Šta određuje različit sadržaj vode u ćeliji. Voda, njena uloga u stanici i tijelu. Apsorpcija vode biljnim ćelijama

Sadržaj vode u različitim biljnim organima varira u prilično širokim granicama. Ona varira u zavisnosti od uslova okoline, starosti i vrste biljaka. Dakle, sadržaj vode u listovima zelene salate je 93-95%, kukuruzu - 75-77%. Količina vode varira u različitim biljnim organima: listovi suncokreta sadrže 80-83% vode, stabljike - 87-89%, korijenje - 73-75%. Sadržaj vode od 6-11% tipičan je uglavnom za seme sušeno na vazduhu, u kome su inhibirani vitalni procesi.

Voda se nalazi u živim ćelijama, mrtvim elementima ksilema i međućelijskim prostorima. U međućelijskim prostorima voda je u stanju pare. Glavni organi za isparavanje biljke su listovi. S tim u vezi, prirodno je da najveća količina vode ispunjava međućelijske prostore listova. U tečnom stanju voda se nalazi u različitim dijelovima ćelije: ćelijskoj membrani, vakuoli, citoplazmi. Vakuole su najbogatiji dio ćelije, gdje njen sadržaj dostiže 98%. Pri najvećem sadržaju vode, sadržaj vode u citoplazmi je 95%. Najmanji sadržaj vode karakterističan je za ćelijske membrane. Kvantitativno određivanje sadržaja vode u ćelijskim membranama je teško; čini se da se kreće od 30 do 50%.

Različiti su i oblici vode u različitim dijelovima biljne ćelije. U vakuolarnom ćelijskom soku dominira voda zadržana spojevima relativno niske molekularne težine (osmotski vezana) i slobodna voda. U ljusci biljne ćelije voda je vezana uglavnom visokopolimernim spojevima (celuloza, hemiceluloza, pektinske tvari), odnosno koloidno vezana voda. U samoj citoplazmi nalazi se slobodna voda, koloidno i osmotski vezana. Voda koja se nalazi na udaljenosti do 1 nm od površine proteinske molekule je čvrsto vezana i nema pravilnu heksagonalnu strukturu (koloidno vezana voda). Osim toga, u citoplazmi postoji određena količina jona, pa je dio vode osmotski vezan.

Fiziološki značaj slobodne i vezane vode je različit. Prema većini istraživača, intenzitet fizioloških procesa, uključujući stope rasta, prvenstveno ovisi o sadržaju slobodne vode. Postoji direktna korelacija između sadržaja vezane vode i otpornosti biljaka na nepovoljne vanjske uslove. Ove fiziološke korelacije se ne primjećuju uvijek.

Za normalno postojanje, ćelije i biljni organizam u cjelini moraju sadržavati određenu količinu vode. Međutim, to je lako izvodljivo samo za biljke koje rastu u vodi. Za kopnene biljke, ovaj zadatak je kompliciran činjenicom da se voda u biljnom tijelu kontinuirano gubi isparavanjem. Isparavanje vode od strane biljke dostiže ogromne razmjere. Možemo navesti sljedeći primjer: jedna biljka kukuruza ispari do 180 kg vode tokom vegetacije, a 1 hektar šume južna amerika ispari u prosjeku 75 hiljada kg vode dnevno. Ogromna potrošnja vode posljedica je činjenice da većina biljaka ima značajnu površinu lista smještenu u atmosferi koja nije zasićena vodenom parom. Istovremeno, razvoj ekstenzivne lisne površine je neophodan i razvijen u procesu duge evolucije kako bi se osigurala normalna ishrana ugljičnim dioksidom sadržanim u zraku u neznatnoj koncentraciji (0,03%). U svojoj čuvenoj knjizi „Borba biljaka protiv suše“ K.A. Timiryazev je istakao da je kontradikcija između potrebe za hvatanjem ugljen-dioksid a smanjenje potrošnje vode ostavilo je traga na strukturi cjelokupnog biljnog organizma.

