За очень немногими исключениями (кость и эмаль зуба), вода является преобладающим компонентом клетки. Она служит естественным растворителем для минеральных ионов и других веществ, а также дисперсионной средой, играющей важнейшую роль в коллоидной системе протоплазмы. Опыты с микроинъекцией показали, что вода легко смешивается с протоплазмой. Кроме того, она необходима для метаболизма клетки, так как физиологические процессы происходят исключительно в водной среде. Молекулы воды участвуют во многих ферментативных реакциях клетки и могут образовываться в результате процессов обмена веществ (Образование воды этим путем недостаточно для нужд клетки, и поэтому ее запасы должны пополняться внеклеточными жидкостями.). Наконец, вода служит источником ионов водорода при фотосинтезе.
Вода в клетке находится в двух формах: свободной и связанной. Свободная вода составляет 95% всей воды клетки и используется главным образом как растворитель и как дисперсионная среда коллоидной системы протоплазмы. Связанная вода, на долю которой приходится всего 4—5% всей воды клетки, непрочно соединена с белками водородными и другими связями. К ней относится так называемая иммобилизованная вода, входящая в состав фибриллярных структур макромолекул. Из-за асимметричного распределения зарядов молекула воды действует как диполь (Рис. 1) и поэтому может быть связана как с положительно, так и отрицательно заряженными группами белка. Так, каждая аминогруппа в белковой молекуле способна связать 2,6 молекулы воды.
Рис. 1. Молекула воды как диполь.
Помимо всех этих функций, то есть выполнения роли растворителя, дисперсионной среды и участника метаболических реакций, вода используется также для выведения различных веществ из клетки. Кроме того, благодаря своей высокой теплоемкости она поглощает тепло и тем самым предотвращает резкие колебания температуры в клетке.
Содержание воды в организме зависит от его возраста и метаболической активности. Оно наиболее высоко в эмбрионе (90—95%) и с возрастом постепенно уменьшается. Содержание воды в различных тканях варьирует в зависимости от их метаболической активности. Например, в сером веществе мозга оно достигает 85%, а в белом веществе—78%. К тканям с низким содержанием воды относится кость (20%) и эмаль зуба (10%).
Время, необходимое для полного обновления количества воды, равного весу тела, колеблется в зависимости от окружающей среды, к которой адаптирован организм. Например, для амебы оно составляет семь дней, для человека — 4 недели, для верблюда — 3 месяца, для черепахи — 1 год, для кактуса, растения пустыни, — 29 лет. У верблюда большое количество воды образуется путем окисления жира, содержащегося в горбу.
Новински В., Робертис Э.де., Саэс Ф.
⇐ Перейти на главную страницу сайта ⇐
⇑ Вернуться в начало страницы ⇑
Библиотека Ordo Deus ⇒ ⇒
⇐ Цитоплазма
⇓ Каталог систематический ⇓
Коацервация и связанная вода ⇒
Внимание! Вы находитесь в библиотеке «Ordo Deus». Все книги в электронном варианте, содержащиеся в библиотеке «Ordo Deus», принадлежат их законным владельцам (авторам, переводчикам, издательствам). Все книги и статьи взяты из открытых источников и размещаются здесь только для чтения.
Библиотека «Ordo Deus» не преследует никакой коммерческой выгоды.
Все авторские права сохраняются за правообладателями. Если Вы являетесь автором данного документа и хотите дополнить его или изменить, уточнить реквизиты автора, опубликовать другие документы или возможно вы не желаете, чтобы какой-то из ваших материалов находился в библиотеке, пожалуйста, свяжитесь с нами по e-mail: info @ ordodeus. ru Формы для прямой связи с нами находятся в нижней части страниц: контакты и устав «Ordo Deus», для перехода на эти страницы воспользуйтесь кнопкой контакты вверху страницы или ссылкой в оглавлении сайта.
Вас категорически не устраивает перспектива безвозвратно исчезнуть из этого мира? Вы желаете прожить ещё одну жизнь? Начать всё заново? Исправить ошибки этой жизни? Осуществить несбывшиеся мечты? Перейдите по ссылке: «главная страница».
