Вода как уникальный растворитель для процессов жизнедеятельности

18. Роль воды и растворов в жизнедеятельности. Физико-химические свойства воды, обусловливающие ее уникальную роль как единственного биорастворителя.Автопротолиз воды. Константа автопротолиза воды.

Организм человека на 60% состоит из воды, из них 42 приходится на внутриклеточную жидкость, а остальная часть на внеклеточную.

Вода – компонент высокоорганизованных процессов, универсальный растворитель.

1) высокое поверхностное натяжение(σ = 7,6 10 -3 Н \ м)

2) низкая вязкость

3) обладает большой теплотой испарения

4) высокая теплоемкость

5) высокий дипольный момент, связан со строением воды.

На двух гибридных орбиталях находятся по 2 неподеленных пары электронов, что обуславливает сильный отрицательный заряд, электронная плотность водорода смещается к кислороду, что обеспечивает положительный заряд на атоме водорода.

имеет аномально высокие температуры кипения и плавления – способность образовывать водородные связи.

Высокая диэлектрическая проницаемость (ξ = 78,8)

Водородная связь – связь между положительно заряженным атомом водорода одной молекулы и отрицательно заряженным атомом другой молекулы (F,O,N,Cl,S).

Водородная связь широко распространена и играет важную роль при ассоциации молекул и в процессе диссоциации

Энергия водородной связи = 20 – 25 кДж \ моль

Наряду с межмолекулярной водородной связью существует внутримолекулярная водородная связь.

Именно внутримолекулярные водородные связи играют основную роль в образовании пептидных цепей.

Водородная связь определяет вторичную и третичную структуру белков, а также устройство двойной спирали ДНК.

2.3. Автопротолиз воды

Все растворители условно можно разделить на две большие группы: апро-тонные и протолиты (или протонные растворители). Первые не обладают кислот­но-основными свойствами (углеводороды, бензол, CS₂, СС1₄ и др.), а вторые (Н О, С₂Н₅ОН, СН₃СООН, HF, NH₃, H₂S0₄ и др.) — участники реакций протолиза.

Н₂0 — основной растворитель в биологических системах, является амфолитом, способным самопроизвольно подвергаться слабой электролитической дис­социации или реакции автопротолиза:

кис. осн. сопр. осн. сопр. кис.

Константа этого протолитического равновесия в соответствии с законом действующих масс равна:

К_с = [ОН-]-[Н₃0 + ]/[Н₂0] 2 . Равновесная концентрация растворителя [Н₂0] практически является вели­чиной постоянной, т. к. концентрация молекул Н₂0, распавшихся на ионы, по сравнению с концентрацией недиссоциированных молекул, как правило, очень мала. Поэтому две константы К_с и [Н₂0] объединяют в одну константу K_s = К_с • [Н₂0] 2 , отсюда K_s = [ОН» ] • [Н₃0 + ]. Индекс «s» — первая буква английского слова solvent — растворитель, дляводы принят индекс «в» — вода.

Величину K_sназывают ионным произведением растворителя или кон­стантой автопротолиза растворителя.

Для воды = K_s = [ОН-] • [Н₃0 + ] = 1 • Ю- 14 при t = 25°С. Автопротолиз воды процесс эндотермический.

Н₂0 + Н₂0 Ц ОН» + Н₃0 + ; DH = 55,9 кДж/моль

кис. осн. сопр. осн. сопр. кис.

В обычных условиях (t=25°) К_в = 1 • Ю -14 (моль/л) 2 , а т. к. в чистой воде [ОН — ] = [Н₃0 + ], то концентрация каждого из ионов при 25°С будет равна:

(К_в) 1/2 = (10- 14 ) 1/2 = Ю- 7 моль/л

Следовательно, в чистой воде, где [ОН» ] = [Н₃0 + ] = 1*10″ 7 моль/л, среда будет нейтральной. Исходя из этого ясно, что при:

6 . 10″ 1 моль, среда будет кислой.