Da bi se nadoknadio gubitak vode usled isparavanja, velika količina vode mora se kontinuirano dopremati u postrojenje. Dva procesa koja se kontinuirano odvijaju u biljci - ulazak i isparavanje vode - nazivaju se vodni bilans biljaka. Za normalan rast i razvoj biljaka potrebno je da potrošnja vode približno odgovara dotoku, odnosno da biljka bez velikog deficita smanjuje ravnotežu vode. Da bi to postigla, biljka je procesom prirodne selekcije razvila adaptacije da apsorbuje vodu (kolosalno razvijen korenov sistem), da pomera vodu (poseban provodni sistem) i da smanji isparavanje (sistem pokrovnih tkiva i sistem automatski zatvaranje stomatalnih otvora).

I pored svih ovih prilagodbi, biljka često doživljava deficit vode, odnosno snabdevanje vodom nije uravnoteženo njenom potrošnjom tokom procesa transpiracije.

Fiziološki poremećaji se javljaju u različitim biljkama sa različitim stepenom nedostatka vode. Postoje biljke koje su u procesu evolucije razvile različite adaptacije da podnose dehidraciju (biljke otporne na sušu). Razjašnjenje fizioloških karakteristika koje određuju otpornost biljaka na nedostatak vode najvažniji je zadatak, čije je rješenje od velike ne samo teorijske, već i poljoprivredno-praktične važnosti. Istovremeno, da bi se to riješilo, potrebno je poznavati sve aspekte izmjene vode u biljnom organizmu.

Voda je najčešće jedinjenje na Zemlji iu živim organizmima. Sadržaj vode u stanicama ovisi o prirodi metaboličkih procesa: što su intenzivniji, to je veći sadržaj vode.

U prosjeku, ćelije odrasle osobe sadrže 60-70% vode. Gubitkom od 20% vode organizmi umiru. Bez vode čovjek može živjeti najviše 7 dana, a bez hrane ne više od 40 dana.

Rice. 4.1. Prostorna struktura molekule vode (H 2 O) i formiranje vodonične veze

Molekul vode (H 2 O) sastoji se od dva atoma vodika, koji su kovalentno vezani za atome kiseonika. Molekula je polarna jer je savijena pod kutom i jezgro atoma kisika vuče zajedničke elektrone prema tom kutu, tako da kisik dobiva djelomično negativan naboj, a atomi vodika koji se nalaze na otvorenim krajevima imaju djelomično pozitivan naboj. . Molekuli vode su u stanju da privlače jedni druge pozitivnim i negativnim nabojima, formirajući vodoničnu vezu (Sl. 4.1.).

Hvala za jedinstvena struktura molekule vode i njihovu sposobnost da se međusobno vežu pomoću vodoničnih veza, voda ima niz svojstava koja određuju njenu važnu ulogu u ćeliji i tijelu.

Vodikove veze određuju relativno visoke temperature ključanja i isparavanja, visoki toplinski kapacitet i toplinsku provodljivost vode, te svojstvo univerzalnog rastvarača.

Vodikove veze su 15-20 puta slabije od kovalentnih. U tečnom stanju nastaju i raskidaju vodonične veze, što određuje kretanje molekula vode i njenu fluidnost.

Biološka uloga H 2 O

Voda određuje fizička svojstvaćelije - njen volumen, elastičnost (turgor). Ćelija sadrži 95-96% slobodne vode i 4-5% vezane vode. Vezana voda formira vodene (solvatne) ljuske oko određenih spojeva (na primjer, proteina), sprečavajući ih da međusobno djeluju.