Источник
Состояние воды в растворах. Взаимодействие воды и биополимеров (белков), гидратация. Формы воды в клетке- свободная и связанная вода, их физиологическая роль
В электрическом поле катиона все ближайшие молекулы воды ориентируются отрицательными полюсами внутрь, а вокруг аниона внутрь направлены положительные полюсы молекулы воды. Этот внутренний, прочно связанный с ионами слой молекул воды называют первичной или ближней гидратацией. В процессе электрофореза он движется вместе с ионом как одно целое. Однако, ион связывая определенное число молекул воды из своего непосредственного окружения, в результате ион-дипольного взаимодействия ориентирует также более далеко расположенные диполи воды. Эту гидратацию называют вторичной(дальней).
В растворах содержащих ионы структура воды существенно меняется. В разбавленных растворах (
В белках гидратация обусловлена взаимодействиями молекул воды с гидрофильными (ионными и электронейтральными) и гидрофобными (неполярными) группами и ее иммобилизацией в замкнутых пространствах внутри макромолекул при их конформационных перестройках. При ионной гидратации(взаимодействие с -NH3, -СОО группами) и электронейтральной(с -СООН, -ОН, -СО, -NH) молекулы воды электростатически связываются и образуется мономолекулярный слой первичной гидратации. Число ионнизированных групп в белке зависит от рН среды. Наименее гидратирован белок в его изоэлектрической точке, при которой отмечается также самая низкая растворимость белков.
Иммобилизованная вода, оказавшаяся замкнутой внутри макромолекул, может участвовать в образовании слоя первичной гидратации, а остальная ее часть сохраняет свойства обычной воды, но с ограниченной подвижностью
Свободная вода легко передвигается по растению и испаряется. Она находится в основном в межклетниках, т. е. в свободном пространстве. Связанная вода испаряется и передвигается с трудом. Она находится преимущественно внутри клетки — в цитоплазме и вакуоли. Разделяется на осмотически и коллоидно связанную. Первая соединена с растворенными в ней веществами и находится в вакуоли. Эта связь не очень прочная, и осмотически связанная вода может выходить из клетки, например, при плазмолизе. Свойства коллоидно связанной воды обусловлены наличием белков — коллоидов цитоплазмы, где она и находится. Такая связь большей частью очень прочная, и коллоидно связанная вода выходит из клетки только при очень сильном обезвоживании (продол. засухе).
Источник
Роль воды в клетке. Свободная и связанная форма
Вода – это источник жизни на нашей планете. Ее роль настолько велика, что всего и не перечислишь. Представьте, какой бы была наша жизнь без той самой молекулы H2O? Все просто, она бы полностью отсутствовала, ведь человек на девяносто процентов состоит из воды. Даже при обследовании других планет ученые в первую очередь ищут воду, причем в любом ее агрегатном состоянии. Так как жизнь зародилась именно в ней.
Сегодняшнюю работу мы решили посвятить такой теме, как роль воды в клетке. Какие она выполняет функции? Мы постараемся предельно понятно все это объяснить в данной статье. Приступим к работе, первым вопросом мы обозначим роль и значение воды как для всех живых организмов, так и для отдельной клетки.
Вода – источник жизни
Само название данного раздела уже многое говорит о значении H2O. Но все-таки мы поговорим об этом немного подробнее. Начнем с того, что это одно из самых удивительных веществ нашей планеты. Земля практически полностью покрыта водой, территория суши меньше более чем в два раза. Чистой воды в природе не бывает, и быть не может, но ее получают искусственным путем. Она не имеет ни запаха, ни цвета, ни вкуса. В природе по массе можно выделить такую закономерность состава воды:
11,19 процента водорода;
88,81 процента кислорода.
Если мы возьмем природную воду, то она представляет сбор множества химических соединений, основу которых составляют соли. Помимо солей имеются и газы. В данный момент в морской воде выявили уже 2/3 периодической таблицы Менделеева. При росте технического прогресса, возможно, выявятся и остальные.
Какова же роль воды в клетке? Для начала мы отметим то, что ее процентное соотношение может составлять от 40 до 98 процентов. Ее роль, функции мы отметим немного позже.
