Биологическое значение воды


Биологическое значение воды, её физические свойства

Вода является основным компонентом большинства растительных клеток и тканей. Содержание воды в клетках варьирует в зависимости от типа клеток и физиологических условий. Например, в корне моркови содержится около 85 % воды, тогда как молодые листья салата на 95 % состоят из воды.

В некоторых сухих семенах и спорах содержание воды составляет всего лишь 10 %; однако, для того чтобы они стали метаболически активными, содержание воды в них должно существенно увеличиться.

Вода является средой, в которой происходит диффузия растворенных соединений по клеткам растения; представляет собой вещество, необычайно удобное для регуляции температуры; служит растворителем необходимым для протекания многих биохимических реакций; наконец, вода довольно мало сжимаема при давлениях, существующих в организме, что подчеркивает ее роль в поддержании структуры растения.

Минеральные вещества, необходимые для роста, и органические соединения, синтезируемые в ходе фотосинтеза – все они транспортируются по растению в виде водных растворов. У активно растущих растений существует непрерывный водный поток из почвы через тело растения к листьям, где вода испаряется в основном через устьица.

Вода представляет собой один из необходимых метаболитов, т.е. непосредственно участвует в метаболизме. Она служит источником кислорода, выделяемого в ходе фотосинтеза, и водорода, используемого для восстановления углекислого газа. При образовании АТФ – важного макроэргического соединения – из АДФ и фосфата происходит отщепление воды, иными словами, подобное фосфорилирование есть не что иное, как процесс дегидратации, происходящий в водном растворе в биологических условиях; вода участвует в реакциях гидролиза. Таким образом, знание уникальных свойств воды имеет громадное значение для общего понимания физиологии растений.

Если оба атома водорода заменить на атомы дейтерия (2Н), то мы получим тяжелую воду, или окись дейтерия с молекулярной массой 20.

В воду можно также ввести атом трития (3Н), который радиоактивен и имеет период полураспада 12,4 г. Такая вода оказалась полезным инструментом в изучении скорости  ее диффузии в тканях растений. Возможно пометить воду замещая обычный изотоп воды 16О на тяжелый изотоп 18О. Этот тип метки был использован для доказательства того, что кислород, выделяемый в ходе фотосинтеза, происходит из воды, а не из углекислого газа.

Физические свойства воды

Без воды жизнь на нашей планете не могла бы существовать. Вода не только необходимый компонент живых клеток, но для многих еще и среда обитания.

Важное свойство воды – ее полная прозрачность для лучей видимой части спектра, что позволяет солнечным лучам достигать хлоропластов, находящихся в клетках листьев, а также растений погруженных в толщу воды.

Свойства воды необычны и связаны главным образом с малыми размерами молекул, с полярностью и со способностью последних соединяться друг с другом водородными связями. Под полярностью подразумевают неравномерное распределение зарядов в молекуле. У воды один конец молекулы несет небольшой положительный заряд, а другой – отрицательный. Такую молекулу называют диполем.

Сильные взаимодействия между молекулами воды обусловлены структурой молекул этого соединения. Расстояние между ядром кислорода и ядрами одного из двух атомов водорода равно примерно 0,099 нм, а угол между связями Н-О-Н равен примерно 105о. Атом кислорода обладает сильной электроотрицательностью и стремиться оттянуть электроны от атомов водорода. Благодаря этому на атоме кислорода возникает частично отрицательный заряд (d –) в то время как два атома водорода приобретают положительный заряд (d+). Несущие положительный заряд атомы водорода испытывают электростатическое притяжение со стороны отрицательно заряженных атомов кислорода соседних молекул воды (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Водородная связь между двумя полярными молекулами воды: δ+ –очень маленький положительный заряд; δ – – очень маленький отрицательный заряд

Это приводит к возникновению водородных связей между молекулами воды, энергия которых составляет около 4,8 ккал/моль.

В результате такого связывания молекул воды друг с другом возникает большая упорядоченность в водных растворах. Действительно, на отдельных участках жидкая вода приобретает почти кристаллическую структуру, что чрезвычайно важно, поскольку может играть определенную роль во взаимодействиях и ориентации молекул в водных растворах.

Учитывая данную особенность воды, мы можем теперь перейти к рассмотрению других физико-химических свойств, важных с биологической точки зрения.