Besplatna voda je dobar rastvarač za mnoge anorganske i organske polarne supstance. Supstance koje su dobro rastvorljive u vodi nazivaju se hidrofilna. Na primjer, alkoholi, kiseline, plinovi, većina soli natrijuma i kalija, itd. Za hidrofilne tvari, energija veze između njihovih atoma je manja od energije privlačenja ovih atoma za molekule vode. Stoga se njihovi molekuli ili ioni lako integriraju u opći sistem vodoničnih veza vode.

Voda kao univerzalni rastvarač igra izuzetno važnu ulogu, jer se većina hemijskih reakcija odvija u vodenim rastvorima. Prodiranje tvari u ćeliju i uklanjanje otpadnih tvari iz nje u većini slučajeva moguće je samo u otopljenom obliku.

Voda ne otapa nepolarne (bez naboja) tvari jer s njima ne može formirati vodikove veze. Supstance koje su nerastvorljive u vodi nazivaju se hidrofobna . To uključuje masti, supstance slične mastima, polisaharide i gumu.

Neki organski molekuli imaju dvostruka svojstva: u nekim područjima imaju polarne grupe, au drugim - nepolarne. Takve supstance se nazivaju amfipatski ili amfifilni. To uključuje proteine, masne kiseline, fosfolipide, nukleinske kiseline. Amfifilna jedinjenja igraju važnu ulogu u organizaciji bioloških membrana i složenih supramolekularnih struktura.

Voda je direktno uključena u reakcije hidroliza– razlaganje organskih jedinjenja. U tom slučaju, pod djelovanjem posebnih enzima, slobodnim valencijama organskih molekula dodaju se joni OH. - i N + vode. Kao rezultat, nastaju nove tvari s novim svojstvima.

Voda ima visok toplotni kapacitet (tj. sposobnost da apsorbuje toplotu uz manje promene sopstvene temperature) i dobru toplotnu provodljivost. Zahvaljujući ovim svojstvima, temperatura unutar ćelije (i tijela) se održava na određenom nivou uprkos značajnim promjenama temperature okoline.

Bitan biološki značaj Za funkcioniranje biljaka i hladnokrvnih životinja, voda može mijenjati svoja svojstva, posebno tačke smrzavanja i ključanja, pod utjecajem otopljenih tvari (ugljikohidrati, glicerol).

Svojstva vode su toliko važna za žive organizme da je nemoguće zamisliti postojanje života, kakvog poznajemo, ne samo na Zemlji, već i na bilo kojoj drugoj planeti bez dovoljnog zaliha vode.

MINERALNA SOL

Mogu biti u otopljenom ili neotopljenom stanju. Molekule mineralnih soli u vodenom rastvoru se razlažu na katione i anjone.

Vitalna aktivnost biljnih ćelija, tkiva i organa određena je prisustvom vode. Voda je konstitutivna supstanca. Određujući strukturu citoplazme ćelija i njenih organela, zbog polariteta molekula, otapalo je organskih i neorganskih jedinjenja uključenih u metabolizam, i deluje kao pozadinsko okruženje u kojem se odvijaju svi biohemijski procesi. Lako prodirući kroz ćelijske membrane i membrane, voda slobodno cirkuliše kroz biljku, osiguravajući prijenos tvari i na taj način promovirajući jedinstvo metaboličkih procesa u tijelu. Zbog svoje visoke prozirnosti, voda ne ometa upijanje solarna energija hlorofil.

Stanje vode u biljnim ćelijama

Voda u ćeliji dolazi u nekoliko oblika koji se suštinski razlikuju. Glavne su konstitucijska, solvatna, kapilarna i rezervna voda.

Neki od molekula vode koji ulaze u ćeliju formiraju vodikove veze s brojnim molekularnim radikalima organska materija. Sljedeći radikali posebno lako formiraju vodikove veze:

Ovaj oblik vode se obično naziva ustavne . Sadrži ga ćelija snage do 90 hiljada barela.

