Вода особенности химического строения биология

Вода особенности химического строения биология

Из-за блокировщика рекламы некоторые функции на сайте могут работать некорректно! Пожалуйста, отключите блокировщик рекламы на этом сайте.

Свойства воды и ее роль в клетке:

На первом месте среди веществ клетки стоит вода. Она составляет около 80% массы клетки. Вода важна для живых организмов вдвойне, ибо она необходима не только как компонент клеток, но для многих и как среда обитания.

1. Вода определяет физические свойства клетки — ее объем, упругость.

2. Многие химические процессы протекают только в водном растворе.

3. Вода — хороший растворитель: многие вещества поступают в клетку из внешней среды в водном растворе, и в водном же растворе отработанные продукты выводятся из клетки.

4. Вода обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью.

5. Вода обладает уникальным свойством: при охлаждении ее от +4 до 0 градусов, она расширяется. Поэтому лед оказывается легче жидкой воды и остается на ее поверхности. Это очень важно для организмов, обитающих в водной среде.

6. Вода может быть хорошим смазочным материалом.

Биологическая роль воды определяется малыми размерами ее молекул, их полярностью и способностью соединяться друг с другом водородными связями.

Биологические функции воды:

транспортная. Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма. В природе вода переносит продукты жизнедеятельности в почвы и к водоемам.

метаболическая. Вода является средой для всех биохимических реакций, донором электронов при фотосинтезе; она необходима для гидролиза макромолекул до их мономеров.

вода участвует в образовании смазывающих жидкостей и слизей, секретов и соков в организме.

За очень немногими исключениями (кость и эмаль зуба), вода является преобладающим компонентом клетки. Вода необходима для метаболизма (обмена) клетки, так как физиологические процессы происходят исключительно в водной среде. Молекулы воды участвуют во многих ферментативных реакциях клетки. Например, расщепление белков, углеводов и других веществ происходит в результате катализируемого ферментами взаимодействия их с водой. Такие реакции называются реакциями гидролиза.

Вода служит источником ионов водорода при фотосинтезе. Вода в клетке находится в двух формах: свободной и связанной. Свободная вода составляет 95% всей воды в клетке и используется главным образом как растворитель и как дисперсионная среда коллоидной системы протоплазмы. Связанная вода, на долю которой приходится всего 4% всей воды клетки, непрочно соединена с белками водородными связями.

Из-за асимметричного распределения зарядов молекула воды действует как диполь и потому может быть связана как положительно, так и отрицательно заряженными группами белка. Дипольным свойством молекулы воды объясняется способность ее ориентироваться в электрическом поле, присоединяться к различным молекулам и участкам молекул, несущим заряд. В результате этого образуются гидраты

Благодаря своей высокой теплоемкости вода 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% ) и с возрастом постепенно уменьшается. Содержание воды в различных тканях варьируется в зависимости от их метаболической активности. Например, в сером веществе мозга воды до 80%, а в костях до 20%. Вода — основное средство перемещения веществ в организме (ток крови, лимфы, восходящие и нисходящие токи растворов по сосудам у растений) и в клетке. Вода служит «смазочным» материалом, необходимым везде, где есть трущиеся поверхности (например, в суставах). Вода имеет максимальную плотность при 4°С. Поэтому лед, обладающий меньшей плотностью, легче воды и плавает на ее поверхности, что защищает водоем от промерзания. Это свойство воды спасает жизнь многим водным организмам.

Источник

Структура, свойства и биологические функции воды

Жизнь на планете Земля зародилась в водной среде. Ни один организм не может обходиться без воды. Несмотря на простоту химического состава и строения, вода является одним из удиви­тельных соединений, обладает уникальными физико-химически­ми свойствами и биологическими функциями.

Молекула воды (Н₂О) — полярное соединение, в котором электрофильный атом кислорода притягивает спаренные электроны от атомов водорода, приобретая частичный отрицательный заряд, в то время как атомы водорода приобретают частично положи­тельные заряды. Важной особенностью воды является способность ее молекул объединяться в структурные агрегаты за счет обра­зования водородных связей между разноименно заряженными атомами. Образующие ассоциаты (рис. 1) состоят из нескольких молекул воды, поэтому формулу воды правильнее было бы запи­сать как (Н₂О)_л, где п = 2, 3, 4, 5. Водородные связи имеют исключительно важное значение при формировании структур био­полимеров, надмолекулярных комплексов, в метаболизме.

Дж. Пиментел и О. Мак-Клеллан считают, что в химии живых систем водородная связь так же важна, как и связь углерод—углерод. Что же такое водородная связь?