8 . 10″ 14 моль, среда будет щелочной. Так как отрицательные степенные выражения неудобны в количественных расчетах, их заменяют логарифмическими функциями, которые называются по­казателями, таким образом:

рН — водородный показатель, это отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода:

рОН — гидроксильный показатель, отрицательный десятичный логарифм концен­трации гидроксид-ионов:

_PH=-lg[OH-], рК^ — показатель ионного произведения воды.

Для чистой воды: рК^рН + рОН = 14 или рН = рОН =7 — среда нейтраль­ная.

В кислых растворах: [Н₃0 + ] > Ю -7 ; рН + ] -7 ; рН > 7- среда щелочна

Автопротолиз воды – обратимый процесс образования равного числа катионов и анионов из незаряженных молекул жидкого вещества за счет передачи протона от одной молекулы к другой.

Понятие автопротолиза вытекает из протонной теории кислот и оснований Бренстеда-Лоури.

Также легко проходит и обратный процесс:

Н3О + +ОН — ₌2 Н2О или упрощенно

Константа данного равновесия при 22 градусах равна:

Источник

Вода как растворитель. Значение растворов в жизнедеятельности организмов

Самым распространенным растворителем на нашей планете является вода. У животных и растительных организмов содержание воды составляет обычно более 50%, а в ряде случаев достигает 90-95%.

Вода хорошо растворяет многие ионные и полярные соединения. Такое свойство воды связано с ее высокой диэлектрической проницаемостью (e= 78,5). В результате многие ионные соединения диссоциируют и отличаются высокой растворимостью в воде. Другой класс веществ, хорошо растворимых в воде, составляют полярные органические соединения (спирты, альдегиды, кетоны). Их растворимость обусловлена образованием водородных связей с молекулами воды.

Важны и другие аномальные свойства воды: высокое поверхностное натяжение, низкая вязкость, высокие температуры плавления и кипения, более высокая плотность в жидком состоянии, чем в твердом.

Вследствие высокой полярности вода вызывает гидролиз веществ (эфиров, амидов и др.). Так как вода составляет основную часть внутренней среды организма, то она обеспечивает процессы всасывания, передвижения питательных веществ и продуктов обмена в организме.

Важнейшие биологические жидкости – кровь, лимфа, моча, слюна, пот являются растворами солей, белков, углеводов, липидов в воде. Биохимические процессы в живых организмах протекает в водных растворах.

В жидких средах организма поддерживается постоянство рН, концентрации солей и органических веществ, постоянство осмотического давления. Такое постоянство называется гомеостазом. Приведенные примеры показывают, что учение о растворах представляет особый интерес для медиков.

Источник

ВОДА КАК РАСТВОРИТЕЛЬ И ЕЕ РОЛЬ В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОРГАНИЗМА

Организм человека на 60 % состоит из воды, из них 42 % приходится на внутриклеточную жидкость, а остальная часть на внеклеточную (межклеточную) жидкость, которую подразде­ляют на внутрисосудистую и интерстициальную (межткане­вую) жидкость.

Вода — это не только среда, но также активный участник процессов жизнедеятельности. Если организм человека теряет 20 % воды, то в клетках происходят необратимые изменения и человек погибает. Потребность в воде взрослого человека составляет 35 г в день на 1 кг массы тела, а грудного ребенка — в 3-4 раза больше.

Большая роль воды в живой природе связана с рядом уни­кальных ее свойств, благодаря которым вода является средой, растворителем и метаболитом для живых организмов. Вследст­вие высокой теплоемкости (75,3 Дж/(моль • К)) и большой теп­лоты испарения (40,8 кДж/моль) вода обеспечивает термостатирование нашего организма. Высокая диэлектрическая про­ницаемость воды (s = 78,5) способствует растворению солей, кислот, оснований и их диссоциации на ионы, так как сила электростатического взаимодействия между ионами обратно пропорциональна диэлектрической проницаемости среды. Ион­ное состояние веществ в водной среде обуславливает высокие скорости протекания биохимических реакций, быструю мигра­цию ионов через биологические мембраны и практически мгно­венную передачу нервных импульсов.

Высокий дипольный момент молекулы воды (1,82 Д) и спо­собность образовывать четыре водородные связи: две — как донор протонов и две — как акцептор протонов, не только увеличивают растворяющую способность воды по отношению к полярным веществам, но и благоприятствуют формированию определенных структур водных

ассоциатов в самой воде, а также у молекул биополимеров в водных растворах. Перечисленные особенности воды и ее низкая вязкость (0,001 Па • с при 293 К) способствуют выполнению ею транспортных функций, а также возникновению жидкокристаллического состояния у водных растворов некото­рых биосубстратов.

Геометрически молекула воды представляет собой угловую систему, в центре которой находится атом кислорода с sр 3 -гибри-дизацией валентных атомных орбиталей (разд. 2.1.3). При этом в двух вершинах тетраэдра находятся атомы водорода, а к двум

другим направлены атомные орбитали атома кислорода с неподеленными электронными парами. За счет двух атомов водорода, несущих частично положи­тельный заряд, и двух неподеленных электронных пар атома кислорода каж­дая молекула воды может образовывать четыре водородные связи с соседними молекулами воды. Именно такая меж­ молекулярная система реализуется в замерзшей воде, т. е. у льда (рис. 6.1, а).

Лед имеет тетраэдрическую кристаллическую решетку, где атом кислорода одной молекулы воды расположен в центре тет­раэдра, а в четырех его вершинах находятся атомы кислорода со­седних молекул, которые соединены водородными связями с цен­тральной молекулой и молекулами ближайших тетраэдров. По­добная структура энергетически выгодна при условиях близких к нормальным, и поэтому она устойчива при этих условиях. Ажур­ность и наличие внутренних пустот определяют рыхлость и мень­шую плотность льда (0,92 г/см 3 ) по сравнению с жидкой водой.

При плавлении льда частично рвутся водородные связи и по­являются: ассоциаты, в которых сохраняется каркасная структу­ра за счет водородных связей, полости между ассоциатами и вну­три них, а также отдельные молекулы воды (рис. 6.1, б). В чис­той жидкой воде имеется динамическое равновесие как между ассоциатами, так и между ассоциатами и свободными молекула­ми воды, блуждающими в полостях между ассоциатами или внутри них. Среднее время жизни молекул воды в этих образо­ваниях т_ср=10 -9 с. С повышением температуры параллельно происходят два процесса: первый связан с увеличением размеров полостей и уменьшением размеров ассоциатов, что приводит к уменьшению плотности системы; второй — с увеличением степе­ни заполнения полостей отдельными молекулами воды, за счет чего плотность системы увеличивается. В интервале температур от 0 °С до 4 °С преобладает второй процесс, и поэтому плотность воды максимальна при 4 °С (1,000 г/см 3 ), а при температуре вы­ше 4 °С доминирует первый процесс и плотность воды уменьша­ется, так как происходит разрыхление структуры воды. Однако ассоциаты с трехмерной сеткой водородных связей сохраняются в жидкой воде при любой температуре.

В стандартных условиях, согласно статистическим расчетам, около 30 % всех молекул воды находятся в виде отдельных моле­кул, а 70 % входит в состав ассоциатов. Среди них 40 % прихо­дится на стабилизированные ассоциаты с определенной структу­рой, т. е. на «структурированную» воду, а 30 % — на случайные ассоциаты, которые не имеют определенной структуры. Совокуп­ность случайных ассоциатов и отдельных молекул воды состав­ляют «деструктурированную» воду (всего 60 %). В «структуриро­ванной» воде время жизни молекул воды в ассоциатах больше (т > т_ср = 10 -9 с), чем среднее время их жизни в воде в целом. В «деструктурированной» воде этот показатель, наоборот, меньше (т + и ОН-, воз­никающих за счет диссоциации воды, или радикалов, образую­щихся при радиационном воздействии на воду. В стандартных

Рис. 6.2. Состояние молекул воды в чистой воде

условиях одной из энергетически выгодных структур для ассоциатов чистой воды является льдоподобная структура. При ус­ловиях, отличающихся от стандартных, или при воздействии какого-либо поля возможно возникновение энергетически вы­годных ассоциатов с другой структурой. Подобное происходит в воде, например, после ее обработки при сверхкритических тем­пературе и давлении или при мощном импульсном электриче­ском разряде в объеме жидкости и некоторых других методах обработки воды.