Zbog činjenice da su molekuli vode dipoli, formiraju integralne agregate s nabijenim molekulima organskih tvari. Takva voda, vezana za molekule organskih supstanci u citoplazmi silama električne privlačnosti, naziva se solvat . U zavisnosti od vrste biljne ćelije, udio solvatne vode čini od 4 do 50% njene ukupne količine. Solvatna voda, kao i konstitutivna voda, nema pokretljivost i nije rastvarač.

Značajan dio ćelijske vode je kapilarni , budući da se nalazi u šupljinama između makromolekula. Solvat i kapilarnu vodu drži ćelija uz pomoć sile koja se naziva matrični potencijal. To je jednako 15-150 bara.

Rezerva naziva se voda koja se nalazi unutar vakuola. Sadržaj vakuola je rastvor šećera, soli i niza drugih supstanci. Stoga, rezervnu vodu ćelija zadržava silom koja je određena veličinom osmotskog potencijala vakuolnog sadržaja.

Apsorpcija vode biljnim ćelijama

Kako u ćelijama nema aktivnih nosača za molekule vode, njeno kretanje u i iz ćelije, kao i između susednih ćelija, odvija se samo po zakonima difuzije. Stoga su gradijenti koncentracije otopljene tvari glavni pokretači molekula vode.

Biljne ćelije, u zavisnosti od starosti i stanja, apsorbuju vodu uz pomoć sekvencijalnog aktiviranja tri mehanizma: imbibicije, solvatacije i osmoze.

Imbibicija . Kada sjeme proklija, počinje upijati vodu kroz mehanizam upijanja. U tom slučaju se popunjavaju prazne vodikove veze organskih tvari protoplasta, a voda aktivno ulazi u ćeliju iz okoline. U poređenju s drugim silama koje djeluju u ćelijama, imbibicijske sile su kolosalne. Za neke vodonične veze one dostižu vrijednost od 90 hiljada barela. U tom slučaju sjeme može nabubriti i klijati na relativno suvim tlima. Nakon što se popune sve prazne vodonične veze, upijanje prestaje i aktivira se sljedeći mehanizam apsorpcije vode.

Rešenje . Tokom procesa solvatacije dolazi do apsorpcije vode izgradnjom hidratacijskih slojeva oko molekula organskih tvari protoplasta. Ukupan sadržaj vode u ćeliji nastavlja da raste. Intenzitet solvatacije značajno zavisi od hemijski sastav protoplast. Što je više hidrofilnih supstanci u ćeliji, to se potpunije koriste sile solvatacije. Hidrofilnost se smanjuje redom: proteini -> ugljikohidrati -> masti. Dakle, najveću količinu vode po jedinici težine apsorbuje sjemenke proteina (grašak, grašak, pasulj) solvatacijom, srednju količinu apsorbira škrob (pšenica, raž), a najmanju količinu apsorbira sjemenke uljarica (lan, suncokret). ).

Silovacijske sile su inferiornije u snazi od sila imbibicije, ali su i dalje prilično značajne i dostižu 100 bara. Do kraja procesa solvatacije, sadržaj vode u ćeliji je toliko velik da kapilarna vlaga nestaje i počinju se pojavljivati vakuole. Međutim, od trenutka njihovog formiranja solvatacija prestaje, a daljnja apsorpcija vode moguća je samo zahvaljujući osmotskom mehanizmu.

Osmoza . Osmotski mehanizam apsorpcije vode djeluje samo u stanicama koje imaju vakuolu. Smjer kretanja vode određen je odnosom osmotskih potencijala rastvora uključenih u osmotski sistem.

Osmotski potencijal ćelijskog soka se označava sa R, određena formulom:

R = iRCT,

Gdje R - osmotski potencijal ćelijskog soka

R- gasna konstanta jednaka 0,0821;

T - temperatura na Kelvinovoj skali;

i- izotonični koeficijent koji ukazuje na karakter elektrolitička disocijacija rastvorene supstance.

