Неорганические вещества клетки. Вода.

Вода - самое распространённое вещество на Земле. Является универсальной дисперсионной средой живых организмов. Содержание воды:

    в земной коре - 49%; в клетке (в среднем) - 70-80%.

  В клетке вода занимает первое место в количественном отношении среди других химических соединений. Чем выше интенсивность обмена веществ в клетке, тем больше в ней содержится воды:

    в клетках молодого организма - 80%; в клетках пожилого организма - 60%.

Содержание воды в клетках зависит от вида ткани, из которой состоят эти клетки:

    в клетках нервной ткани - 85-90%; в клетках крови - 80%; в жировых клетках - 40%; в клетках костной ткани - 20%.

При потере организмом более 20% воды наступает смерть (при кровотечениях, рвоте, поносе). Без воды человек может прожить менее 14 дней, а без пищи - 50-70 дней.

В клетке вода присутствует в двух формах: свободной (95%) и связанной (5%). Свободная вода используется в клетке как растворитель и как дисперсионная среда коллоидной системы. Связанная вода непрочно соединена с белками водородными связями.

Уникальные свойства воды обуславливаются строением её молекул:

В воде все молекулы связаны водородными связями - уникальное свойство!

Биологические свойства воды:

1) Когезия - способность молекул воды сцепляться между собой силами взаимного притяжения - водородными связями. Благодаря этому свойству создаётся поверхностное натяжение воды. Например: если в стакан налить воды выше его краёв, то она не перельётся благодаря поверхностному натяжению; клопы-водомерки используют свойство поверхностного натяжения воды, скользя по её поверхности.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

2) Адгезия - способность молекул воды сцепляться с поверхностью других веществ благодаря межмолекулярным взаимодействиям. Этим обусловлено капиллярное свойство воды.

3) Вода является универсальным растворителем веществ.  Благодаря полярности молекул (диполь) и способности образовывать гидратные оболочки вокруг заряженных частиц вещества, вода легко растворяет многие вещества. Если энергия притяжения между молекулами воды и частицами другого вещества выше, чем энергия водородной связи, то вещество растворяется в воде, а если ниже, то не растворяется.  Вещества, растворимые в воде, - гидрофильные (от греч. hydros - "влажный" и philea - "любовь, склонность"), а нерастворимые - гидрофобные (от греч. phobos - "боязнь, страх" ). Гидрофильными являются вещества, состоящие из полярных молекул (соединения с ионной связью - соли, щёлочи, кислоты; с ковалентной полярной связью - белки, углеводы (сахароза, фруктоза, глюкоза, инулин), спирты). Гидрофобными являются вещества, состоящие из неполярных молекул (липиды, высокомолекулярные белки, некоторые углеводы  (крахмал, гликоген, клетчатка), нуклеиновые кислоты, АТФ).

4) Вода участвует в терморегуляции.

4.1 Вода имеет высокую температуру кипения (100 С0).Температура кипения - температура, которая необходима для разрыва водородных связей между молекулами и, как следствие, испарения. Температура, в которой способны выживать организмы, не превышает 90 С0, поэтому вода не доходит до кипения, что делает возможным её использование организмами. Однако испарение происходит и при более низких температурах. С поверхности уходят молекулы, содержащие часть тепловой энергии. Этот механизм используется растениями и животными для охлаждения своего тела. У растений - транспирация через устьица, а у животных (млекопитающих) - потоотделение через потовые железы или тепловая отдышка.

4.2 Вода имеет высокую теплоёмкость. Теплоёмкость - максимальное количество теплоты, которое может поглотить вещество (тело) при минимальном изменении собственной температуры (количество теплоты, поглощаемой веществом (телом) при увеличении собственной температуры на 1 С0). Это свойство важно для клеток, в которых протекают экзотермические реакции; в клетках не создаются горячие точки, так как вода поглощает выделяющееся в этих реакциях тепло.

4.3 Вода имеет высокую теплопроводность - способность воды равномерно распределять тепло по всему своему объёму, благодаря наличию водородных связей между молекулами.

4.4 Максимальную плотность вода имеет при 4 С0  (жидкое агрегатное состояние). Лёд (твёрдое агрегатное состояние) имеет меньшую плотность, чем жидкость (при образовании кристаллической решётки водородные связи между молекулами воды удлиняются), поэтому он не тонет и плавает на поверхности. Таблица плотности воды при различных температурах:



Температура в °С

с, 103 кг/м3

Температура в °С

с, 103 кг/м3

- 10

0,99815

17

0,99880

- 9

0,99843

18

0,99862

- 8

0,99869

19

0,99843

- 7

0,99892

20

0,99823

- 6

0,99912

21

0,99802

- 5

0,99930

22

0,99780

- 4

0,99945

23

0,99757

- 3

0,99958

24

0,99732

- 2

0,99970

25

0,99707

- 1

0,99979

26

0,99681

0

0,99987

27

0,99652

1

0,99993

28

0,99622

2

0,99997

29

0,99592

3

0,99999

30

0,99561

4

1,00000

31

0,99521

5

0,99999

32

0,99479

6

0,99997

33

0,99436

7

0,99993

34

0,99394

8

0,99988

35

0,99350

10

0.99973

40

0,99118

11

0,99963

50

0,98804

12

0,99952

60

0,98318

13

0,99940

70

0,97771

14

0,99927

80

0,97269

15

0,99913

90

0,96534

16

0,99897

При образовании ледяной корки на поверхности водоёма, нижерасположенный слой жидкости не замерзает, так как он защищён слоем льда. Это обеспечивает выживание водных организмов зимой.

В клетке лёд может разрушить клеточные структуры (самые важные  - плазматическая мембрана и ядро), поэтому у многих зимующих организмов в клетках откладываются вещества-антифризы, понижающие температуру кристаллизации. Антифризами могут являться соли, спирты, углеводы.

5) Вода способствует сохранению внутриклеточного давления и формы клеток (тургор).

6) Вода является важным метаболитом. Она участвует во многих реакциях организмов, например в фотосинтезе (источник протонов), гидролизе солей.