Вода обладает большой теплоемкостью. Удельной теплоемкостью воды называют количество теплоты, которое необходимо, чтобы поднять температуру  1 кг воды на 1о С. Большая теплоемкость означает, что существенное увеличение тепловой энергии вызывает лишь сравнительно небольшое повышение ее температуры. Объясняется это тем, что значительная часть энергии расходуется на разрыв водородных связей, ограничивающих подвижность молекул воды.

Большая теплоемкость воды сводит к минимуму происходящие в ней температурные изменения. Благодаря этому биохимические процессы протекают в меньшем интервале температур, с более постоянной скоростью и опасность нарушения этих процессов от резких отклонений температур грозит им столь сильно. Это очень важно, поскольку вода служит для многих клеток и организмов средой обитания и в этом случае необходимо сохранение постоянства условий произрастания.

Испарение воды требует довольно значительных количеств энергии. Это опять таки объясняется наличием водородных связей. Именно в силу этого температура кипения воды – вещества со столь малыми молекулами – необычайно высока.

Энергия, необходимая молекулам воды для испарения черпается из их окружения. Таким образом, испарение сопровождается охлаждением. Потери тепла при испарении воды являются одним из основных приемов регуляции температуры у наземных растений.

Как известно, вода при температуре 0 оС и ниже переходит в твердое состояние – образуется лед. При этом выделяется значительное количество энергии. Это уменьшает вероятность замерзания содержащей клетками жидкости. С другой стороны, для плавления (таяния) льда необходимо сравнительно большое количество энергии (скрытая теплота плавления есть мера тепловой энергии, необходимая для расплавления твердого вещества). Кристаллики льда весьма пагубны для живых систем, если они образуются внутри клетки.

Плотность воды от +4 до 0 оС понижается, поэтому лед легче воды и в воде не тонет. Вода – единственное вещество, обладающее в жидком состоянии большей плотностью, чем в твердом.

Поскольку лед плавает в воде, он образуется при замерзании сначала на ее поверхности и лишь под конец в придонных слоях. Если бы замерзание шло в обратном порядке, то жизнь в пресноводных водоемах вообще не могла  бы существовать.

Еще одной важной физической характеристикой воды является необычайно высокая диэлектрическая проницаемость (D), что является следствием молекулярной структуры. Высокая диэлектрическая проницаемость воды делает электрические силы между растворенными в ней заряженными веществами относительно слабыми.

Диэлектрическая проницаемость воды равна 80,2 при 20 оС и 78,4 при 25 оС. Для неполярной жидкости – гексана D = 1,87. Следовательно, электрическое притяжение для таких ионов, как Na+ и Cl –, в гексане больше (80,2/1,7) в 43 раза, чем в воде. Значительно более сильное притяжение в гексане, чем в воде, уменьшает степень ионизации NaCl по сравнению с диссоциацией этой соли в водном растворе, т. е. вода является хорошим растворителем для заряженных частиц.

Из всех жидкостей самое большое поверхностное натяжение у воды (поверхностное натяжение – результат действующих между молекулами сил на поверхности раздела фаз).

Притяжение между молекулами воды, наблюдаемое в жидкой фазе, обычна называют когезией, и притяжение между жидкой водой и твердой фазой, например стенками тонкой трубочки или капилляра – адгезией. Когда взаимодействие вода – стенка оказывается значительным, говорят, что стенки смачиваются. Напротив, когда межмолекулярные когезионные силы внутри жидкости значительно больше, чем адгезия между жидкостью и материалом стенки, верхний уровень жидкости в капилляре оказывается ниже уровня поверхности свободного раствора. Такое понижение уровня характерно для жидкой ртути в стеклянном капилляре. В случае воды в стеклянных капиллярах или в сосудах ксилемы притяжение между молекулами воды и стенками велико и поэтому жидкость поднимается.

Капиллярное поднятие имеет важное значение для физиологии водообмена растений. Тем не менее, количественные характеристики этого процесса показали, что для поднятия воды до вершины дерева высотой 30 м за счет капиллярной силы, сосуды должны иметь радиус 0,5 · 10-4 см. Эти размеры значительно меньше, чем в действительности. Более того, элементы проводящей системы не соприкасаются с воздушной средой своим верхним концом, и поэтому сосуды ксилемы не подобны капилляру.

Большое количество пор в стенках сосудов ксилемы образуют сетку маленьких извилистых капилляров, которые не только способствуют поднятию воды, но и способствуют поддержанию воды в просветах сосуда. Следовательно, клеточная стенка могла бы действовать как эффективный фитиль, поднимая воду за счет множества пор, хотя фактическая скорость такого движения вверх далеко недостаточна для восполнения воды, которая теряется в процессе испарения.

