13. Вода. Строение, свойства. Роль воды в клетке и организме. Вода универсальный растворитель в клетке


Тема 2.3. Неорганические вещества клетки.

1. Дайте определение понятия.Диполь — совокупность двух точечных электрических зарядов, равных по величине и противоположных по знаку, находящихся на некотором расстоянии друг от друга.

2. Какая особенность строения молекулы воды определяет ее свойство универсального растворителя?Молекула воды представляет собой диполь, на одном конце молекула заряжена положительно, а на другом – отрицательно. Именно это и позволяет воде быть универсальным растворителем. Любые вещества, имеющие заряженные группы, растворяются в ней.

3. Закончите заполнение таблицы.

СВОЙСТВА ВОДЫ

10-11-2-3-3

4. Используя рисунок 8, опишите последовательность растворения кристалла хлорида натрия в воде.   

10-11-2-3-4

5. Выпишите в таблицу соли, входящие в состав живых организмов.

МИНЕРАЛЬНЫЕ СОЛИ

10-11-2-3-5

6. Пользуясь в § 2.3 содержанием раздела «Вода», докажите или опровергните утверждение: «Вода — колыбель жизни».Вода – единственное вещество на Земле, которое встречается в твердом, жидком и газообразном состоянии в естественных условиях. Покрывая около трех четвертей поверхности нашей планеты, вода является колыбелью жизни на Земле. Все биохимические процессы в клетках сводятся к химическим реакциям в водном растворе – обмену веществ в организме. Вода составляет основу нашего тела, и основу других живых организмов. В океане зародилась жизнь. Благодаря уникальным свойствам воды, жизнь существует и есть на нашей планете. Эти свойства таковы: вода – это универсальный растворитель, обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью, интенсивностью испарения, вязкостью, несжимаемостью, высокой силой поверхностного натяжения.

7. Познавательная задача.Основа любого органического вещества — углерод, поэтому он встречается в любых организмах. Ближайший его сосед по группе в таблице Д. И. Менделеева — кремний — наиболее распространенный элемент земной коры, однако в живых организмах почти не встречается. Объясните этот факт, исходя из строения и свойств атомов этих элементов.Кремний более инертен, чем углерод, так как он тяжелее, имеет больше слоев, больший радиус. Окислительные свойства и химическая активность у кремния намного меньше выражена, чем у углерода. Соединения Si с водородом слабы и встречаются относительно редко из-за малой разности электроотрицательностей этих атомов. Хоть кремний и может путем обменного или электростатического взаимодействий образовывать ковалентные связи, но они не являются такими прочными, как аналогичные связи углерода. Он меньше вступает в реакции, соответственно, образует намного меньше химических соединений, особенно, биомолекул.

8. Выберите правильный ответ.Тест 1.Какую долю в среднем составляет в клетке вода? 1) 70%; Тест 2.Вода выполняет в клетке функцию растворителя благодаря:4) полярности ее молекул.Тест 3.Все нижеперечисленные катионы, кроме одного, входят в состав солей и являются наиболее важными для жизнедеятельности клетки катионами. Укажите «лишний» среди них катион.4) Fe3+.Тест 4.Все нижеперечисленные анионы, кроме одного, входят в состав солей и являются наиболее важными для жизнедеятельности клетки анионами. Укажите «лишний» среди них анион.4) SO42-. Тест 5.Каково соотношение ионов натрия и калия в клетках животных и в окружающей их среде — межклеточной жидкости и крови?3) натрия в клетке меньше, чем снаружи, а калия, наоборот, больше в клетке, чем снаружи;

9. Объясните происхождение и общее значение слова (термина), опираясь на значение корней, его составляющих.

10-11-2-3-9

10. Выберите термин и объясните, насколько его современное значение соответствует первоначальному значению его корней.Выбранный термин – гидрофобный.Соответствие: термин, в принципе, соответствует своему первоначальному значению. Вещества не боятся воды, а просто не растворяются в ней из-за того, что не имеют заряженных групп, так как вода – диполь.

11. Сформулируйте и запишите основные идеи § 2.3.В клетке есть неорганические вещества, это воды и минеральные соли. Вода – колыбель жизни, единственное вещество на Земле, которое встречается в твердом, жидком и газообразном состоянии. В воде зародилась жизнь, вода – основа жизни. Молекула воды представляет собой диполь, на одном конце молекула заряжена положительно, а на другом – отрицательно. Именно это и позволяет воде быть универсальным растворителем. Любые вещества, имеющие заряженные группы, растворяются в ней.Вода обладает уникальными свойствами: универсальный растворитель, обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью, интенсивностью испарения, вязкостью, несжимаемостью, высокой силой поверхностного натяжения.В клетке содержатся также соли. Они могут быть растворимые (анионы соляной, угольной, фосфорной и некоторых других кислот, катионы калия, натрия, кальция, магния) и нерастворимые (фосфаты кальция и магния, карбонаты кальция). И анионы, и катионы, и нерастворимые соли выполняют определенные функции и необходимы для нормальной жизнедеятельности клетки.

biogdz.ru

3 Вода как растворитель

Энергия образования молекул воды высока, она сос­тавляет 242 кДж/моль. Этим объясняется устойчивость во­ды в природных условиях. Устойчивость в сочетании с электрическими характеристиками и молекулярным стро­ением делают воду практически универсальным растворите­лем для многих веществ. Высокая диэлектрическая проницаемость обусловливает самую большую растворяю­щую способность воды по отношению к веществам, мо­лекулы которых полярны. Из неорганических веществ в воде растворимы очень многие соли, кислоты и основания. Из органических веществ растворимы лишь те, в молекулах которых полярные группы составляют значительную часть – многие спирты, амины, органические кислоты, са­хара и т.д.