Sam izotonični koeficijent je jednak

I= 1 + α ( n + 1),

gdje je α - stepen elektrolitičke disocijacije;

P - broj jona na koje se molekul disocira. Za neelektrolite P = 1.

Osmotski potencijal zemljišne otopine obično se označava grčkim slovom π.

Molekuli vode se uvijek kreću iz sredine sa nižim osmotskim potencijalom u okruženje sa višim osmotskim potencijalom. Dakle, ako je ćelija u zemljišnom (vanjskom) rastvoru na P>π, tada voda ulazi u ćelije. Protok vode u ćeliju prestaje kada se osmotski potencijali potpuno izjednače (vakuolarni sok na ulazu u apsorpciju vode je razrijeđen) ili kada ćelijska membrana dosegne granice rastezljivosti.

Dakle, ćelije primaju vodu iz okoline samo pod jednim uslovom: osmotski potencijal ćelijskog soka mora biti veći od osmotskog potencijala okolnog rastvora.

Ako R< π, dolazi do oticanja vode iz ćelije u spoljašnji rastvor. Tokom gubitka vode, volumen protoplasta se postepeno smanjuje, udaljava se od ljuske, a u ćeliji se pojavljuju male šupljine. Ovo stanje se zove Plazmoliza . Faze plazmolize prikazane su na Sl. 3.18.

Ako omjer osmotskih potencijala odgovara uvjetu P = π, difuzija molekula vode uopće ne dolazi.

Veliki broj činjeničnog materijala ukazuje da osmotski potencijal soka biljne ćelije varira u prilično širokim granicama. U poljoprivrednim biljkama, u ćelijama korena obično leži u amplitudi od 5-10 bara, u ćelijama lista može porasti do 40 bara, au ćelijama ploda - do 50 bara. U slatinama, osmotski potencijal staničnog soka dostiže 100 bara.

Rice. 3.18.

A - ćelija u turgorskom stanju; B - ugao; B - konkavna; G - konveksan; D - konvulzivna; E - kap. 1 - školjka; 2 - vakuola; 3 - citoplazma; 4 - jezgro; 5 - Hecht threads

Voda se nalazi u živim ćelijama, mrtvim elementima ksilema i međućelijskim prostorima. U međućelijskim prostorima voda je u stanju pare. Glavni organi za isparavanje biljke su listovi. S tim u vezi, prirodno je da najveća količina vode ispunjava međućelijske prostore listova. U tečnom stanju voda se nalazi u različitim dijelovima ćelije: ćelijskoj membrani, vakuoli, protoplazmi. Vakuole su najbogatiji dio ćelije, gdje njen sadržaj dostiže 98%. Pri najvećem sadržaju vode, sadržaj vode u protoplazmi je 95%. Najmanji sadržaj vode karakterističan je za ćelijske membrane. Kvantitativno određivanje sadržaja vode u ćelijskim membranama je teško; čini se da se kreće od 30 do 50%.

Različiti su i oblici vode u različitim dijelovima biljne ćelije. U vakuolarnom ćelijskom soku dominira voda zadržana spojevima relativno niske molekularne težine (osmotski vezana) i slobodna voda. U ljusci biljne ćelije voda je vezana uglavnom visokopolimernim spojevima (celuloza, hemiceluloza, pektinske tvari), odnosno koloidno vezana voda. U samoj citoplazmi nalazi se slobodna voda, koloidno i osmotski vezana. Voda koja se nalazi na udaljenosti do 1 nm od površine proteinske molekule je čvrsto vezana i nema pravilnu heksagonalnu strukturu (koloidno vezana voda). Osim toga, u protoplazmi postoji određena količina jona, pa je dio vode osmotski vezan.

Fiziološki značaj slobodne i vezane vode je različit. Većina istraživača vjeruje da intenzitet fizioloških procesa, uključujući stope rasta, prvenstveno ovisi o sadržaju slobodne vode. Postoji direktna korelacija između sadržaja vezane vode i otpornosti biljaka na nepovoljne vanjske uslove. Ove fiziološke korelacije se ne primjećuju uvijek.