Значительные величины когезии и адгезии, характерные для молекул воды, играют важную роль в живых клетках, а также, при движении воды по сосудам ксилемы.

Как мы уже отметили в разделе физико-химические свойства протоплазмы, вода в клетке находится в двух состояниях: свободной и связанной (4,5 % от всей воды), причем последняя может быть нескольких видов. В вакуолях вода удерживается относительно низкомолекулярными соединениями (осмотически связанная) и большая часть воды находиться в свободном состоянии. В клеточной стенке часть молекул воды находиться в адсорбированном состоянии на поверхности фибрилл клеточной стенки. Вода тут связывается, главным образом, целлюлозой, гемицеллюлозой, пектиновыми веществами, т. е. коллоидно-связанная вода. Кроме того, в клеточной стенке есть свободная вода (в порах). В цитоплазме имеется свободная, коллоидно- и осмотически связанная вода. Вода, которая находится на расстоянии 1 нм от поверхности белковой молекулы связана сильно. Осмотически связанная вода цитоплазмы – это вода связанная с ионами.

Физиологическое значение свободной и связанной воды разное. С одной стороны, интенсивность физиологических процессов зависит в первую очередь от содержания свободной воды. С другой стороны, наблюдается положительная корреляция между содержанием связанной воды и устойчивостью клеток к неблагоприятным факторам.

На уровне целого растения выделяют конституционную воду(химически связанная), гидрационную, резервную, заполняющую водосборные полости (вакуоли и др. клеточные компартменты) и интерстициальную, которая выполняет транспортные функции в апопласте и проводящих путях.

Одним из главных факторов естественного отбора, влияющих на видообразование, является недостаток воды. С этим фактором связано распространение некоторых растений, имеющих подвижные гаметы. Все наземные растения приспособлены к тому, чтобы добывать и сберегать воду; в крайних своих проявлениях – у ксерофитов – такого рода приспособления представляются подлинным чудом «изобретательности» природы.

Вкратце важные биологические функции воды можно свести к следующим (табл. 1.4).

  Таблица 4.1. Биологические функции воды

Для всех организмов

Для растений

Обеспечивает поддержание структуры (высокое содержание воды в протоплазме).

Служит растворителем и средой для диффузии.

Участвуют в реакциях гидролиза.

Служит средой, в которой происходит оплодотворение.

Обеспечивает распространение семян, гамет и т. д.

Обуславливает осмос и тургесцентность (от которых зависит: рост, поддержание структуры, движения устьиц и т. п.). Обеспечивает транспирацию, а также транспорт неорганических ионов и органических молекул.  Обеспечивает прорастание семян – набухание, разрыв семенной кожуры и дальнейшее развитие.



> — эти слова были сказаны Масару Эмото. Попытки проникнуть, понять, изучить скрытые свойства воды были приняты многими учеными.

Ими было высказано и доказано, что вода способна воспринимать, сохранять и передавать информацию. Что на воду оказывает сильное воздействие человеческая мысль, эмоция, слово.

Тучи, облака, туманы, несущие влагу всему живому на земной поверхности, — это ведь тоже вода.

Бескрайние ледяные пустыни полярных областей, снеговые покровы, застилающие почти половину планеты, — и это вода.

Прекрасно, невоспроизводимо бесконечное многообразие красок солнечного заката, его золотых и багряных переливов; торжественны и нежны краски небосвода при восходе Солнца. Эта необыкновенная симфония света обязана рассеянию и поглощению солнечного спектра водяными парами в атмосфере.

Это великий художник природы — вода.

Горные цепи сложены гигантскими толщами сотен различных горных пород, и геологи знают, что большинство из них создано величайшим строителем природы — водой. Непрерывно изменяется облик Земли. На месте, где возвышались высочайшие горы, расстилаются бескрайние равнины, их создает великий преобразователь — вода.

Безгранично многообразие жизни.

Она всюду на нашей планете. Но жизнь есть только там, где есть вода. Нет живого существа, если нет воды>>. Эти слова были сказаны Академиком И. В. Петряновым.

Гидросфера — водная оболочка Земли, включающая океаны, моря, реки, озера, подземные воды, ледники, на 94% представлена солёными водами океанов и морей.

Из 6% пресной воды 5,8% — подземные воды и вода, заключенная в ледниках. И лишь 0,2% — это вода озёр, рек, почвы и пары воды в атмосфере.

Вода (окись водорода) — простейшее химическое соединение водорода (11,19%) с кислородом (88,8%).