Молекулы воды
Перед тем как отметим роль воды в клетке, немного поговорим о самой молекуле. H2O – это самое распространенное соединение нашей планеты. Вода содержится везде, только в разном процентном соотношении, то есть ее количество разное. Для примера возьмем зубную эмаль и развивающийся зародыш, так, вода занимает 10 и 90 процентов соответственно.
Важно знать и то, что в человеческом теле она составляет более 60 процентов, а содержание в молодом организме гораздо больше. ТакЭ в теле младенца находится более 70 процентов жидкости. Люди давно задаются вопросом о том, почему мы стареем, а не живем вечно. Так и появилась одна из гипотез: тело стареет, так как белки не могут связывать большое количество воды.
Везде в человеческом организме есть вода:
кости – 20 процентов;
мозг – 80 процентов;
печень – 80 процентов;
мышцы – 80 процентов.
Важно знать и то, что основа жизни – это обмен веществ, а без воды невозможен ни белковый, ни углеводный, ни жировой и так далее. Исходя из всего сказанного, мы уже можем выделить роль воды в клетке, даже не одну. Их мы перечислим прямо сейчас.
Функции
Итак, вода в клетке выполняет функции следующие:
поддерживает упругость клетки, например, если клетки теряют жидкость, то плоды деревьев и кустарников могут засыхать, а листья увядать;
вода участвует в процессе выведения вредных элементов и в перемещении веществ;
вода способствует быстрому протеканию химических реакций, так как многие вещества способны растворяться в ней;
растворение солей и сахара;
непосредственное участие в процессе терморегуляции, так как вода способна медленно нагреваться и остывать.
Исходя из этого, можно утверждать, что вода в клетке просто необходима. Она участвует во всех жизненно необходимых процессах, происходящих в организме человека и других живых существ нашей планеты.
Свободная вода
Важно еще знать и то, что вода в клетке может находиться в двух формах:
Сейчас подробно рассмотрим каждый из этих видов. В данном разделе мы рассматриваем свободную, которая примерно занимает 95 процентов воды в клетке. Она используется в качестве растворителя, но об этом так же мы поговорим более подробно немного позже. Еще одно назначение – это среда для протоплазмы. Но есть и еще предназначения H2O в клетке – это выведение ненужных веществ. Как мы упоминали ранее, вода участвует в процессе терморегуляции, она поглощает тепло и не дает температуре клетки делать резких скачков.
Связанная вода
Теперь о другой форме, которая занимает всего 5 процентов воды в клетке. Связанная вода способна соединяться с белками при помощи водородной или других связей. Важно знать и то, что это соединение является не очень прочным.
Ее также называют иммобилизированной, она входит в состав фибриллярной структуры молекулы. Уточним и то, что связанная вода может соединяться с положительно и отрицательно заряженными белками, это связано с тем, что распределение зарядов асимметрично, а молекула выступает в роли диаполя.
Мы упоминали то, что вода находится в организме человека и ее распределение неравномерно, но ничего не сказали о времени ее полного обновления. Это зависит от окружающей среды и климата, к которому адаптирован организм. Для примера:
амеба – 7 дней;
человек – 28 дней;
верблюд – 90 дней;
черепаха – 1 год;
кактус – 30 лет.
Растворитель
Вода в жизнедеятельности клетки играет довольно большую роль. Мы говорили о том, что вода – это универсальный растворитель, за это надо благодарить полярность и способность к образованию водородной связи. Так, она может растворять как ионные соединения (соль, кислота), так и неионные (спирт, сахар, аминокислота). Они хоть неионные, но полярные, а вещества содержат заряженные группы.
Источник
Свободная и связанная вода. Физиологическое значение отдельных фракций воды в растении
Подвижность, активность воды непосредственно зависят от ее состояния в клетке. С этой точки зрения в физиологии растений принято различать свободную и связанную воду.
Исследования последних лет позволяют прийти к выводу об отсутствии резкой границы между различными формами связанной воды, а также между связанной водой и водой свободной.
По существу, вся имеющаяся в клетке вода находится в связи с веществами, входящими в состав клеточной стенки, протоплазмы и вакуолярного сока. Различны лишь форма и характер (прочность) этой связи, что обусловлено особенностями входящих в состав клетки химических соединений, а также взаимодействием этих соединений.