Biljna ćelija upija vodu u skladu sa zakonima osmoze. Osmoza nastaje kada su prisutna dva sistema sa različitim koncentracijama supstanci kada su povezani pomoću polupropusne membrane. U ovom slučaju, prema zakonima termodinamike, dolazi do izjednačavanja koncentracija zbog tvari za koju je membrana propusna.

Kada se posmatraju dva sistema sa različitim koncentracijama osmotski aktivnih supstanci, proizilazi da je izjednačavanje koncentracija u sistemima 1 i 2 moguće samo zbog kretanja vode. U sistemu 1 koncentracija vode je veća, pa se protok vode usmjerava iz sistema 1 u sistem 2. Kada se postigne ravnoteža, stvarni protok će biti nula.

Biljna ćelija se može smatrati osmotskim sistemom. Ćelijski zid koji okružuje ćeliju ima određenu elastičnost i može se rastegnuti. U vakuoli se nakupljaju tvari rastvorljive u vodi (šećeri, organske kiseline, soli) koje imaju osmotsku aktivnost. Tonoplast i plazma membrana u ovom sistemu obavljaju funkciju polupropusne membrane, budući da su ove strukture selektivno propusne i voda kroz njih prolazi mnogo lakše od tvari otopljenih u ćelijskom soku i citoplazmi. U tom smislu, ako ćelija uđe u okruženje u kojem je koncentracija osmotska aktivne supstanceće biti manja od koncentracije unutar ćelije (ili je ćelija stavljena u vodu), voda, prema zakonima osmoze, mora ući u ćeliju.

Sposobnost molekula vode da se kreću s jednog mjesta na drugo mjeri se potencijalom vode (Ψw). Prema zakonima termodinamike, voda se uvijek kreće iz područja većeg potencijala vode u područje nižeg potencijala.

Potencijal vode(Ψ in) je indikator termodinamičkog stanja vode. Molekuli vode imaju kinetičku energiju; u tekućinama i vodenoj pari kreću se nasumično. Potencijal vode je veći u sistemu gdje je koncentracija molekula veća i njihova ukupna kinetička energija veća. Čista (destilirana) voda ima maksimalan potencijal vode. Potencijal vode takvog sistema se konvencionalno uzima kao nula.

Jedinica za mjerenje potencijala vode su jedinice tlaka: atmosfere, paskali, bari:

1 Pa = 1 N/m 2 (N-njutn); 1 bar=0,987 atm=10 5 Pa=100 kPa;

1 atm = 1,0132 bara; 1000 kPa = 1 MPa

Kada se druga tvar otopi u vodi, koncentracija vode opada, kinetička energija molekula vode opada, a potencijal vode opada. U svim rastvorima potencijal vode je manji od potencijala čiste vode, tj. pod standardnim uslovima izražava se kao negativna vrednost. Ovo smanjenje se kvantitativno izražava vrijednošću tzv osmotski potencijal(Ψ osm.). Osmotski potencijal je mjera smanjenja potencijala vode zbog prisustva otopljenih tvari. Što je više otopljenih molekula u otopini, to je osmotski potencijal niži.

Kada voda uđe u ćeliju, njena veličina se povećava, a hidrostatički pritisak unutar ćelije se povećava, što prisiljava plazmalemu da pritisne zid ćelije. Ćelijska membrana, zauzvrat, vrši povratni pritisak, koji karakteriše potencijal pritiska(Ψ pritisak) ili hidrostatički potencijal, obično je pozitivan i što je veći to je više vode u ćeliji.

Dakle, vodeni potencijal ćelije zavisi od koncentracije osmotski aktivnih supstanci – osmotskog potencijala (Ψ osm.) i od potencijala pritiska (Ψ pritiska).