При нормальном давлении температура замерзания воды равна 0[◦] кипения 100[◦], бесцветная, безвкусная, без запаха.

Вода является обязательным условием жизни на земле и возможности существования животных и растительных организмов. Планету, на которой мы живём, с большим правом можно назвать >, чем >. Ведь площадь Мирового океана более чем в 2 раза превышает площадь всей суши.

Если все континенты покрыть водой Мирового океана, то образовался бы слой толщиной в 9км!

Вода была той великой колыбелью, в которой зародилась жизнь на Земле, и все процессы, которые мы наблюдаем в живых организмах, осуществляются при её участии.

Вода — это символ женской Власти, на которую не посмеет претендовать, которую не решится оспорить даже самый просвещенный и совершенный мужчина>> — так сказал Пауло Коэльо.

Реки, моря и океаны — это не только пути сообщения, но и источники тепла и энергии, они определяют состояние погоды и климат на всем земном шаре.

Вода — прекрасный растворитель.

В воде содержатся колоссальные запасы пищи и минерального сырья.

В значительных количествах вода содержится во всех растениях (в наземных 50-75% их веса, в водорослях 95-99%) и животных организмах (в наземных позвоночных 60-65% их веса, в рыбах около 80%).

Все жизненные процессы протекают в организме с участием воды: ассимиляция и диссимиляция, синтез тканевых элементов, процессы пищеварения, кроветворение, гормональная и ферментативная деятельность и др.

Она является также и растворителем в организме органических и неорганических веществ. Древнее положение алхимиков: > — в значительной степени справедливо.

Соленость крови человека около 1 % — это соленость воды средней части Балтийского моря. При заболеваниях, когда организм сильно обезвоживается или при потере крови, вводят под кожу физиологический раствор — 0,85%-й раствор хлорида натрия. Так мы носим в своем теле следы морского происхождения.

Вода природная широко используется в трех важнейших областях — сельском хозяйстве, в энергетике, на водном транспорте.

Но у нее есть и другие профессии, в которых проявляются её удивительные свойства. И здесь я хотела бы привести слова Дао Дэ Дзин >.

# Вода — целитель. При купании вода благоприятно влияет на кожный покров, улучшает кровообращение.

# Вода — землекоп. Гидромониторы (водометы) — это водяные пушки, через которые подается струя воды под давлением 6-12 атм.

, легко размывает породы.

# Вода — измеритель. Водяные часы (клепсидра) использовались в Греции, Риме для измерения. Вот из глубокой древности дошло до нас выражение: >. Вода использована и для измерения количества тепла в калориях. Так один грамм чистой водя при нагревании на 1[о] С и есть калория.

# Вода — тушит пожары.

Вода не горит, она уже сгорела, она как бы зола водорода, т. е. мы заливаем горящие предметы уже сгоревшей водой.

# Вода — взрывает. При замерзании вода расширяется.

В камни (валуны) заливают воду, она замерзает и взрывает их.

# Вода и политика. Границы государств проходят через моря. В России 40 тыс. км. морских границ проходят по 14 морям.

# Вода и оборона. Наши предки основывали города на берегах рек и ставили Кремль или укрепление под прикрытием реки. Таково положение Московского Кремля на Москве-реке.

# Вода и магия.

В христианском обряде крещения воде приписываются магические свойства > от злых духов. Вода употребляется и для гадания. И сейчас часто говорят о человеке, предугадавшем события: >.

# Вода — угрожает. Если воды катастрофически мало или много, наступают стихийные бедствия — засухи, наводнения.

Вспомним русские сказки.

Живая вода — это молодость, здоровье, жизнь; мёртвая вода — это смерть. Подобие живой и мёртвой воды существует в природе. Живая, животворная вода — это вода, образовавшаяся от растаявшего снега или льда, обладающая целебными свойствами. Мёртвая — это тяжёлая вода. Д2О с t кипения = 101,4[◦]С, t замерзания = +3,8[◦]С, она хуже растворяет соли, в ней замедлены химические реакции (в 5 раз), семена, смоченные этой водой, не прорастают.

Серебряная вода — это тоже вид живой воды.

Ионы серебра обладают антимикробным действием.

Есть и ещё один вид воды — омагниченная. Такую воду получают путём пропускания через магниты, вмонтированные в трубопровод, по которому течёт вода. Вода при этом изменяет свои физико-химические свойства.