Рис. 1. Ассоциат молекул воды (точками обозначены водородные связи)

Водородная связь — это взаимодействие атома водорода с более электроотрицательным атомом, имеющее частично донорно-акцепторный, частично электростатический характер. Любая химическая связь характеризуется энергией ее образования. По энергии водородная связь занимает промежуточное положение между ковалентной (200—400 кДж/моль) и ионной химическими связями и слабыми ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями, на­ходясь в пределах 12—30 кДж/моль.

Необычная структура воды обусловливает ее уникальные фи­зико-химические свойства. Все биохимические процессы в организ­ме протекают в водной среде. Вещества, находящиеся в водном растворе, имеют водную оболочку, которая образуется в резуль­тате взаимодействия полярных молекул воды с заряженными груп­пами макромолекул или ионов. Чем больше такая оболочка, тем лучше растворимо вещество.

По отношению к воде молекулы или их части делят на гидро­фильные (водорастворимые) и гидрофобные (водонерастворимые). Гидрофильными являются все органические и неорганические соединения, диссоциирующие на ионы, биологические мономе­ры и биополимеры, имеющие полярные группы. К гидрофобным следует отнести соединения, молекулы которых содержат непо­лярные группы или цепи (триацилглицерины, стероиды и др.). Молекулы некоторых соединений содержат как гидрофильные, так и гидрофобные группы; такие соединения называются амфифильными (от греч. amphy — двоякий). К ним относятся жирные кислоты, фосфолипиды и др. Из вышесказанного следует, что ди­поли воды способны взаимодействовать не только между собой, но ft с полярными молекулами органических и неорганических веществ, локализованных в клетке организма. Этот процесс по­лучил название гидратации веществ.

Физико-химические свойства воды определяют ее биологичес­кие функции:

• Вода является прекрасным растворителем.

• Вода выполняет функцию регулятора теплового баланса орга­низма, так как ее теплоемкость значительно превышает теплоемкость любого биологического вещества. Поэтому вода может долго сохранять тепло при изменении температуры окружающей среды и переносить его на расстояние.

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

• В определенных биохимических процессах вода выступает в качестве субстрата.

Содержание воды в организме человеказависит от возраста: чем моложе человек, тем выше содержание воды. У новорожденных вода составляет 75% от массы тела, у детей от 1 года до 10 лет — 60—65%, а у людей старше 50 лет — 50—55%. Внутри клеток содержится 2/3 общего количества воды, внеклеточная вода со­ставляет 1/3. Необходимое содержание воды в организме человека поддерживается за счет поступления ее извне (примерно 2 л в сутки); около 0,3 л в сутки образуется в процессе распада веществ внутри организма. Нарушение водного баланса в клетках организ­ма приводит к тяжелым последствиям вплоть до гибели клеток. Функции клеток зависят от общего количества внутриклеточной и внеклеточной воды, от водного окружения макромолекул и суб­клеточных структур. Резкое изменение содержания воды в орга­низме приводит к патологии.

Источник

Роль воды в клетке: 6 важных функций и схема строения клеток

Роль воды в клетке для живого организма незаменима. Она составляет около 70 процентов от её массы. Остальные 30 процентов занимают органические и неорганические вещества. Недостаток жидкости приводит к истощению или гибели организма.

В данной статье мы узнаем, какие важные функции вода выполняет в клетках.

Какую роль выполняет в клетке вода

Все живые организмы состоят из клеток: человек, растения, животных, бактерии и т.д.

Клетка – это наименьшая единица строения живого организма. Они различаются, но имеют общие признаки.

Источник: Биология, Л.Н Сухорукова, В. С. Кучменко, И. Я. Колесникова

В состав всех клеток входят органические и неорганические вещества. Самое распространенное неорганическое вещество – вода.

Рассмотрим кратко её основные функции.

1. Растворитель. Вода выполняет в клетке функцию растворителя, большинство химических реакций протекают только в водной среде.
2. Транспортная функция. Помогает переносить питательные вещества из одной части в другую.
3. Функция регенерации. С помощью воды удаляются ненужные продукты жизнедеятельности.
4. Вода как реагент. Она участвует во многих химических реакциях: полимеризации, гидролиза, в процессе фотосинтеза.
5. Терморегуляторная. Поглощает большое количество тепловой энергии при минимальном повышении собственной температуры. Таким образом, защищает организм от перегрева и обеспечивает равномерное распределение тепла по всему организму.
6. Придает форму и упругость клетке. Вода практически не сжимается (в жидком состоянии) и служит гидростатическим скелетом. В составе клетке вода занимает 1 место среди всех химических соединений, определяет объем и упругость.

Химическая роль

Вода в качестве реагента участвует во многих химических реакциях:

1. фотосинтеза растений;
2. гидролизе – разрушении веществ с присоединением воды.

Химический состав клетки

Рассмотрим полный состав на рисунке № 2.

Химический состав

Органические вещества

1. Белки – сложные органические соединения. В одном организме может быть несколько тысяч разных видов. Самый известный белок — гемоглобин. Он осуществляет поступление кислорода ко всем клеткам. Благодаря белку Интерферону, организм человека борется с вирусными заболеваниями.
2. Углеводы необходимы, как источник энергии. К ним можно отнести: глюкозы, сахарозу и д. р.
3. Жиры являются запасным источником энергии и воды. Особенно они важны для животных, впадающих в спячку.
4. Нуклеиновые кислоты – высокомолекулярные соединения. Присутствуют во всех живых организмах. Передают наследственную информацию. Они хорошо растворимы в воде, практически нерастворимы в органических растворителях.

Неорганические вещества

1. Вода занимает 70 процентов. Она является непосредственным участником роста, размножения, питания, выделения, передвижения веществ в клетке и организме.
2. Минеральные соли, растворены в воде. Составляют от 1-1,5 процентов. В растворенном виде они образуют необходимую среду для химических процессов.
3. Углекислый газ.
4. Кислоты и основания.

Как образуются органические и неорганические вещества

В природе большое разнообразие клеток. Они могут отличаться размерами, функциям, формой. Могут быть свободноживущими или входить в состав многоклеточного организма. При всем многообразии они состоят из одних и тех же типов химических веществ.

Живую клетку отличают 2 особенности:

1. высокое содержание воды;
2. большое количество сложных органических веществ.

По подсчетам ученых в ней можно встретить около 70 химических элементов, правда, только 24 встречаются постоянно. Рассмотрим рисунок № 3.

По количеству элементы, содержащиеся в клетках, делят на 3 группы.

1. Макроэлементы. Встречаются в большом количестве. К ним относят: Кислород, Углерод, Водород, Азот, Серу, Железо, Фосфор, Кальций и т.д.
2. Микроэлементы. Встречаются в небольшом количестве такие элементы, как: Марганец, Медь, Кобальт, Цинк и т.д. Несмотря на малое содержание, они выполняют большую роль в обмене веществ.
3. Ультрамикроэлементы. Составляют менее 0, 000001 % в организме живых существ. К ним относятся: Золото, Серебро, Платина, Цезий, Селен и т. д.

Процентное содержание элементов не характеризует их важность в организме. Многие элементы входят в состав биологически важных веществ, ферментов, витаминов. Например, Кобальт входит в состав Витамина В12.

Эти 70 элементов могут входить в состав клетки. Они образуют 1000 химических веществ, которые можно разделить на неорганические и органические вещества.

Вода в органах и тканях

Всем живым существам необходима вода. Тело человека состоит из воды на 60-80 процентов. Она необходима каждому органу: коже, головному мозгу, желудку, сердцу, зубной эмали, ногтям и т.д.

При недостатке жидкости происходит обезвоживание организма. В клетке человека в разных органах и тканях содержится разное количество воды.

Для наглядности представлен рисунок № 4.

Примечательной особенностью является то, что с возрастом в теле человека становится меньше жидкости.

Например, у новорожденного — 80 процентов жидкости, у пожилого человека — 60 процентов.

Функции свободной воды в бактериальных клетках

Вода в клетках живых организмах бывает двух видов.

1. Свободная, входит в состав цитоплазмы, заполняет межклеточные пространства, заполняет сосуды, пространства между органами. Она нужна для транспортировки веществ и для поддержания процессов жизнедеятельности
2. Связанная, входит в состав клеточных структур (например, белков, мембран).

Основных различием бактериальной клетки является отсутствие ядра. Вместо него в центральной части находится ядерное вещество, которое выполняет такие же функции. Рассмотрим рисунок № 5.

Бактериальная состоит из 80-90 процентов воды, 10 процентов приходится на долю сухого вещества.

Свободная вода в ее составе выполняет функции:

1. растворителя;
2. транспортировки;
3. обеспечивает процессы метаболизма;
4. способствует размножению.

Существуют организмы, не имеющие клеточного строения. К ним относят вирусы.

Заключение

В жизнедеятельности клетки вода выполняет ключевую роль. Её содержание не редко достигает 70-80 процентов. Вода необходима для каждого процесса в живом организме и содержится в каждом органе. Вода – источник жизни, ее биологическая роль бесценна для живого организма.

Источник