Растворение веществ в воде сопровождается образо­ванием слабых связей между их молекулами или ионами и молекулами воды. Это явление называется гидратацией. Для веществ с ионной структурой характерно формирование гидратных оболочек вокруг катионов за счет донорно-акцепторной связи с неподеленной парой электронов атома кислорода. Катионы гидратированы тем в большей степени, чем меньше их радиус и выше заряд. Анионы, обычно менее гидратированные, чем катионы, присоединяют молекулы воды водородными связями.

В процессе растворения веществ изменяется величина электрического момента диполя молекул воды, изменяется их пространственная ориентация, разрываются одни и обра­зуются другие водородные связи. В совокупности эти явления приводят к перестройке внутренней структуры.

Растворимость твердых веществ в воде зависит от природы этих веществ и температуры и изменяется в широких пределах. Повышение температуры в большинстве случаев увеличивает растворимость солей. Однако раст­воримость таких соединений, как CaSО4·2h3О, Ca(OH)2, при повышении температуры снижается.

При взаимном растворении жидкостей, одной из кото­рых является вода, возможны различные случаи. Например, спирт и вода смешиваются друг с другом в любых соотношениях, так как оба полярны. Бензин (неполярная жидкость) в воде практически нерастворим. Наиболее общим является случай ограниченной взаимной раст­воримости. Примером могут служить системы вода–эфир, вода–фенол. При нагревании взаимная растворимость для одних жидкостей возрастает, для других – уменьшается. Например, для системы вода–фенол повышение температуры выше 68 °С приводит к неограниченной взаимной рас­творимости.

Газы (например, Nh4, СО2, SО2) хорошо растворимы в воде, как правило, в тех случаях, когда они вступают с водой в химическое взаимодействие; обычно же растворимость газов невелика. При повышении температуры растворимость газов в воде уменьшается.

Следует отметить, что растворимость кислорода в воде почти в 2 раза выше, чем растворимость азота. Вследствие этого состав растворенного в воде водоемов или очистных сооружений воздуха отличается от атмосферного. Раство­ренный воздух обогащен кислородом, что очень важно для организмов, обитающих в водной среде.

Для водных растворов, как и для любых других, харак­терны понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения. Одно из общих свойств растворов проявляется в явлении осмоса. Если два раствора разной концентрации разделены полупроницаемой перегородкой, молекулы растворителя проникают через нее из разбавленного раствора в концентрированный. Механизм осмоса можно понять, если учесть, что, согласно общему есте­ственному принципу, все молекулярные системы стремятся к состоянию наиболее равномерного распределения (в случае двух растворов — стремление к выравниванию концентраций по обе стороны перегородки).

studfiles.net

Биология для студентов - 13. Вода. Строение, свойства. Роль воды в клетке и организме

Из неорганических веществ, входящих в состав клетки, важнейшим является вода. Количество ее составляет от 60 до 95% общей массы клетки. Вода играет важнейшую роль в жизни клеток и живых организмов в целом. Помимо того, что она входит в их состав, для многих организмов это еще и среда обитания.

Роль воды в клетке определяется ее уникальными химическими и физическими свойствами, связанными главным образом с малыми размерами молекул, с полярностью ее молекул и с их способностью образовывать друг с другом водородные связи.

Вода как компонент биологических систем выполняет следующие важнейшие функции:

  1. Вода—универсальный растворитель для полярных веществ, например солей, Сахаров, спиртов, кислот и др. Вещества, хорошо растворимые в воде, называются гидрофильными. Когда вещество переходит в раствор, его молекулы или ионы получают возможность двигаться более свободно; соответственно возрастае реакционная способность вещества. Именно по этой причине большая часть химических реакций в клетке протекает в водных растворах.
  2. Неполярные вещества вода не растворяет и не смешивается с ними, поскольку не может образовывать с ними водородные связи. Нерастворимые в воде вещества называются гидрофобными. Гидрофобные молекулы или их части отталкиваются водой, а в ее присутствии притягиваются друг к другу. Такие взаимодействия играют важную роль в обеспечении стабильности мембран, а также многих белковых молекул, нуклеинов вых кислот и ряда субклеточных структур.
  3. Вода обладает высокой удельной теплоемкостью. Для разрыва водородных связей, удерживающих молекулы воды, требуется поглотить большое количество энергии. Это свойство обеспечивает поддержание теплового баланса организма при значительных перепадах температуры в окружающей среде. Кроме того, вода отличается высокой теплопроводностью, что позволяет организму поддерживать одинаковую температуру во всем его объеме.
  4. Вода характеризуется высокой теплотой парообразования, т.е. способностью молекул уносить с собой значительное количество тепла при одновременном охлаждении организма.
  5. Для воды характерно исключительно высокое поверхностное натяжение. Это свойство имеет очень важное значение для адсорбционных процессов, для передвижения растворов по тканям (кровообращение, восходящий и нисходящий токи в растениях
  6. Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма.
  7. У растений вода определяет тургор клеток, а у некоторых животных выполняет опорные функции, являясь гидростатическим скелетом (круглые и кольчатые черви, иглокожие).
  8. Вода — составная часть смазывающих жидкостей (синовиальной — в суставах позвоночных, плевральной — в плевральной полости, перикардиальной — в околосердечной сумке) и слизей (облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей). Она входит в состав слюны, желчи, слез, спермы и др.

Молекула воды представляет собой маленький диполь, содержащий положительный и отрицательный заряды на полюсах. Так как масса и заряд ядра кислорода больше чем у ядер водорода, то электронное облако стягивается в сторону кислородного ядра. При этом ядра водорода “оголяются”. Таким образом, электронное облако имеет неоднородную плотность. Около ядер водорода имеется недостаток электронной плотности, а на противоположной стороне молекулы, около ядра кислорода, наблюдается избыток электронной плотности. Именно такая структура и определяет полярность молекулы воды. Если соединить прямыми линиями эпицентры положительных и отрицательных зарядов получится объемная геометрическая фигура - правильный тетраэдр.

Структура молекулы воды

Благодаря наличию водородных связей каждая молекула воды образует водородную связь с 4-мя соседними молекулами, образуя ажурный сетчатый каркас в молекуле льда. Однако, в жидком состоянии вода – неупорядоченная жидкость; эти водородные связи - спонтанные, короткоживущие, быстро рвутся и образуются вновь. Всё это приводит к неоднородности в структуре воды.

Водородные связи молекулы воды

Когда в 20-е годы определили структуру льда, оказалось, что молекулы воды в кристаллическом состоянии образуют трёхмерную непрерывную сетку, в которой каждая молекула имеет четырёх ближайших соседей, расположенных в вершинах правильного тетраэдра. В 1933 году Дж. Бернал и П. Фаулер предположили, что подобная сетка существует и в жидкой воде.

В 1951 году Дж. Попл создал модель непрерывной сетки. Попл представлял воду как случайную тетраэдрическую сетку, связи между молекулами в которой искривлены и имеют различную длину.

Помимо модели Попла, возникли две группы „смешанных“ моделей: кластерные и клатратные. В первой группе вода представала в виде кластеров измолекул, связанных водородными связями, которые плавали в море молекул, в таких связях, не участвующих. Модели второй группы рассматривали воду как непрерывную сетку водородных связей, которая содержит пустоты; в них размещаются молекулы, не образующие связей с молекулами каркаса.

В 1999 г. известный российский исследователь воды С.В. Зенин защитил в Институте медико-биологических проблем РАН докторскую диссертацию, посвященную кластерной теории, которая явилась существенным этапом в продвижении этого направления исследований, сложность которых усиливается тем, что они находятся на стыке трех наук: физики, химии и биологии. Им на основании данных, полученных тремя физико-химическими методами: рефрактометрии (С.В. Зенин, Б.В. Тяглов, 1994), высокоэффективной жидкостной хроматографии (С.В. Зенин с соавт., 1998) и протонного магнитного резонанса (С.В. Зенин, 1993) построена и доказана геометрическая модель основного стабильного структурного образования из молекул воды (структурированная вода), а затем (С.В. Зенин, 2004) получено изображение с помощью контрастно-фазового микроскопа этих структур.

Кластеры молекулы воды

Сейчас наукой доказано, что особенности физических свойств воды и многочисленные короткоживущие водородные связи между соседними атомами водорода и кислорода в молекуле воды создают благоприятные возможности для образования особых структур-ассоциатов (кластеров), воспринимающих, хранящих и передающих самую различную информацию.

Структурной единицей такой воды является кластер, состоящий из клатратов, природа которых обусловлена дальними кулоновскими силами. В структуре кластров закодирована информация о взаимодействиях, имевших место с данными молекулами воды. В водных кластерах за счёт взаимодействия между ковалентными и водородными связями между атомами кислорода и атомами водорода может происходить миграция протона (Н+) по эстафетному механизму, приводящие к делокализации протона в пределах кластера.

Вода, состоящая из множества кластеров различных типов, образует иерархическую пространственную жидкокристаллическую структуру, которая может воспринимать и хранить огромные объемы информации.

vseobiology.ru

О роли воды в организмах. Вода как растворитель

    Вода в организме человека выполняет роль пластического материала, универсального растворителя, транспортного средства и, наконец, химического реактива в множестве реакций, составляющих обмен веществ. [c.181]

    Воду часто называют уникальной жидкостью, что вполне справедливо, если иметь в виду уникальность той роли, которую играет вода в процессах протекающих в живых организмах (жизнь на Земле первоначально возникла именно в воде), а также в технике и быту. Огромные усилия затрачиваются учеными на то, чтобы раскрыть тайну воды, объяснить, почему именно вода заняла исключительное место среди всех жидкостей. Некоторые детали строения и свойств воды к настоящему времени надежно установлены, но очень многие вопросы до сих пор остаются без ответа. Одно бесспорно особое значение воды и как растворителя, и как среды для протекания биохимических реакций,— прямой результат необычных свойств этой самой распространенной на Земле жидкости. Именно в структуре и свойствах чистой воды следует искать причину появления комплекса специфических свойств, заметно отличающих водные растворы неэлектролитов от неводных. Мы специально говорим здесь о растворах неэлектролитов не только потому, что именно они составляют предмет рассмотрения в этой книге, но и потому, что при сопоставлении свойств водных и неводных растворов электролитов возникает трудность, связанная с различиями в ионизирующей способности, а это приводит, как известно, к ассоциации ионов в малополярных растворителях и делает сравнение малополезным. [c.5]

    О роли воды в организмах. Вода как растворитель [c.102]

    Из всех жидкостей, рассматриваемых в качестве растворителя, наибольшее значение имеет вода вследствие ее распространенности в природе и той особой роли, какую она играет в жизни всех организмов. Вода является главной составной частью всех клеток и тканей. Организм взрослого человека содержит в среднем 65% воды, организм новорожденного — 70%. В нормальных условиях организм взрослого человека потребляет в сутки около 2,5 л воды. Часть этого количества вводится в организм извне, остальное образуется внутри организма в результате окисления веществ, содержащих водород (углеводы, жиры, белки). [c.15]

    Объем газа, растворенного в одном объеме растворителя, приведенный к нормальным условиям, называется коэффициентом поглощения газа. Как видно из приведенных данных в табл. 27, растворимость кислорода в воде больше растворимости азота почти в два раза. Это играет большую роль для организмов, живущих в воде. [c.114]

    Хитин является пленко- и волокнообразующим полимером. Хитиновые оболочки кроме опорной функции выполняют также роль полупроницаемых мембран, регулирующих водообмен организмов насекомых с окружающей средой. Хитин нерастворим в воде, спиртах, кетонах, в других органических растворителях. Он способен медленно растворяться в безводной НСООН. [c.330]

    Вода, состоящая из молекул ВгО и называемая окисью дейтерия, или тяжелой водой, получила применение в качестве замедлителя в ядерных котлах (стр. 419). Ее содержание в обычной воде составляет 0,02%. Она медленнее подвергается электролизу, чем обычная вода. Этим пользуются для ее выделения. Особенность тяжелой воды как растворителя та, что в ней сильно снижена активность ферментов. Благодаря этому она как бы подавляет процессы в живых организмах, выступая в роли своеобразного яда. [c.98]

    Для правильной оценки роли воды следует учесть, что химические и физико-химические реакции в животном организме протекают в водной среде. Вода не просто индифферентный растворитель реагирующих веществ, она сама по себе является активным участником многих реакций обмена. К таким реакциям относятся не только все реакции гидролиза, где вода непосредственно участвует в реакции, но также многочисленные ракции окисления, реакции гидратации, набухания коллоидов и многие другие. [c.385]

    Такое высокое содержание воды в организмах с несомненностью говорит об очень значительной роли ее в процессах жизнедеятельности. Вода является растворителем разнообразнейших органических и неорганических веществ в организме. Кровь, лимфа, спинномозговая жидкость у высокоорганизованных животных, соки, идущие по [c.102]

    Обрисовав схематично общее значение воды в жизнедеятельности организмов, перейдем к детальному рассмотрению роли воды как растворителя, а также к изучению растворов. [c.105]

    Вода служит основным средством вывода и передвижения различных веществ от одного органа к другому во всех организмах, так как является растворителем для многих веществ, присутствующих или реагирующих в живых клетках. Невозможно найти жидкость, которая могла бы сравниться по своим свойствам растворителя с водой. Вода выступает в то же время в качестве конечного продукта биологического окисления органических веществ и играет важную роль при гидролитическом распаде и многих других химических реакциях. [c.57]

    Хотя вода может проникать через такую полупроницаемую перегородку в обе стороны, но скорость ее прохождения из наружного сосуда во внутренний будет больше, чем в обратном направлении. Это явление — самопроизвольный переход растворителя в раствор, отделенный от него полупроницаемой перепонкой, — называется осмосом. Оно играет важную роль в жизнедеятельности растительных и животных организмов. [c.359]

    Свободная вода составляв основу многих биологических жидкостей крови, лимфы, слюны, мочи и т. д. Она участвует в обмене веществ между клетками тела и внешней средой, в доставке питательных веществ, удалении продуктов внутриклеточного обмена, в поддержании температуры тела, а также выполняет механическую роль, способствуя скольжению трущихся поверхностей суставов. Кроме того, оиа проявляет свойства уникального растворителя веществ. При задержке в организме свободная вода собирается под кожей и образует отеки. При ее потере уменьшается объем плазмы крови, кровоснабжение тканей, а следовательно, доставка к ним кислорода и питательных веществ, что влияет на деятельность мозга. сердечно-сосудистой системы и скелетных мышц. [c.64]

    Жизненные процессы у растений, как и у других организмов, протекают в водной среде. Вода необходима для поддержания структурной целостности биологических молекул и, следовательно, целостности клеток, тканей и всего организма. Она играет также важнейшую роль как растворитель минеральные и прочие питательные вещества перемещаются в растении в виде растворов. В отличие от того, что наблюдается у наземных животных, у всех нормально вегетирующих растений жидкая фаза воды непрерывна на всем протяжении от влаги, содержащейся в почве, до поверхности раздела жидкость — газ в листьях, где происходит испарение. Быстрый рост корней в почве обеспечивает обширную всасывающую поверхность, через которую проходят практически вся вода и все минеральные вещества, используемые растением. [c.11]

    До недавнего времени говорить о структурной перестройке и кооперативных процессах в воде было не принято, а вопросы о структурированной воде и связанных с ней физиологических эффектах рассматривались как нечто апокрифическое. Вода как в свободном виде, так и в составе биологических организмов считалась пассивной и ей отводилась роль механического растворителя или простого аккумулятора тепловой энергии, в котором происходят многочисленные активные превращения веществ. [c.4]

    ХОЛЕСТЕРИН С2,Н4( 0—одноатомный полициклический спирт, из группы стери-пов, пластинки с перламутровым блеском, жирные на ощупь, т. пл. 149 С нерастворим в воде, малорастворим в органических растворителях. В свободном состоянии и в виде сложных эфиров содержится в животных организмах. Особенно много X. в тканях нервной системы, кожном жире, желче, а больше всего в мозге, печени, почках. Из пищевых продуктов X. больше всего в животных жирах, желтках яиц и др. Многие вещества, играющие важную роль в организме,— производные X. (витамины, половые гормоны и др.). Нарушение обмена X. в организме вызывает ряд заболеваний (атеросклероз, холецистит и др.). X. впервые выделен из желчного камня, почти целиком состоящего из X. Нормальное содержание X. в крови человека составляет 160—200 мг в 100 мл. X. получают из спинного мозга животных, из жира, получаемого при промывке овечьей шерсти (ланолина) и др. [c.279]

    Липидами называют жиры и жироподобные вещества растительного и животного происхождения, близкие по своим физико-химическим свойствам, но различающиеся по биохимической роли в организмах. Все липиды гидрофобны, т. е. нераствори.мы в воде, однако в ряде органических растворителей— эфире, ацетоне, бензоле, хлороформе они растворяются довольно хорошо. [c.304]

    Наш организм почти па три четверти состоит из воды. Конечно, вода — прежде всего растворитель, в среде которого протекают все элементарные, молекулярные акты жизнедеятельности. Принципиальна роль воды как продукта и субстрата энергетичелкого метаболизма в живой клетке. Образно говоря, вода — это арейа, на которой разыгрывается действие жизни, и участник основных биохимических превращений. [c.9]

    Это явление было открыто в 1748 г. французским священником Нолле. Он поместил раствор сахара в воде в закрытую снизу полупроницаемой перегородкой стеклянную трубку, которую погрузил в сосуд с чистой водой (рис. VI.3). Такая перегородка, например из бычьего пузыря, пропускает молекулы воды и не пропускает молекулы сахара. Нолле наблюдал засасывание воды в раствор, приводившее к повышению уровня в трубке. Избыточное давление, определяемое разностью высот уровней к жидкости в трубке и в сосуде, называется осмотическим давлением я. Это есть давление, которое необходимо приложить к раствору, чтобы растворитель не проникал в этот раствор через полупроницаемую перегородку. Осмотическое давление в растворе не существует, оно возникает лишь, если отделить раствор от растворителя полупроницаемой перегородкой. Осмотические явления широко распространены в природе. Оболочки растительных клеток являются перегородками, пропускающими воду и не пропускающими растворенные вещества. Поэтому клетки засасывают воду. Подобные мембранные явления играют большую роль и в организмах животных, например они регулируют концентрации солей в крови. [c.70]

    В предыдущих главах мы уже рассмо- трели такие важные компоненты клетки, как вода, белки, ферменты, коферменты и углеводы. Перед тем как перейти к изучению метаболических процессов в клетках, следует рассмотреть еще одну группу биомолекул-лшмЭы. Липиды представляют собой нерастворимые в воде маслянистые или жирные вещества, которые могут быть экстрагированы из клеток неполярными растворителями, такими, как эфир или хлороформ. Наиболее распространенные липиды-жиры или триащлглицеролы, играют роль топлива для больщинства организмов. Именно в них запасается ббльшая часть энергии, ьщеляющейся в результате химических реакций. [c.325]

    Какие же требования предъявляются к полимерам, используемым в фармакологии Прежде всего — это отсутствие у полимера и продуктов его деструкции токсичности. Токсическая и терапевтическая дозы должны заметно различаться. Полимер должен полностью выводиться из организма. Поскольку высокомолекулярные фракции могут накапливаться в печени, почках и других органах, необходимо знать молекулярно-весовое распределение полимера. Полимеры, как правило, должны хорошо растворяться в воде, в физиологическом растворе, в крови. Так, наличие в макромолекулах групп СООН, ОН, NHa, NH, SO3H, РО3Н, N->0, (-О-СН -— Hg—) и др. обусловливает их растворимость в воде. Важную роль играют концевые группы полимера, поскольку они могут проявлять собственную физиологическую активность например, бактерицидные свойства проявляет высокомолекулярный поливиниловый спирт, имеющий на конце остатки тг-амипосалициловой кислоты Кроме того, в полимере должны отсутствовать низкомолекулярные продукты растворители, катализаторы, стабилизаторы, пластификаторы, красители и др. Полимер должен быть устойчивым при хранении. [c.303]

    Все волокнообразующие белки, например фиброин шелка и коллаген, построены преимущественно из бифункциональных аминокислот это практически линейные, хорошо кристаллизующиеся полипептидные цепи (см. ниже). Они обладают высокой разрывной прочностью при сравнительно низком удлинении. Нерастворимость шелка обусловлена кристаллизацией фиброина после выделения раствора из желез шелковичного червя. Растворение белка, так же как и растворение целлюлозы, затрудняется вследствие образования большого числа водородных связей между пептидными группами (растворители для целлюлозы, см, стр. 142—143, пригодны также для шелка из этих растворов белок люжет быть высажен добавлением раствора соли). Коллаген, по-видимому, имеет слабо выраженную сетчатую структуру, которая разрушается при гидролизе (образование желатины). Молекулярный вес коллагена превышает 1-10 (установлено путем измерения вязкости в 0,1%-ном растворе моно-хлоруксусной кислоты в воде). Очень высокий молекулярный вес этих полимеров вполне вероятен, очевидно, этим объясняется неудача попыток Грассмэна обнаружить концевые группы.. Эластин представляет собой высокоэластичное вещество с изотропной структурой, которая при вытягивании превращается в анизотропную. Поэтому эластин при вытягивании ведет себя как натуральный каучук. Его молекула также состоит преимущественно из бифункциональных аминокислот, которые вследствие своего строения затрудняют кристаллизацию (валин, пролин, фенилаланин) наличие некоторого числа химических связей между макромолекулами обусловливает абсолютную нерастворимость эластина. Эластин чрезвычайно устойчив к гидролизу (устойчивее, чем коллаген). Роль, выполняемая эластином в животных организмах, находится в соответствии с его аминокислотным составом больпюе количество [c.101]

    Рассмотренные соотношения лежат в основе обшей теории кислот, оснований и индикаторов в водной среде. Концентрация водородных ионов играет большую роль в целом ряде самых различных явлений и процессов—в жизнедеятельности растворитель-ных и животных организмов и организма человека, в производственных процессах пищевой, кожевенной, текстильной и многих других отраслей промышленности она сильно влияет на свойства природных вод и на возможность применения их для той или дглг-" гой""целй . ...................................................... ..................... ................. -.......-. .......... [c.383]

    Вода как растворитель. Вода давно является важнейшим растворителем, применяемым в технике, и такую же роль играет в природе. В ней растворяется огромное число веществ. Вода растворяет электролиты (кислоты, основания и соли), образуя растворы, в которых эти вещества содержатся в виде ионов. Она также растворяет многие неионизирующиеся соединения, как органические, так и неорганические. В водном растворе происходит большое число химических реакций. Из них особое значение имеют биохимические реакции, происходящие в живых организмах с участием органических веществ, например сахаров и белков (брожение, окисление и т. д.). [c.332]

    Вода — важнейшая составная часть всех организмов. Она выступает в организме в роли растворителя различных веществ в водной среде происходят различные химические реакции, с участием воды идут реакции гидролиза сложных органических веществ, вода образуется как продукт реакций окисления органических веществ. Большинство химических пре-врап1,ений, лежащих в основе жизнедеятельности организма, в той или иной мере связано с участием воды. Отсюда понятно, что жизнь без воды невозможна. Организм взрослого человека на 65% состоит из воды. Еще больше воды содержится в сочных частях растений и в микроорганизмах. [c.203]

    Липиды представляют собою большую группу органических веществ, различных по химической структуре и обладающих одним общим для них свойством — нерастворимостью в воде и растворимостью в различных органических растворителях. Вполне попят1ю, что путь превращения различных по своей структуре липидов, их распад и синтез ие люгут быть одинаковыми. Различной должна быть и роль их в организме. Ниже мы остановимся на обмене жиров, фосфатидов и стеридов. О роли липовита-минов и стеринов уже сообщалось (стр. 118 и 50). [c.303]

    Как изменение структуры гйдратных комплексов II формы связи молекул воды в них повлияет на ход биохимических процессов в пашем организме, на наше самочувствие и поведение По теории Полинга, изменение свойств гйдратных комплексов под влиянием анестетиков приводит к наркозу. Анализ основных за-коиомерностей действия анестетиков, а также нервных и мышечных (паралитических) ядов, наркотиков и галлюциногенов показывает, что во всех этих случаях именно реакция расслоения является универсальным механизмом выключения активного функционирования клеток. Иными словами, вода внутри клеток нашего организма — не пассивный растворитель, и закономерности ее связывания биологически активными веществами могут быть использованы для объяснения некоторых биохимических механизмов регулирования и саморегулирования не. только в патологических состояниях, но и в нормальной работе систем организма, в том числе гормональной. Эта сторона роли связанной воды представляется наиболее существенной в работе живой клетки, ей мы посвятим первую часть нашей книги. [c.10]

    Огромная роль углеводов и в частности дисахаридов в функционировании живых организмов общеизвестна. Именно поэтому свойства водных растворов этих биоактивных веществ интенсивно изучаются. Однако, несмотря на многочисленные экспериментальные исследования и результаты машинного моделирования, мнения по поводу конформационного состояния молекул дисахаридов в воде весьма противоречивы. Некоторые авторы считают, что, например, конформация сахарозы [ 1, 2] в водном растворе подобна кристаллической, т.е. близка к сферической и является достаточно жесткой, но при растворении возможна потеря одной внутримолекулярной водородной связи [2]. Интерпретируя рентгеновские данные и рамановские спектры, авторы [3,4] полагают, что число внутримолекулярных водородных связей зависит от концентрации сахарозы, а при низких концентрациях их нет вообще. Однако на основании результатов ЯМР исследований машинного моделирования авторы [5] пришли к выводу о том, что в водных растворах сахарозы в отличие от мальтозы и целлобиозы водородная связь не является определяющей в формировании конформаций. Нил и Горинг [6], объясняя кажущиеся удельные расширяемости мальтозы в водном растворе, предположили, что два остатка глюкозы в молекуле В-мальтозы складьшаются за счет внутримолекулярной гидрофобной связи, перекрывая доступ растворителя к гидрофобным поверхностям. Авторы [7] также считают, что конформации мальтозы и сахарозы могут претерпевать большие изменения. Однако неизвестно, зависят ли эти конформационные изменения от концентрации. По мнению этих авторов, конформация лактозы не допускает сильных внутримолекулярных взаимодействий. [c.135]

chem21.info

Какова биологическая роль воды в клетке

Молекула воды и её функция

Вода (молекулярная формула Н2О) является самым распространённым веществом на земле. Она содержится практически везде в разных количествах. Например, в зубной эмали она занимает 10 %, а вот в развивающемся зародыше – больше 90 %. В человеческом теле содержится приблизительно 65% воды. Особенно насыщены ею ткани молодых организмов.

Так, в теле младенца содержится 70% жидкости. Существует даже гипотеза, согласно которой причиной старения считается неспособность белков в организме связывать большие объёмы воды. Все человеческие ткани и органы содержат жидкость. Даже в костях её наличие составляет приблизительно 20 %, а в мозге, печени и мышцах эта цифра увеличивается до 80%.

Одним из основных признаков жизни является обмен веществ. Все виды обмена – белковый, углеводный, жировой и другие – включают также и водный. Его суть заключается в процессе всасывания жидкости в кишечнике и желудке с последующим распределением её в тканях организма и выделением при помощи почек, кожи и лёгких.

Живые ткани состоят из клеток и межклеточных веществ, представляющих собой достаточно сложную систему, и в отдельных их частях содержится вода. Ведь она является отличным растворителем для большинства живых веществ, из которых состоит живой организм.

Благодаря ей во время водного обмена происходит процесс терморегуляции. Также с водой уходят ненужные и вредные продукты обмена.

Из вышесказанного можно сделать вывод, какова роль воды в клетке:

  1. Поддерживается упругость клетки. При потере клеткой жидкости, например, могут высохнуть плоды или завянут листья.
  2. Происходит перемещение веществ, в том числе удаляются ненужные элементы.
  3. Обеспечивается ускорение химических реакций благодаря растворению веществ в жидкости.
  4. Происходит растворение солей и сахаров.
  5. Благодаря способности воды медленно нагреваться и остывать она участвует в терморегуляции.

Свободная и связанная вода

Роль воды в жизни клетки, пожалуй, сложно переоценить. Причём при большей интенсивности обмена веществ количество жидкости увеличивается. Вода в клетке может быть связанной или свободной. Последняя содержится в вакуолях, пространствах между клетками, полостях различных органов, сосудах. Она необходима для того, чтобы переносить вещества в клетку и из неё во внешнюю среду.

Содержание связанной воды наблюдается между волокнами, мембранами, белковыми молекулами, а также в отдельных клеточных структурах. Н2О обладает действительно уникальными свойствами – их связывают с тем, как устроена её молекула. Она содержит один атом кислорода и два атома водорода, которые соединяются между собой при помощи ковалентных полярных связей.

Благодаря тому, что электроны в данной молекуле располагаются необычно, в ней существует некая электрическая асимметрия. Поскольку кислород является более электроотрицательным, он сильнее притягивает водород.

Вода как растворитель

Благодаря полярности молекул, а также их способности к созданию водородных связей, вода оказывается очень хорошим растворителем ионных соединений, например, солей или кислот. Также неплохо растворяются в жидкости неионные (однако полярные) соединения. К таким относятся вещества, в молекулах которых содержатся заряженные (полярные) группы, – например, спирты, сахара либо аминокислоты.

Гидрофильными называют вещества, которые быстро растворяются в воде. При этом вещество, которое переходит в раствор, регулирует свободное движение молекул и ионов, что приводит к улучшению его реакционных способностей.

Роль воды в организме человека: Видео

vseowode.ru

ВОДА, ЕЕ РОЛЬ В КЛЕТКЕ И ОРГАНИЗМЕ

Вода – самое распространенное соединение на Земле и в живых организмах. Содержание воды в клетках зависит от характера обменных процессов: чем они интенсивнее, тем выше содержание воды.

Так, ее содержание в разных клетках человека колебался от 10% - в эмали зубов до 80-85%, в нервных клетках, клетках легких, сердца, почек и до 97% в клетках развивающегося зародыша.

В среднем в клетках взрослого человека содержится 60-70% воды. При потере 20% воды организмы гибнут. Без воды человек может прожить не более 7 дней, тогда как без пищи не более 40 дней.

Рис. 4.1. Пространственная структура молекулы воды (Н2О) и образование водородной связи

 

Молекула воды (Н2О) состоит из двух атомов водорода, которые ковалентно связаны с атомам кислорода. Молекула полярная, потому что она изогнута под углом и ядро атома кислорода оттягивает обобществленные электроны к этому углу, так что кислород приобретает частичный отрицательный заряд, а находящиеся на открытых концах атомы водорода – частично положительные заряды. Молекулы воды способны притягиваться одна к другой положительным и отрицательным зарядом, образуя водородную связь (рис.4.1.).

Благодаря уникальной структуре молекул воды и их способности связываться друг с другом при помощи водородных связей вода обладает рядом свойств определяющих ее важную роль в клетке и организме.

Водородные связи обуславливают относительно высокие температуры кипения и испарения, высокую теплоемкость и теплопроводность воды, свойство универсального растворителя.

Водородные связи слабее ковалентных в 15-20 раз. В жидком состоянии водородные связи то образуются то разрываются, что обуславливает движение молекул воды, ее текучесть.

Биологическая роль Н2О

Вода определяет физические свойства клетки – ее объем, упругость (тургор). В клетке содержится 95-96 % свободной воды и 4-5% связанной. Связанная вода образует водные (сольватные) оболочки вокруг определенных соединений (например, белков), препятствуя их взаимодействию между собой.

Свободная вода является хорошим растворителем для многих неорганических и органических полярных веществ. Вещества хорошо растворимые в воде называются гидрофильными. Например, спирты, кислоты, газы, большинство солей Натрия, Калия и др. Для гидрофильных веществ энергия связи между их атомами меньше, чем энергия притяжения этих атомов к молекулам воды. Поэтому их молекулы или ионы легко встраиваются в общую систему водородных связей воды.