Помимо выше сказанного, можно также выделить следующие свойства воды: 1) вода прозрачна только для видимых лучей и сильно поглощает инфракрасную радиацию; 2) теплота кристаллизации воды уступает лишь аммиаку; 3) теплота испарения воды выше теплоты испарения любых других жидкостей; 4) вода является универсальным растворителем; 5) среди существующих в природе жидкостей вода обладает наибольшей теплоёмкостью; 6) среди существующих в природе жидкостей поверхностное натяжение воды уступает только ртути; 7) вода позволяет телу усваивать жиры более эффективно; 8) всего лишь 2%-ое сокращение уровня воды в теле может привести и 20%-ому уменьшению в умственных и физических показателях.

Но есть еще одно удивительное свойство воды — память.

Да-да, вода обладает памятью. Об этом заговорили ученые, такие как Массару Эмото, С. В. Зенин и другие.

С. В. Зенин защитил первую в России диссертацию, посвященную памяти воды.

Он доказал, что вода представляет собой иерархию правильных объемных структур, в основе которых лежит кристаллоподобный >, состоящий из 57 её молекул.

Именно сложное строение (структурированное) воды и позволяет ей запоминать информацию. В лаборатории Зенина наблюдали воздействие людей на свойства воды. И получили удивительные результаты. Оказалось, что воздействие людей на воду может быть очень сильным.

Реферат по теме «Вода и ее биологическое значение»

Это воздействие бывает настолько мощным, что тестовые микроорганизмы не только прекращают движение, но погибают и даже растворяются в ней. Кристаллическая структура воды состоит из кластеров (большая группа молекул). Слова, подобные слову «идиот» крайне быстро уничтожают кластеры. Негативные слова и словосочетания формируют крупногабаритные кластеры или вообще их не создают, а положительные, добрые, красивые слова и фразы создают мелкие, напряженные кластеры. Более мелкие кластеры дольше хранят память воды.

(Материал взят из документального фильма «ВОДА»)

Кластер из молекул воды.

Вода способна записывать и хранить информацию со всем тем, с чем соприкасается.

2. Вода способна очищаться не только возвращаясь в свою исходную, жизнестойкую структуру, которая у нее была от начала времен, во время фазовых переходов из облаков пара в воду и изо льда в воду, но и посредством молитвы или даже некоторых словосочетаний.

3. Вода реагирует не только на непосредственное соприкосновение, но и на слово и даже на эмоции, то есть снимает информацию в различных диапазонах состояния вещества.

Японский исследователь Массару Эмото приводит удивительные доказательства информационных свойств воды.

Он установил, что никакие два образца воды не образуют полностью одинаковых кристаллов при замерзании. При этом форма кристаллов отражает свойства воды, несет информацию о воздействии, оказанном на воду.

Вот некоторые картинки из фильма, полученные путем заморозки воды в криогенной камере после: 1. воздействия на неё словом.

воздействия на неё музыкой

Музыка по- разному воспринимается водой. Кристалл меняет свою форму в зависимости от эмоциональной окраски и силы наших чувств.

3. вода, взятая из-под крана перед ее освящением в Храме на Крещение и после.

До После

Мы действительно способны излечить Землю с помощью любви, молитвы.>> — Массару Эмото.

Доктор Эмото провел эксперимент, помещая две надписи на бутылках с водой. На одной » Спасибо «, на другой » Ты глухой «. Вода сформировала красивые кристаллы, который доказывает, что «Спасибо» одержало верх над » Ты глухой «. Таким образом, добрые слова сильнее злых.

В природе существует 10% болезнетворных микроорганизмов и 10% полезных, остальные 80% могут менять свои свойства от полезных до вредных.

Доктор Эмото полагает, что примерно такая пропорция существует и в человеческом обществе. Если один человек, молится с глубоким, ясным и чистым чувством, кристаллическая структура воды будет ясна и чиста.

И даже если большая группа людей имеет беспорядочные мысли, кристаллическая структура воды тоже будет неоднородна. Однако если все объединятся, кристаллы получатся красивыми, как при чистой и сосредоточенной молитве одного человека. Под влиянием мыслей вода изменяется мгновенно.

Заключение.

Вода хранит информацию обо всем, с чем соприкасается при помощи кластеров. Самый сильный способ зарядить воду информацией, это передать ей мысленно или словесно, эмоциональный заряд человека.

Вода обладает удивительным свойством, с помощью которого, человек может даже создать нужные условия существования. Используя эти знания можно получить хороший урожай культурных растений, оказывать влияние на своё здоровье и здоровье других людей. Ещё раз хочу сказать, что мои опыты подтвердили выводы ученых, том, что вода способна воспринимать, сохранять и передавать информацию, даже такую тонкую, как человеческая мысль, эмоция, слово. Осторожно в присутствии Воды! Хотя она — везде.