Pod uslovom da voda ne vrši pritisak na ćelijsku membranu (stanje plazmolize ili uvenuća), povratni pritisak ćelijske membrane je nula, potencijal vode jednak je osmotskom:

Ψ c. = Ψ osm.

Kako voda ulazi u ćeliju, javlja se povratni pritisak iz ćelijske membrane; potencijal vode će biti jednak razlici između osmotskog potencijala i potencijala pritiska:

Ψ c. = Ψ osm. + Ψ pritisak

Razlika između osmotskog potencijala ćelijskog soka i povratnog pritiska stanične membrane određuje protok vode u svakom trenutku.

Pod uslovom da je ćelijska membrana istegnuta do granice, osmotski potencijal je potpuno uravnotežen povratnim pritiskom stanične membrane, vodeni potencijal postaje nula i voda prestaje da teče u ćeliju:

- Ψ osm. = Ψ pritisak , Ψ c. = 0

Voda uvijek teče prema negativnijem vodenom potencijalu: iz sistema u kojem ima više energije u sistem u kojem ima manje energije.

Voda također može ući u ćeliju zbog sile oticanja. Proteini i druge tvari koje čine ćeliju, imaju pozitivno i negativno nabijene grupe, privlače vodene dipole. Stanični zid, koji sadrži hemiceluloze i pektinske tvari, te citoplazma, u kojoj visokomolekularna polarna jedinjenja čine oko 80% suhe mase, sposobni su za bubrenje. Voda prodire u strukturu bubrenja difuzijom; kretanje vode prati gradijent koncentracije. Snaga bubrenja se označava terminom matrični potencijal(Ψ mat.). Zavisi od prisutnosti komponenti visoke molekularne težine u ćeliji. Potencijal matrice je uvijek negativan. Velika važnostΨ mat. nastaje kada vodu apsorbiraju strukture koje nemaju vakuole (sjemenke, meristemske ćelije).

Voda je najčešća hemijsko jedinjenje na Zemlji, njegova masa je najveća u živom organizmu. Procjenjuje se da voda čini 85%. ukupna masa prosječna statistička ćelija. Dok u ljudskim ćelijama vode u prosjeku iznosi oko 64%. Međutim, sadržaj vode u različite ćelije može značajno varirati: od 10% u ćelijama zubne cakline do 90% u embrionalnim ćelijama sisara. Štaviše, mlade ćelije sadrže više vode od starih. Tako u ćelijama bebe voda čini 86%, u ćelijama starije osobe samo 50%.

Kod muškaraca, sadržaj vode u ćelijama je u prosjeku 63%, kod žena - nešto manje od 52%. Šta uzrokuje ovo? Ispostavilo se da je sve jednostavno. Žensko tijelo sadrži puno masnog tkiva, čije ćelije imaju malo vode. Zbog toga je sadržaj vode u ženskom tijelu otprilike 6-10% manji nego u muškom tijelu.

Jedinstvena svojstva vode su posljedica strukture njene molekule. Iz vašeg kursa hemije znate da je različita elektronegativnost atoma vodika i kisika razlog za stvaranje polarne kovalentne veze u molekuli vode. Molekul vode ima oblik trokuta (87), u kojem su električni naboji asimetrično locirani, i predstavlja dipol (zapamtite definiciju ovog pojma).

Zbog elektrostatičke privlačnosti atoma vodika jedne molekule vode prema atomu kisika druge molekule, između molekula vode nastaju vodikove veze.

Razmatraju se karakteristike strukture i fizike. Hemijska svojstva voda (sposobnost vode da bude univerzalni rastvarač, varijabilne gustine, velikog toplotnog kapaciteta, velikog površinski napon, fluidnost, kapilarnost itd.), određujući njen biološki značaj.

Koje funkcije voda obavlja u tijelu?Voda je rastvarač. Polarna struktura molekule vode objašnjava njena svojstva kao rastvarača. Molekuli vode stupaju u interakciju s kemijskim tvarima čiji elementi imaju elektrostatičke veze i razlažu ih na anione i katione, što dovodi do kemijskih reakcija. Kao što je poznato, mnogi hemijske reakcije javlja se samo u vodenom rastvoru. Istovremeno, sama voda ostaje inertna, pa se može više puta koristiti u tijelu. Voda služi kao transportni medij razne supstance unutar tijela. Osim toga, konačni produkti metabolizma se izlučuju iz tijela uglavnom u otopljenom obliku.

Postoje dvije glavne vrste rješenja u živim bićima. (Zapamtite klasifikaciju rješenja.)

Takozvano pravo rješenje, kada su molekuli rastvarača iste veličine kao i molekuli rastvorljive supstance, oni se rastvaraju. Kao rezultat, dolazi do disocijacije i formiranja jona. U ovom slučaju, rastvor je homogen i, naučno rečeno, sastoji se od jedne - tečne faze. Tipični primjeri su otopine mineralnih soli, kiselina ili alkalija. Budući da takve otopine sadrže nabijene čestice, sposobne su za provodljivost struja i elektroliti su, kao i sve otopine koje se nalaze u tijelu, uključujući krv kralježnjaka, koja sadrži mnoge mineralne soli.

Koloidna otopina je slučaj u kojem su molekuli otapala mnogo manje veličine od molekula otopljene tvari. U takvim otopinama, čestice tvari, koje se nazivaju koloidne, slobodno se kreću u stupcu vode, jer sila njihovog privlačenja ne prelazi snagu njihovih veza s molekulima otapala. Takvo rješenje se smatra heterogenim, odnosno sastoji se od dvije faze - tekuće i čvrste. Sve biološke tekućine su mješavine koje uključuju prave i koloidne otopine, jer sadrže i mineralne soli i velike molekule (na primjer, proteine) koji imaju svojstva koloidnih čestica. Stoga citoplazma bilo koje stanice, krv ili limfa životinja i mlijeko sisara istovremeno sadrže ione i koloidne čestice.

Kao što se vjerovatno sjećate, biološki sistemi poštuju sve zakone fizike i hemije, pa se fizičke pojave uočavaju u biološkim otopinama koje igraju značajnu ulogu u životu organizama.

Svojstva vode

Difuzija (od latinskog Diffusion - širenje, širenje, raspršivanje) u biološkim rastvorima se manifestuje kao težnja ka izjednačavanju koncentracije strukturnih čestica rastvorenih supstanci (jona i koloidnih čestica), što u konačnici dovodi do ujednačene raspodele supstance u rješenje. Zahvaljujući difuziji, mnoga jednoćelijska stvorenja se hrane, kiseonik i hranljive materije se transportuju kroz telo životinja u nedostatku cirkulacijskog i respiratornog sistema (zapamtite kakve su to životinje). Osim toga, transport mnogih tvari do stanica odvija se upravo difuzijom.

Drugi fizički fenomen- osmoza (od grčkog Osmosis - guranje, pritisak) - kretanje rastvarača kroz polupropusnu membranu. Osmoza uzrokuje kretanje vode iz otopine s niskom koncentracijom otopljene tvari i visokim sadržajem H20 u otopinu s visokom koncentracijom otopljene tvari i niskim sadržajem vode. IN biološki sistemi to nije ništa drugo do transport vode na ćelijskom nivou. Zbog toga osmoza igra značajnu ulogu u mnogim biološkim procesima. Snaga osmoze osigurava kretanje vode u biljnim i životinjskim organizmima, tako da njihove stanice primaju hranjive tvari i održavaju stalan oblik. Treba napomenuti da što je veća razlika u koncentraciji neke supstance, to je veći osmotski pritisak. Stoga, ako se ćelije stave u hipotonični rastvor, one će nabubriti i puknuti zbog naglog protoka vode.