Вода как универсальный растворитель играет чрезвычайно важную роль, поскольку большинство химических реакций происходит в водных растворах. Проникновение веществ в клетку и выведение из нее продуктов жизнедеятельности в большинстве случаев возможно только в растворенном виде.

Неполярные (не несущие заряда) вещества вода не растворяет, поскольку не может образовать с ними водородные связи. Нерастворимые в воде вещества называются гидрофобными. К ним относятся жиры, жироподобные вещества, полисахариды, каучук.

Некоторые органические молекулы имеют двойные свойства: на одних участках их расположены полярные группы, а на других – неполярные. Такие вещества называют амфипатическими, или амфифильними. К ним относятся белки, жирные кислоты, фосфолипиды, нуклеиновые кислоты. Амфифильные соединения играют важную роль в организации биологических мембран, комплексных надмолекулярных структур.

Вода принимает непосредственное участие в реакциях гидролиза – расщепления органических соединений. При этом под действием специальных ферментов к свободным валентностям органических молекул присоединяются ионы ОН- и Н+ воды. В результате образуют новые вещества с новыми свойствами.

Вода обладает большой теплоемкостью (т.е. способностью поглощать тепло при незначительных изменениях собственной температуры) и хорошей теплопроводностью. Благодаря этим свойствам температура внутри клетки (и организма) поддерживается на определенном уровне при значительных перепадах температуры окружающей среды.

Важное биологическое значение для функционирования растений, холоднокровных животных имеет то, что под влиянием растворенных веществ (углеводов, глицерина) вода может изменять свои свойства, в частности температуру замерзания и кипения.

Свойства воды настолько важны для живых организмов, что нельзя представить существование жизни, в том виде как мы ее знаем, не только на Земле, но и на любой другой планете без достаточного запаса воды.

МИНЕРАЛЬНЫЕ СОЛИ

Могут пребывать в растворенном или нерастворенном состоянии. Молекулы минеральных солей в водном растворе распадаются на катионы и анионы.



infopedia.su

какую роль в клетке играет вода?

Вода. Из неорганических веществ, входящих в состав клетки, важнейшим является вода. Количество ее составляет от 60 до 95% общей массы клетки. Вода играет важнейшую роль в жизни клеток и живых организмов в целом. Помимо того что она входит в их состав, для многих организмов это еще и среда обитания. Роль воды в клетке определяется ее уникальными химическими и физическими свойствами, связанными главным образом с малыми размерами молекул, с полярностью ее молекул и с их способностью образовывать друг с другом водородные связи. Вода как компонент биологических систем выполняет следующие важнейшие функции: Вода — универсальный растворитель для полярных веществ, например солей, Сахаров, спиртов, кислот и др. Вещества, хорошо растворимые в воде, называются гидрофильными. Когда вещество переходит в раствор, его молекулы или ионы получают возможность двигаться более свободно; соответственно возрастает реакционная способность вещества. Именно по этой причине большая часть химических реакций в клетке протекает в водных растворах. Ее молекулы участвуют во многих химических реакциях, например при образовании или гидролизе полимеров. В процессе фотосинтеза вода является донором электронов, источником ионов водорода и свободного кислорода. Неполярные вещества вода не растворяет и не смешивается с ними, поскольку не может образовывать с ними водородные связи. Нерастворимые в воде вещества называются гидрофобными. Гидрофобные молекулы или их части отталкиваются водой, а в ее присутствии притягиваются друг к другу. Такие взаимодействия играют важную роль в обеспечении стабильности мембран, а также многих белковых молекул, нуклеинов вых кислот и ряда субклеточных структур. Вода обладает высокой удельной теплоемкостью. Для разрыва водородных связей, удерживающих молекулы воды, требуется поглотить большое количество энергии. Это свойство обеспечивает поддержание теплового баланса организма при значительных перепадах температуры в окружающей среде. Кроме того, вода отличается высокой теплопроводностью, что позволяет организму поддерживать одинаковую температуру во всем его объеме. Вода характеризуется высокой теплотой парообразования, т. е. способностью молекул уносить с собой значительное количество тепла при одновременном охлаждении организма. Благодаря этому свойству воды, проявляющемуся при потоотделении у млекопитающих, тепловой одышке у крокодилов и других животных, транспирации у растений, предотвращается их перегрев. Для воды характерно исключительно высокое поверхностное натяжение. Это свойство имеет очень важное значение для адсорбционных процессов, для передвижения растворов по тканям (кровообращение, восходящий и нисходящий токи в растениях) . Многим мелким организмам поверхностное натяжение позволяет удерживаться на воде или скользить по ее поверхности. Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма. У растений вода определяет тургор клеток, а у некоторых животных выполняет опорные функции, являясь гидростатическим скелетом (круглые и кольчатые черви, иглокожие) . Вода — составная часть смазывающих жидкостей (синовиальной — в суставах позвоночных, плевральной — в плевральной полости, перикардиальной — в околосердечной сумке) и слизей (облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей) . Она входит в состав слюны, желчи, слез, спермы и др

Связующей элемент!

Вода? В клетке? Да она же вытечет. Это же не тигра какая.

вот это шутник

Уникальные свойства позволили воде играть в клетке роль растворителя, терморегулятора, а также поддерживать структуру клеток и осуществлять транспортировку веществ и т. д.

Покупала клеточную воду с доставкой по тел. +380506253803 или +380684725068

touch.otvet.mail.ru