И в нас тоже. Следите за своими мыслями, словами, поступками — вас записывают.

Биологическое значение воды

Вода как растворитель. Вода – превосходный растворитель для полярных веществ. К ним относятся ионные соединения, такие как соли, у которых заряженные частицы (ионы) диссоцииируют в воде, когда вещество растворяется, а также некоторые неионные соединения, например сахара и простые спирты, в молекуле которых присутствуют заряженные (полярные) группы (-OH).

Результаты многочисленных исследований строения растворов электролитов свидетельствуют, что при гидратации ионов в водных растворах основную роль играет ближняя гидратация – взаимодействие ионов с ближайшими к ним молекулами воды.

Большой интерес представляет выяснение индивидуальных характеристик ближней гидратации различных ионов, как степени связывания молекул воды в гидратных оболочках, так и степени искажения в этих оболочках тетраэдрической льдоподобной структуры чистой воды – связи в молекуле изменяются на неполный угол. Величина угла зависит от иона.

Когда вещество растворяется, его молекулы или ионы получают возможность двигаться более свободно и, соответственно, его реакционная способность возрастает.

По этой причине в клетке большая часть химических реакций протекает в водных растворах. Неполярные вещества, например липиды, не смешиваются с водой и потому могут разделять водные растворы на отдельные компартаменты, подобно тому, как их разделяют мембраны. Неполярные части молекул отталкиваются водой и в её присутствии притягиваются друг к другу, как это бывает, например, когда капельки масла сливаются в более крупные капли; иначе говоря, неполярные молекулы гидрофобны.

Подобные гидрофобные взаимодействия играют важную роль в обеспечении стабильности мембран, а также многих белковых молекул, нуклеиновых кислот и других субклеточных структур.

Присущие воде свойства растворителя означают также, что вода служит средой для транспорта различных веществ. Эту роль она выполняет в крови, в лимфатической и экскреторных системах, в пищеварительном тракте и во флоэме и ксилеме растений.

Большая теплоёмкость. Удельной теплоёмкостью воды называют количество теплоты в джоулях, которое необходимо, чтобы поднять температуру 1 кг воды на 1° C.

Вода обладает большой теплоёмкостью (4,184 Дж/г). Это значит, что существенное увеличение тепловой энергии вызывает лишь сравнительно небольшое повышение её температуры.

Объясняется такое явление тем, что значительная часть этой энергии расходуется на разрыв водородных связей, ограничивающих подвижность молекул воды.

Большая теплоёмкость воды сводит к минимуму происходящие в ней температурные изменения. Благодаря этому биохимические процессы протекают в меньшем интервале температур, с более постоянной скоростью и опасность нарушения этих процессов от резких отклонений температуры грозит им не столь сильно.

Вода служит для многих клеток и организмов средой обитания, для которой характерно довольно значительное постоянство условий.

Большая теплота испарения. Скрытая теплота испарения есть мера количества тепловой энергии, которую необходимо сообщить жидкости для её перехода в пар, то есть для преодоления сил молекулярного сцепления в жидкости.

Испарение воды требует довольно значительных количеств энергии (2494 Дж/г). Это объясняется существованием водородных связей между молекулами воды. Именно в силу этого температура кипения воды – вещества со столь малыми молекулами – необычно высока.

Энергия, необходимая молекулам воды для испарения, черпается из их окружения. Таким образом, испарение сопровождается охлаждением. Это явление используется у животных при потоотделении, при тепловой одышке у млекопитающих или у некоторых рептилий (например, у крокодилов), которые на солнцепёке сидят с открытым ртом; возможно, оно играет заметную роль и в охлаждении транспирирующих листьев.

Большая теплота плавления. Скрытая теплота плавления есть мера тепловой энергии, необходимой для расплавления твёрдого вещества (льда).

Воде для плавления (таяния) необходимо сравнительно большое количество энергии. Справедливо и обратное: при замерзании вода должна отдать большое количество тепловой энергии. Это уменьшает вероятность замерзания содержимого клеток и окружающей их жидкости. Кристаллы льда особенно губительны для живого, когда они образуются внутри клеток.

Плотность и поведение воды вблизи точки замерзания. Плотность воды (максимальна при +4° С) от +4 до 0° С понижается, поэтому лёд легче воды и в воде не тонет.

