Физико-химические особенности молекулы воды
1. Небольшой размер молекул ( легко проникает через клеточные мембраны по градиенту концентрации, поры )
2. Несжимаемость (придание формы сочным органам и тканям )
3. Способность к электролитической диссоциации ( НОН = Н+ + ОН+ )
4. Дипольная структура ( асимметричное распределение зарядов атомов + и - )
5. Способность к образованию Н - связей ( благодаря им все молекулы природной и клеточной воды ассоциированы , отдельные молекулы только при температуре 4000 С )
· Н - связи в 20 раз слабее ковалентных
6. Высокая теплота испарения ( охлаждение организма )
7. Высокая теплопроводность ( быстрое и равномерное распределение тепла )
8. Большая удельная теплоёмкость ( самая большая из всех известных жидкостей )
· защита тканей от быстрого и сильного повышения температуры
· избыточная энергия ( тепло ) расходуется на разрыв Н - связей
9. Большая теплота плавления (уменьшает вероятность замерзания содержимого клеток и окружающих её жидкостей )
10. Поверхностное натяжение и когезия ( самое большое из всех жидкостей )
Когезия - сцепление молекул физического тела под действием сил притяжения
· обеспечивает движение воды по сосудам ксилемы ( проводящей ткани растений )
· передвижение растворов по тканям ( восходящий и нисходящий токи по растению , кровообращение и т. д. )
11. Прозрачность в видимом спектре ( фотосинтез , испарение )
12. Максимальная плотность при температуре 4 0 С
13. Способность растворять газы ( О2 , СО2 и др. . )
Биологические функции воды
· все живые клетки могут существовать только в жидкой среде
1. Вода - универсальный растворитель ( для полярных молекул и неполярных соединений )
q По степени растворимости вещества разделяются на :
Гидрофильные ( хорошо растворимы в воде ) - соли , моно - и дисахариды , простые спирты , кислоты , щёлочи , аминокислоты , пептиды
· гидрофильность определяется наличием групп атомов ( радикалов ) - ОН- , СН3- , NН2- и др .
Гидрофобные (плохо растворимые или нерастворимые в воде ) - липиды , жиры , жироподобные вещества , каучук, некоторые органические растворители ( бензол , эфир ) , жирные кислот , полисахариды, глобулярные белки
· гидрофобность определяется наличием неполярных молекулярных группировок :
СН3 - , СН2 - СН3 -
· гидрофобные вещества могут разделять водные растворы на отдельные компартаменты(фракции)
· гидрофобные вещества отталкиваются водой и притягиваются друг к другу (гидрофобные взаимодействия )
Амфифильные – фосфолипиды , жирные кислоты
· имеют в составе молекулы и ОН- , NН2- , СООН- и СН3- , СН2 - СН3-
· в волных растворах образуют бимолекулярный слой
2. Обеспечиваеттургорные явления (тургесцентность ) в растительных клетках
Тургор - упругость растительных клеток , тканей и органов создаваемое внутриклеточной жидкостью
· обуславливает форму , упругость клеток и рост клеток , движения устьиц , транспирацию (испарение воды ) , всасывание воды корнями
3. Среда для осуществления диффузии (простой и облегчённой )
4. Обуславливает осмотические явления и осморегуляцию
Осмос -процесс диффузии воды и растворённых в ней химических веществ сквозь полупроницаемую мембрану по градиенту концентрации ( в сторону повышенной концентрации)
· лежит в основе транспорта гидрофильных веществ через мембрану клетки , всасывании продуктов пищеварения в кишечнике , воды корнями и т. д.
5. Поступление веществ в клетку (в основном в виде водного раствора )
6. Выведение метаболитов ( продуктов обмена веществ ) из клетки - экскреция
· осуществляется преимущественно в виде водных растворов
7.Обеспечивает коллоидную консистенцию (систему ) цитоплазмы - дисперсность внутриклеточной среды
8. Обеспечивает стабильность клеточных биополимеров - белков , нуклеиновых кислот
9. Определяет функциональную активность макромолекул , которая зависит от толщины гидратной (водной ) оболочки вокруг них
10. Создаёт и поддерживает химическую среду для физиологических и биохимических процессов - const pH+ - строгий гомеостаз для оптимальной реализации функций ферментов
11. Создаёт среду для протекания химических реакций синтеза и распада ( большая часть протекает только в виде водных растворов )
12. Вода - химический реагент ( важнейший метаболит )
· реакции гидролиза , расщепления и пищеварения белков , углеводов , липидов , запасных биополимеров , макроэргов – АТФ, нуклеиновых кислот
· участвует в реакциях синтеза , окислительно-восстановительные реакциях
13. Основа образования жидкой внутренней среды организма - крови , лимфы , тканевой жидкости , ликвора
14. Обеспечивает транспорт неорганических ионов и органических молекул в клетке и организме ( по жидким средам организма , цитоплазме ,проводящей ткани - ксилеме , флоэме
15. Источник кислорода , выделяющегося при фотосинтезе
16. Донор атомов водорода , необходимого для восстановления продуктов ассимиляции СО2 в процессе фотосинтеза
17. Обеспечивает стабильность субклеточных структур ( клеточных органоидов ) и клеточных мембран
18. Терморегуляция (поглощение или выделение тепла вследствие разрыва или образования водородных связей) - const to C
19. Среда обитания одноклеточных организмов
20. Опорная функция ( гидростатистический скелет у животных )
21. Защитная функция (слезная жидкость , слизь )
22. Служит средой , в которой происходит оплодотворение
23. Распространение гамет , семян , личиночных стадий водных организмов
24. Способствует миграции организмов