izločanje, gibanje presnovnih produktov v raztopljeni obliki pri živalih.
Sodelovanje pri termoregulaciji
Voda zaradi velike toplotne kapacitete 4200 J/ zagotavlja približno konstantno temperaturo v celici. Voda lahko prenaša veliko količino toplote in jo odda tam, kjer je temperatura tkiva nižja, in jo odvzame tam, kjer je temperatura višja. Tudi pri izhlapevanju vode pride do znatnega ohlajanja zaradi dejstva, da se pri prehodu iz enega agregatnega stanja v drugo porabi veliko energije za prekinitev vodikovih vezi.
Navodila
Ena od lastnosti vode je njena univerzalna sposobnost raztapljanja kemikalij, zaradi česar ohranja elastičnost biološke celice, jo neguje in sodeluje pri izgradnji membrane. Vsi notranji "sokovi" osebe so kri in limfa; sekretorna tekočina - slina, želodčni sok; izcedek iz genitalij, urin, znoj - vse to so raztopine vode s posebnimi snovmi.
Molekula vode ima nevtralen elektronski naboj; sestavljena je iz kombinacije atomov kisika in vodika. Elektronski naboj znotraj same molekule je zelo neenakomerno porazdeljen: v območju vodika prevladujejo atomi s pozitivnim elektronskim nabojem, v območju kisika pa atomi z negativnim elektronskim nabojem. To je dipol in znano je, da ima dobro sposobnost povezovanja z drugimi snovmi in tvorbo hidratov. Ko je energija privlačnosti vode k molekulam druge snovi višja kot med molekulami vode, se snov preprosto raztopi v njej.
Koncentracija vode v bioloških tekočinah določa hitrost interakcije snovi. Notranji procesi se odvijajo hitreje: izločijo se produkti razgradnje biokemičnih reakcij, aktivirajo se procesi obnove in obnove telesa. Ko je snov raztopljena, se lahko njene molekule s pomočjo vode hitreje gibljejo, zato se njena reaktivnost poveča. Ko se vsebnost vode v telesu zmanjša, postane kri "viskozna", se počasneje premika po žilah, metabolizem se upočasni, splošno stanje osebe se začne hitro slabšati, možgani, ki so sestavljeni iz 85% tekočine, začnejo trpeti. .
Pri dehidraciji telesa najprej trpi celična tekočina, ki se zmanjša na 66 %, nato zunajcelična tekočina in šele nato se zmanjša količina tekočine v krvni plazmi. Narava je uredila tako, da je glavni organ življenja, možgani, podprt do zadnjega. Velika izguba tekočine pri človeku lahko povzroči nepopravljive posledice; medicina pozna primere ne le smrti ljudi zaradi dehidracije, ampak tudi pojav resnih bolezni, zlasti zaradi pomanjkanja vode, pa tudi zaradi njenega presežka. , razvila se je shizofrenija, bolniki hitro ponoreli.
Zaradi toplotne kapacitete vode ima pomembno vlogo njeno sodelovanje pri uravnavanju telesne temperature, potekajo procesi termoregulacije, temperatura celic v telesu pa se vzdržuje optimalno za biološko aktivnost. Pospeši se transport hranil in kisika.
Voda sodeluje tudi pri procesu prebave in izločanja odpadnih snovi iz telesa. Ona je tista, ki spodbuja črevesno steno k delu, ona je tista, ki raztopi predelane izdelke in jih odstrani skozi ureterje.
Zanimivo je, da je voda pravzaprav najpomembnejši zaščitni dejavnik za človeške notranje organe. Na primer, jetra, ledvice in vranica imajo zelo veliko specifično težo; teoretično bi se morali med telesno aktivnostjo preprosto odtrgati, ker so prevodni kanali in zadrževalni ligamenti zelo tanki. Pred tem jih ščiti tekočina, v kateri navidezno lebdijo. Tekočina absorbira udarce, ustvarja biološko okolje, spreminja njihovo fizično težo, vodi do minimuma (Arhimedov zakon v akciji).
Voda in njena vloga v življenju celic
1. Kakšno strukturo ima? vodo?
2. Kakšna količina vode (v %) je v različnih celicah?
3. Kakšna je vloga vode v živih organizmih?
Vloga vode v celici.
Voda je ena najpogostejših snovi na našem planetu. V celici je tudi količinsko na prvem mestu med drugimi kemičnimi spojinami. Večja kot je intenzivnost metabolizem v določeni celici, več vode vsebuje.
Voda v celici je v dveh oblikah: prosta in vezana. Prosta voda se nahaja v medceličnih prostorih, žilah, vakuolah in votlinah organov. Služi za prenos snovi iz okolja v celico in obratno. Vezana voda je del nekaterih celičnih struktur, nahaja se med proteinskimi molekulami, membranami, vlakni in je povezana z nekaterimi beljakovine.
Voda opravlja različne funkcije: ohranja volumen, elastičnost celice, raztapljanje različnih snovi. Poleg tega v živih sistemih večina kemičnih reakcij poteka v vodnih raztopinah.
Voda ima vrsto lastnosti, ki so izjemno pomembne za žive organizme.
Lastnosti vode.
Edinstvene lastnosti vode določa zgradba njene molekule. Molekula vode je sestavljena iz atoma O, ki je s polarnimi kovalentnimi vezmi povezan z dvema atomoma H. Značilna razporeditev elektronov v molekuli vode ji daje električno asimetrijo. Bolj elektronegativen kisikov atom močneje privlači elektrone vodikovih atomov, kar povzroči skupne pare elektroni se v molekuli vode premaknejo v njeni smeri.
Torej, čeprav je molekula vode kot celota nenaelektrena, ima vsak od obeh atomov vodika delno pozitiven naboj (označen z δ+), atom kisika pa nosi delno negativen naboj (δ-). Molekula vode je polarizirana in je dipol (ima dva pola) (slika 6).
Delno negativni naboj atoma kisika ene molekule vode privlačijo delno pozitivni atomi vodika drugih molekul. Tako vsaka molekula vode teži k tvorbi vodikove vezi s štirimi sosednjimi molekulami vode (slika 7).
Voda je dobro topilo.
Zaradi polarnosti molekul in sposobnosti tvorbe vodikovih vezi voda zlahka raztaplja ionske spojine (soli, kisline, baze). V vodi so topne tudi nekatere neionske, a polarne spojine, tj., katerih molekula vsebuje nabite (polarne) skupine, na primer sladkorji, enostavni alkoholi, aminokisline. Snovi, ki so dobro topne v vodi, imenujemo hidrofilne (iz grščine hygros - moker in philia - prijateljstvo, nagnjenje). Ko snov preide v raztopino, se lahko njene molekule ali ioni svobodneje gibljejo in zato se reaktivnost snovi poveča.
To pojasnjuje, zakaj je voda glavni medij, v katerem poteka večina kemičnih reakcij, vse reakcije hidrolize in številne redoks reakcije pa potekajo z neposredno udeležbo vode.
Snovi, ki so v vodi slabo ali popolnoma netopne, imenujemo hidrofobne (iz grščine phobos - strah). Sem spadajo maščobe, nukleinska kislina, nekaj beljakovin. Takšne snovi lahko tvorijo vmesnike z vodo, na katerih potekajo številne kemične reakcije. Zato je dejstvo, da voda ne topi nepolarnih snovi, zelo pomembno tudi za žive organizme. Med fiziološko pomembne lastnosti vode sodi njena sposobnost raztapljanja plinov (O2, C itd.).
Voda ima visoko toplotno kapaciteto, to je sposobnost absorbiranja toplotne energije ob minimalnem povečanju lastne temperature. Velika toplotna kapaciteta vode varuje telesna tkiva pred hitrim in močnim dvigom temperature. Mnogi organizmi se hladijo z izhlapevanjem vode (transpiracija pri rastlinah, znojenje pri živalih).
Voda ima tudi visoko toplotno prevodnost, ki zagotavlja enakomerno porazdelitev toplote po telesu. Zaradi visoke specifične toplotne kapacitete in visoke toplotne prevodnosti je voda zato idealna tekočina za vzdrževanje toplotnega ravnovesja celic in organizmov.
Voda se praktično ne stisne, ustvarja turgorski tlak, določa volumen in elastičnost celic in tkiv. Tako je hidrostatični skelet tisti, ki ohranja obliko valjastih črvov, meduz in drugih organizmov.
Za vodo je značilna za biološke sisteme optimalna sila površinske napetosti, ki nastane zaradi tvorbe vodikovih vezi med molekulami vode in molekulami drugih snovi. Zaradi sile površinske napetosti pride do kapilarnega pretoka krvi, naraščajočih in padajočih tokov raztopin v rastlinah.
Hidrofilne in hidrofobne snovi.
1. Kakšna je posebnost zgradbe molekule vode?
2. Kakšen je pomen vode kot topila?
3. Kaj je toplotna prevodnost in toplotna kapaciteta vode?
4. Zakaj velja, da je voda idealna tekočina za celico?
5. Kakšna je vloga vode v celici?
6. Katere strukturne in fizikalno-kemijske lastnosti vode določajo njeno biološko vlogo v celici?
Nastajanje ledenih kristalov v celicah lahko povzroči njihovo poškodbo in smrt. Znano je, da raztopine različnih snovi zamrznejo pri nižji temperaturi kot čista voda. Zato nekateri organizmi v svojih tkivih kopičijo snovi, ki preprečujejo zmrzovanje in nastajanje ledenih kristalov. Tako lahko žabe oživijo, ko zamrznejo v led. To zagotavlja povečana vsebnost glukoze in nekaterih drugih snovi v njihovih celicah.
Kamensky A. A., Kriksunov E. V., Pasechnik V. V. Biologija 10. razred
Predložili bralci s spletne strani