Вода – единственное вещество, обладающее в жидком состоянии большей плотностью, чем в твёрдом, так как структура льда более рыхлая, чем структура жидкой воды.

Поскольку лёд плавает в воде, он образуется при замерзании сначала на её поверхности и лишь под конец в придонных слоях. Если бы замерзание прудов шло в обратном порядке, снизу вверх, то в областях с умеренным или холодным климатом жизнь в пресноводных водоёмах вообще не могла бы существовать.

То обстоятельство, что слои воды, температура которых упала ниже 4° С, поднимаются вверх, обусловливает перемешивание воды в больших водоёмах. Вместе с водой циркулируют и находящиеся в ней питательные вещества, благодаря чему водоёмы заселяются живыми организмами на большую глубину.

После проведения ряда экспериментов было установлено, что связанная вода при температуре ниже точки замерзания не переходит в кристаллическую решётку льда.

Это энергетически невыгодно, так как вода достаточно прочно связана с гидрофильными участками растворённых молекул. Это находит применение в криомедицине.

Большое поверхностное натяжение и когезия. Когезия – это сцепление молекул физического тела друг с другом под действием сил притяжения.

На поверхности жидкости существует поверхностное натяжение – результат действующих между молекулами сил когезии, направленных внутрь. Благодаря поверхностному натяжению жидкость стремится принять такую форму, чтобы площадь её поверхности была минимальной (в идеале – форму шара). Из всех жидкостей самое большое поверхностное натяжение у воды (7,6 · 10-4 Н/м). Значительная когезия, характерная для молекул воды, играет важную роль в живых клетках, а также при движении воды по сосудам ксилемы в растениях.

Многие мелкие организмы извлекают для себя пользу из поверхностного натяжения: оно позволяет им удерживаться на воде или скользить по её поверхности.

Вода как реагент. Биологическое значение воды определяется и тем, что она представляет собой один из необходимых метаболитов, то есть участвует в метаболических реакциях.

Вода используется, например, в качестве источника водорода в процессе фотосинтеза, а также участвует в реакциях гидролиза.

Свойства воды:

  • малые размеры молекулы;
  • полярность молекул;
  • способность образовывать водородные связи друг с другом.

Функции воды:

  • универсальный растворитель для полярных веществ, служит средой для транспорта различных веществ внутри организма;
  • теплоёмкость: биохимические процессы идут в малом диапазоне температур;
  • большая теплота испарения: используется при терморегуляции у животных (потоотделение) и растений (охлаждение листьев);
  • большая теплота плавления: препятствует образованию кристаллов льда в клетках при понижении температуры;
  • плотность льда меньше плотности воды: он не тонет, и водоёмы промерзают сверху вниз (в противном случае реки и озера холодных и умеренных поясов промёрзли бы за зиму насквозь);
  • поверхностное натяжение: обеспечивает движение воды по капиллярам организмов;
  • необходимый компонент метаболических реакций(фотосинтез, гидролиз);
  • осморегулятор:обеспечивает внутриклеточное давление на стенку клетки.

Минеральные соли.

Кроме воды, в числе неорганических веществ, входящих в состав клетки, нужно назвать соли, представляющие собой ионные соединения.

В водном растворе они диссоциируют с образованием катиона металла и аниона кислотного остатка.

Для процессов жизнедеятельности клетки наиболее важны:

Катионы:K+, Na+, Ca2+, Mg2+ .

Анионы:H2PO3-, Cl- ,HCO32-.

Концентрация ионов на внешней поверхности клетки отличается от их концентрации на внутренней поверхности.

На внешней поверхности клеточной мембраны очень высокая концентрация ионов натрия, а на внутренней поверхности высока концентрация ионов калия. Вследствие этого образуется разность потенциалов между внутренней и внешней поверхностью клеточной мембраны, что обусловливает передачу возбуждения по нерву или мышце.

Ионы кальция и магния являются активаторами многих ферментов.

От концентрации солей внутри клетки зависят ее буферные свойства.

Буферность – это способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию на постоянном уровне. Буферность внутри клетки обеспечивается анионами H2PO3-и HCO32-.

Во внеклеточной жидкости и в крови роль буфера играют Н2СО3 и НСО32-.

Анионы слабых кислот и слабые щелочи связывают ионы водорода и гидроксид-ионы, благодаря чему реакция внутри клетки не изменяется.

Соляная кислота создает кислую среду в желудке, ускоряя переваривание белков пищи.

Ионы кальция и фосфора содержатся в костной ткани.

Минеральные соли поступают в клетки организма из внешней среды.