Увеличению структурных единиц воды способствуют:

— расплавление льда (талая вода) с последующим поддер­жанием низкой температуры (ниже 10 °С);

— длительный контакт с поверхностью нерастворимых в во­де минералов: апатита, кальцита, кварца, кремнезема, кремня, шунгита, глины и некоторых других, приводящий к образова­нию родниковой воды;

— растворение в воде веществ, для ионов или молекул кото­рых характерна положительная гидратация (см. дальше);

— воздействие вибрации и различных полей: акустического, магнитного, электрического, обладающих определенными харак­теристиками;

— воздействие сверхкритических температуры и давления.

Вода с повышенным содержанием «структурированной» во­ды, имеющей льдоподобную структуру, для живых организмов полезна и поэтому часто называется «живой» водой. Это можно объяснить тем, что такая вода лучше усваивается организмами, поскольку без существенной перестройки используется для гид­ратации тканей, белков и других биосубстратов.

Наличие в воде различных ассоциатов, имеющих разную структуру и разное время жизни, позволяет обосновать еще одну особенность воды — структурно-информационную память. По мнению автора, эта особенность воды часто лежит в основе не всегда понятных изменений ее физико-химических свойств, био­логических и физиологических функций при воздействии астро-гелиогеофизических факторов или после обработки экстрасен­сами, а также действия гомеопатических средств. Способность перехода в различные структурно-информационные состояния присуща не только чистой воде, но и ее растворам и водным системам живых организмов.

Вода — уникальный растворитель, что объясняется следую­щими ее особенностями:

— высокой диэлектрической проницаемостью (е = 78,5);

— способностью проявлять протонодонорные и протоноакцепторные свойства, так как вода — амфолит;

— способностью проявлять электронодонорные и электроноакцепторные свойства;

— наличием внутренних пустот в жидкой воде из-за ажур­ности ее структуры.

В соответствии с принципом «подобное в подобном» в воде хорошо растворяются вещества, молекулы которых содержат ионные связи или полярные функциональные группы и поэтому хорошо сольватируются водой. В зависимости от сродства к воде функциональные группы подразделяют на гидрофильные («лю­бящие воду») и гидрофобные («боящиеся воды»). К гидрофиль­ным относятся ионы и полярные группы: гидроксильная —ОН, амино —NH2, карбоксильная —СООН, нитро —NO2, фосфатная —ОРО(ОН)2, сульфо —SO3H. К гидрофобным относятся неполяр­ные группы: углеводородные радикалы предельных (—C_nH_2n+1), непредельных (—C_nH_2n-1) и ароматических (—С₆Н₅) соединений. Гидрофобные свойства характерны также для веществ, молеку­лы которых неполярны: О2, N2, СО2, CI2, СH4 и так далее. Если молекулы вещества содержат и гидрофильный и гидрофобный фрагменты, то их называют дифильными, а соответствующие ве­щества — дифильными соединениями (например, мыло, фосфолипиды, белки). Дифильные молекулы принято изображать в виде «головастика», у которого головка соответствует по­лярному, а хвост — гидрофобному фрагменту молекулы.

При растворении в воде соединений с ионной связью проис­ходит их диссоциация, а образующиеся ионы окружаются гидратной оболочкой, содержащей плотный и рыхлый слои «свя­занной» воды. В плотном гидратном слое молекулы воды в значи­тельной степени поляризованы и удерживаются сильным иондипольным взаимодействием, а их пространственная структура определяется свойствами иона (катиона или аниона). Между плотным гидратным слоем и «свободной» водой, не участвующей в гидратации ионов, находится рыхлый «деструктурированный» слой гидратной оболочки, состоящий в основном из одиночных молекул воды и мелких ассоциатов. Подвижность молекул воды в рыхлом слое больше, чем в «свободной» воде. Рыхлый слой гидратной оболочки обеспечивает сродство между «свободной» водой и плотным слоем вокруг иона, имеющим специфическую струк­туру в зависимости от природы иона. Толщина плотного и рыхло­го слоев, а также среднее время жизни молекул воды в гидрат­ной оболочке зависят от природы иона электролита (рис. 6.3), его концентрации и температуры.

В зависимости от средней продолжительности жизни моле­кул воды в гидратной оболочке иона различают положитель­ную и отрицательную гидратацию (О. Я. Самойлов, 1957). Ио­ны, имеющие высокую поверхностную плотность заряда, т. е. ионы с большим зарядом и малым радиусом, такие как Li + , Na+, Mg 2+ , Al 3+ , Fe 3+ , Cr 3+ , F-, CI-, CO3 2- , HC0₃— которые проч­но связывают молекулы воды в гидратной оболочке, характе­ризуются положительной гидратацией. В этих случаях среднее время жизни молекул воды в гидратной оболочке иона больше, чем в «свободной» воде, не участвующей в гидратации. Ионы с положительной гидратацией способствуют увеличению в раство­ре содержания «структурированной» воды. Вероятно, поэтому катионы Na + и анионы Сl- в основном сосредоточены в межкле­точной жидкости.

Рис. 6.3. Схема двухслойной гидратной оболочки иона

Для многозарядных катионов А1 3+ , Ре 3+ , Сг 3+ , которые наибо­лее сильно удерживают молекулы воды, время жизни молекул воды в гидратном слое достигает секунд, минут и даже часов. Это объясняется переходом ион-дипольного взаимодействия данных ионов с ближайшими молекулами воды в ковалентную связь ме­жду ними с возникновением комплексных катионов [А1(Н₂0)₆] 3+ , [Fe(H₂0)_e] 3+ , [Cr(H₂0)₆] 3+ , устойчивость которых значительно вы­ше, чем устойчивость любых ассоциатов воды.

Ионы с малой поверхностной плотностью заряда: К + , Cs + , NН₄+, I-, Br-, НРO₄-, Н₂РO₄-, NO₃-, СO₄ — и поэтому слабо притяги­вающие молекулы воды, имеют в гидратной оболочке тонкий плотный «структурированный» слой и толстый рыхлый «деструктурированный» слой (рис. 6.3) и характеризуются отрицатель­ной гидратацией (т_ср -9 с). Ионы с отрицательной гидратаци­ей способствуют уменьшению в растворе содержания «струк­турированной» воды. Вероятно, поэтому ионы К + , HP0₄2-, Н₂Р0₄ являются ионами внутриклеточной жидкости, способствуя уве­личению содержания в ней «деструктурированной» воды.

Рис 6.4. Различия в структуре гидратных оболочек катиона (а) и шпона (б)

При концентрации ионов в водном растворе более 1 моль/л гидратные оболочки ионов взаимно перекрываются, и в таких растворах «свободной» воды уже практически нет. При наличии в водных растворах электролитов молекул полиэлектролитов: белков, нуклеиновых кислот или растворимых органических соединений «свободная» вода исчезает из них при значительно меньших концентрациях веществ в растворе.

Рассмотрим различия в структуре гидратных оболочек ка­тионов и анионов.

К катиону молекулы воды сориентированы неподеленной элек­тронной парой атома кислорода, а атомы водорода направлены на­ружу (рис. 6.4). Аналогичным образом ориентированы и соседние молекулы воды гидратной оболочки катионов. В отличие от катио­на, к аниону молекулы воды гидратной оболочки ориентированы одним атомом водорода, несущим частичный положительный за­ряд, обеспечивающий возникновение различных видов межмоле­кулярного взаимодействия. Другой атом водорода и неподеленные электронные пары направлены в толщу гидратной оболочки, что способствует связыванию ближайших молекул воды не только электростатически, но и за счет водородных связей (рис. 6.4).

При растворении в воде веществ, молекулы которых полярны и содержат небольшие гидрофобные группы, например С₂Н₅ОН, NH(CH₃)₂, С₆Н₅СООН, вокруг их молекул, за счет водородных связей между полярными группами и молекулами воды, обра­зуется гидратная оболочка, охватывающая всю молекулу в це­лом и содержащая плотный и рыхлый слои. При этом гидро­фобные группы вещества, стремясь уменьшить свой контакт с молекулами воды за счет гидрофобного отталкивания, вызыва­ют колебания гидратной оболочки, способствуя тем самым уве­личению структурированности в ней молекул воды. Это приво­дит к формированию в гидратной оболочке стабилизированной (льдоподобной) структуры и увеличивает время «оседлой» жиз­ни молекул воды в ней до 10 7 с, т. е. для молекул органиче­ских соединений характерна положительная гидратация. С увеличением концентрации рас­твора органического веще­ства толщина рыхлого слоя их гидратных оболочек во­круг молекул значительно уменьшается, что может ог­раничить растворимость этих веществ в воде.

При растворении в воде дифильных веществ, молекулы которых кроме полярной груп­пы содержат большие гидрофобные группы, например стеарат натрия С₁₇H35СОONa (мыло) или фосфолипиды, вокруг них не может образоваться единая гидратная оболочка и поэтому про­исходит такая взаимная ориентация их молекул, которая ис­ключает контакт гидрофобного фрагмента с молекулами воды. В случае очень низких концентраций таких веществ в растворе это достигается прежде всего за счет сосредоточения и опреде­ленной ориентации дифильных молекул только в поверхностном слое раствора, где образуется из них мономолекулярный слой, в котором гидрофобные фрагменты выступают над поверхностью воды, а полярные группы находятся в воде (рис. 6.5).

В случае больших концентраций дифильных веществ в вод­ном растворе из их молекул образуются ассоциаты, называемые мицеллами (рис. 6.5), в которых гидрофобные фрагменты спря­таны внутрь. Полярная оболочка мицелл эффективно гидратируется, что способствует стабилизации этих частиц в коллоид­ных растворах (разд. 27.3.1).

Гидратация молекул белков в растворе сопровождается струк­турированием белковой цепи, в результате чего гидрофобные фрагменты этой цепи, взаимодействуя друг с другом, образуют гидрофобное ядро внутри молекулярного ассоциата, из которо­го выталкивается вода, а на поверхности этого ядра в основном располагаются фрагменты, содержащие гидрофильные группы. Эти группы, взаимодействуя с молекулами воды за счет водород­ных связей, способствуют созданию вокруг молекулы белка гидратной оболочки, содержащей плотный и рыхлый слои. Плот­ный водный слой под действием отдельных гидрофобных групп структурируется с образованием льдоподобной структуры. При этом биологические и физиологические функции белка и его растворимость (разд. 11.3; 21.4; 27.3; 27.4) зависят не только от его собственной структуры, но и от структуры его гидратной оболочки. Аналогично обстоит дело с нуклеиновыми кислотами и полисахаридами в живой клетке. Таким образом, вода явля­ется не только основой внутриклеточной среды, где распределе­ны молекулы белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, но и непосредственно участвует в формировании пространственной структуры этих молекул, обеспечивая их биологические и фи­зиологические функции. Каждый грамм ДНК прочно удержива­ет 0,6 мл воды, гликогена — 1,5 мл воды, а белка — 3 мл воды. Поэтому, как справедливо указывал А. Сент-Дьёрдьи: «нельзя говорить о белках, нуклеиновых кислотах, нуклеопротеидах и о воде так, как если бы это были две различные системы. Они об­разуют единую систему, которую нельзя разделить на компонен­ты без разрушения ее сущности» (1940). Эти слова полностью созвучны с теорией растворов Д. И. Менделеева (1887), согласно которой раствор — это новая химическая система, возникающая в результате взаимодействия растворителя с растворенным ве­ществом.

Интересное взаимодействие воды наблюдается при раство­рении в ней веществ, молекулы которых неполярны. Растворе­ние этих веществ происходит из-за ажурности структуры воды и наличия внутренних пустот в ее ассоциатах. В воде незначи­тельно растворяются газы (N₂, 0₂, С1₂, СН₄ С0₂), молекулы ко­торых неполярны. Они растворяются путем внедрения их мо­лекул в структурные полости внутри водных ассоциатов, причем размеры этих полостей должны соответствовать размерам моле­кул газа. При этом молекулы этих веществ удерживаются бли­жайшими молекулами воды за счет индукционных и дисперси­онных взаимодействий. В то же время, вследствие неполярности этих молекул, они вступают в гидрофобное взаимодействие с мо­лекулами воды окружающих их ассоциатов, структурируя их, образуя вокруг них гидратные оболочки с льдоподобной струк­турой. Гидратная оболочка вокруг неполярных веществ рыхлого слоя не имеет, а характер их гидратации — положительный (т_ср> 10 -9 с). Во многих случаях из таких растворов можно полу­чить твердые гидраты этих газов, состав которых не стехиометричен, например СН₄ *5,75Н₂0; С1₂* 7,66Н₂0; С₃Н₈* 17Н₂0. Подоб­ные гидраты образуют вещества, используемые в медицинской практике в качестве анестезирующих веществ: закись азота N₂0, хлороформ СНС1₃, диэтиловый эфир (С₂Н₅)₂0, фторотан CF₃CHBrCl (разд. 11.4).

Таким образом, при растворении любых веществ не только про­исходит гидратация образующихся частиц, но и изменяются струк­турно-информационные свойства самой воды.

Суммируя все сказанное о свойствах чистой воды и водных рас­творов различных веществ, следует еще раз подчеркнуть, что вода — чрезвычайно разнообразная, динамичная и сложная сис­тема. В водной системе живого организма прежде всего следует различать «свободную» и «связанную» воду. Еще в 30-е годы XX столетия известный русский физиолог Д. Н. Насонов предпола­гал, что в отличие от межклеточной жидкости, внутриклеточная иода не содержит «свободной» воды, а представляет собой «свя­занную» воду гидратных оболочек компонентов клетки (ионов, молекул, мицелл и органелл). Поэтому состояние воды в орга­низме можно выразить схемой, представленной на рис. 6.6.

Рис. 6.6. Схема состояния воды в организме

Биологические и физиологические функции биосубстратов сильно зависят от соотношения «структурированная» вода/»деструктурированная» вода, отражающего степень упорядоченности водных систем во внутри- и межклеточных жидкостях. К сожалению, эту величину пока нельзя экспериментально определить в водных системах. Растворимость тех или иных веществ во внутриклеточной жидкости зависит от их проницаемости через мембраны и от содержания «деструктурированной» воды в клет­ке, которое, в свою очередь, определяется состоянием клетки. Содержание «свободной» воды в межклеточных жидкостях -небольшое, и она используется как резерв для гидратации вновь поступающих веществ в организм, для удаления метабо­литов и в качестве первичного компонента для термостатирования организма.

Главная особенность состояния воды в клетке заключается в том, что скорость указанных превращений и время оседлой жизни молекул воды в каждом конкретном состоянии (внутри клетки, между клетками или внутри сосудов) варьируют в чрез­вычайно широких пределах. Кроме того, эти показатели зави­сят: от состояния рассматриваемой системы, от воздействия температуры, давления, вибрации и действия разных полей -акустического, магнитного, электрического. В этом и заключа­ются сложность и загадочность водных систем вообще, а в жи­вых организмах — в особенности.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.005 с) .

Источник