К категории связанной воды относят следующие фракции воды:
а) связанную-осмотически (удерживаемая осмотически активными веществами, т.е. гидратносвязанная). Частицы осмотически связанной воды являются наиболее активными участниками физиологических процессов. На содержание осмотически связанной воды влияет, соответственно, количество находящихся в клетке растворенных веществ;
б) коллоидносвязанную (гидратносвязанная), которая включает интрамицеллярную воду, находящуюся внутри коллоидной системы (в том числе и иммобилизированную воду), и интермицеллярную воду (находится на поверхности коллоидов и между ними). Коллоидносвязанная вода наименее подвижна и составляет наиболее стабильную часть водных запасов клетки, обеспечивающую устойчивость последнего в неблагоприятных условиях существования. Содержание коллоидносвязанной воды зависит от содержания гидрофильных биоколлоидов и степени их гидратации, которая в свою очередь связана с их водоудерживающей силой;
3) гидрофобно-стабилизированную (главным образом в мембранах).
Вода удерживается в клетках за счет осмоса и набухания биоколлоидов.
Физиологи условно понимают под связанной водой ту, которая не замерзает при понижении температуры до—10 °С. Всякое связывание молекул воды (добавление растворенных веществ, гидрофобные взаимодействия и др.) уменьшает их энергию. Именно это лежит в основе снижения водного потенциала клетки по сравнению с чистой водой.
Капиллярно-поглощенная (пространственно-стабилизированная) вода находится в клеточных стенках и сосудах проводящей системы. Это наиболее подвижная форма, которую относят к категории свободной воды. Свободной называют воду, сохранившую все или почти все свойства чистой воды. Свободная вода легко передвигается, вступает в различные биохимические реакции, испаряется в процессе транспирации и замерзает при низких температурах.
Клеточные стенки содержат две фракции капиллярно-поглощенной воды: подвижную и малоподвижную. Малоподвижная вода находится в микрокапиллярных пространствах, а так же удерживается водородными связями на микрофибриллах целлюлозы. Подвижная фракция составляет значительную часть воды, находится в крупных капиллярных пространствах между микрофибриллами целлюлозы и легко перемещается.
Первое место по концентрации воды в клетке (около 98 %) занимает вакуоль. В вакуолярном соке соли, сахара и органические кислоты находятся в растворе, а белки, таннины и слизи составляют гидрофильную коллоидную фракцию вакуолей. В вакуолярном клеточном соке преобладает вода, удерживаемая сравнительно низкомолекулярными соединениями (осмотически-связанная) и свободная вода.
Содержание воды в цитоплазме может достигать 95 % от массы цитоплазмы. Основной вид гидрофильных коллоидов в цитоплазме — белки. Вода, находящаяся на расстоянии до 1 нм от поверхности белковой молекулы, связана прочно и не имеет правильной гексагональной структуры (коллоидно-связанная вода). В самой цитоплазме имеется вода свободная, коллоидно- и осмотически-связанная. Кроме того, в протоплазме имеется определенное количество ионов, а следовательно, часть воды осмотически связана.
Пластиды, митохондрии и ядра отделены от цитоплазмы собственными мембранами. Их объем изменяется под действием осмотических сил. Содержание воды в х л о р о пластах и митохондриях обычно меньше, чем в цитоплазме (в хлоропластах около 50 %), что связано с присутствием в них большого количества липидов и липофильных веществ.
Наименьшее содержание воды характерно для клеточных стенок (30-50 %). Клеточные стенки обладают значительной гигроскопичностью благодаря в основном высокой гидрофильности их пектиновых и целлюлозных компонентов. В связи с этим в оболочке растительной клетки вода главным образом коллоидно-связанная. Передвижение воды вне проводящих пучков происходит главным образом по клеточным стенкам.
Вода в растениях находится во всех органах и тканях, образуя непрерывную фазу. Высокое содержание воды характерно для вегетативных органов зеленых растений. В ходе индивидуального развития органа обычно наблюдается снижение водоудерживающей способности коллоидов протоплазмы, что приводит к уменьшению содержания воды в тканях. Низкое содержание воды характерно для семян, спор грибов.