Избыток солей вместе с водой выводится из организма во внешнюю среду.

Белки

В клетке содержится много органических соединений. К ним относят биологические полимеры – белки, нуклеиновые кислоты и углеводы, а также жиры и ряд небольших молекул – гормоны, пигменты, аминокислоты, простые углеводы, нуклеотиды и др. После удаления воды, в сухом остатке на 1 месте по содержанию стоят белки.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ВОДЫ И БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ

Они составляют 10-20% от сырой массы и 50-80% от сухой массы клетки.

Белки называют также протеинами (греч. protos – первый, главный). Этим названием выделяется первостепенное значение белков для жизненного процесса.

Многие органические соединения, входящие в состав клетки, характеризуются большими размерами молекул.

Как называются такие молекулы? (Макромолекулы). Они состоят обычно из повторяющихся сходных по строению низкомолекулярных соединений, связанных между собой ковалентными связями. Их строение можно сравнить с бусинками на нити. Как называются эти составные элементы? (Мономеры). Они образуют полимеры. Большинство полимеров построено из одинаковых мономеров.

Таким образом, белки –это высокомолекулярные полимерные соединения, мономерами которых являются аминокислоты.

В клетке находятся свободные аминокислоты, составляющие аминокислотный фонд, за счет которого происходит синтез новых белков.

Этот фонд пополняется аминокислотами, постоянно поступающими в клетку вследствие расщепления белков пищи пищеварительными ферментами или собственных запасных белков. Природных аминокислот – 150, в белки входят – 20. 8 из них – незаменимые, т.е. они не способны синтезироваться в организме человека, но поступают в него с растительной пищей.

И соответственно 12 – заменимые,образуемые в организме.

В организме человека встречается 5 млн типов белковых молекул, отличающихся не только друг от друга, но и от белков других организмов. Такое разнообразие обеспечивается сочетанием всего лишь 20 разных аминокислот, составляющих несколько сотен, а иногда и тысяч комбинаций.

Теоретически из 20 аминокислот можно составить 2 * 1018 вариантов белковых молекул, различающихся порядком чередования аминокислот, а значит формой, и свойствами.

Форма белковых молекул может быть спиралевидной, складчатой, шарообразной.

В живых организмах содержатся не только органические вещества, но и неорганические. К последним относится вода и растворенные в ней минеральные соли, находящиеся в растворе в виде анионов и катионов.

Роль воды для живых организмов и жизни огромна. В том числе и благодаря воде стало вообще возможно такое явление природы как жизнь.

Молекула воды представляет собой диполь. На одной стороне молекулы сосредоточен положительный заряд (там, где атомы водорода), на другой стороне сосредоточен отрицательный заряд (там, где атом кислорода).

Вещества, состоящие из подобных молекул, являются хорошими растворителями для веществ, способных распадаться на ионы.

Гидрофильные (растворяющиеся в воде) вещества, переходя в раствор, увеличивают свою реакционную способность. Благодаря этому осуществляется обмен веществ. Таким образом, вода создает условия для химических реакций других веществ.

Не все соединения живых организмов являются гидрофильными.

Есть и гидрофобные (не растворяются в воде). Это жиры, полисахариды и др. Благодаря таким веществам поддерживается структура клеток и всего организма.

Вода сама участвует во многих химических реакциях в живых организмах. Это реакции гидролиза при расщеплении белков и углеводов. Вода участвует в синтезе АТФ, а также в отщеплении от нее остатков фосфорной кислоты с высвобождением энергии. Вода необходима в реакциях фотосинтеза.

Вода поддерживает тепловое равновесие организма, т.

к. имеет высокую теплоемкость и теплопроводность. Эти свойства воды связаны все с тем же строением ее молекул.

Диполи разнозаряженными концами притягиваются друг к другу и образуют водородные связи. Это делает воду структурированной.

В чем заключается биологическая роль воды

Так тепло может быстро перераспределяться по всему организму.

Испаряясь с поверхности организма, вода препятствует его перегреву.

Вода поддерживает форму. Это возможно потому, что вода почти не сжимается. Вода служит гидроскелетом не только для клеток, но и для целых организмов (круглые черви), органов (стебли трав).

Вода служит смазкой, т.

к. обладает вязкостью. Например, жидкость в перикарде облегчает движение сердца.

Благодаря большой силе поверхностного натяжения вода обеспечивает восходящий и нисходящий токи растворов в растениях и крови в капиллярах животных.

Вам также может понравиться

Об авторе admin

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *