Ceea ce determină conținutul diferit de apă dintr-o celulă. Apa, rolul ei în celulă și organism. Absorbția apei de către celulele vegetale

Conținutul de apă din diferite organe ale plantelor variază în limite destul de largi. Acesta variază în funcție de condițiile de mediu, vârsta și tipul plantelor. Astfel, conținutul de apă din frunzele de salată este de 93-95%, porumb - 75-77%. Cantitatea de apă variază în diferite organe ale plantei: frunzele de floarea soarelui conțin 80-83% apă, tulpini - 87-89%, rădăcini - 73-75%. Conținutul de apă de 6-11% este tipic în principal pentru semințele uscate la aer, în care procesele vitale sunt inhibate.

Apa este conținută în celulele vii, elementele de xilem moarte și spațiile intercelulare. În spațiile intercelulare, apa este în stare de vapori. Principalele organe de evaporare ale plantei sunt frunzele. În acest sens, este firesc ca cea mai mare cantitate de apă să umple spațiile intercelulare ale frunzelor. În stare lichidă, apa se găsește în diferite părți ale celulei: membrana celulară, vacuola, citoplasmă. Vacuolele sunt partea cea mai bogată în apă a celulei, unde conținutul său ajunge la 98%. La cel mai mare conținut de apă, conținutul de apă din citoplasmă este de 95%. Cel mai scăzut conținut de apă este caracteristic membranelor celulare. Determinarea cantitativă a conținutului de apă din membranele celulare este dificilă; se pare că variază de la 30 la 50%.

Forme ale apei în diferite părți celula vegetală sunt de asemenea diferite. Seva celulelor vacuolare este dominată de apa reținută de compuși cu greutate moleculară relativ mică (legați osmotic) și apă liberă. În învelișul unei celule vegetale, apa este legată în principal de compuși cu conținut ridicat de polimeri (celuloză, hemiceluloză, substanțe pectinice), adică apă legată de coloizi. În citoplasmă însăși există apă liberă, legată coloidal și osmotic. Apa situată la o distanță de până la 1 nm de suprafața moleculei proteice este strâns legată și nu are o structură hexagonală regulată (apă legată coloidal). În plus, există o anumită cantitate de ioni în citoplasmă și, prin urmare, o parte din apă este legată osmotic.

Semnificația fiziologică a apei libere și a apei legate este diferită. Potrivit majorității cercetătorilor, intensitatea proceselor fiziologice, inclusiv ratele de creștere, depinde în primul rând de conținutul de apă liberă. Există o corelație directă între conținutul de apă legată și rezistența plantelor la condițiile externe nefavorabile. Aceste corelații fiziologice nu sunt întotdeauna observate.

Pentru existența lor normală, celulele și organismul vegetal în ansamblu trebuie să conțină o anumită cantitate de apă. Cu toate acestea, acest lucru este ușor de fezabil numai pentru plantele care cresc în apă. Pentru plantele terestre, această sarcină este complicată de faptul că apa din corpul plantei se pierde continuu prin evaporare. Evaporarea apei de către plantă atinge proporții enorme. Putem da următorul exemplu: o plantă de porumb evaporă până la 180 kg de apă în timpul sezonului de vegetație și 1 hectar de pădure în America de Sud se evaporă în medie 75 mii kg de apă pe zi. Consumul uriaș de apă se datorează faptului că majoritatea plantelor au o suprafață de frunze semnificativă situată într-o atmosferă nesaturată cu vapori de apă. Totodată, dezvoltarea unei suprafețe extinse de frunze este necesară și dezvoltată în procesul de evoluție îndelungată pentru a asigura o alimentație normală cu dioxid de carbon conținut în aer într-o concentrație nesemnificativă (0,03%). În celebra sa carte „Lupta plantelor împotriva secetei”, K.A. Timiryazev a subliniat că contradicția dintre nevoia de a captura dioxid de carbon iar reducerea consumului de apă a lăsat o amprentă asupra structurii întregului organism vegetal.

Pentru a compensa pierderile de apă din cauza evaporării, o cantitate mare din aceasta trebuie să fie furnizată în mod continuu plantei. Două procese care au loc continuu într-o plantă - intrarea și evaporarea apei - sunt numite echilibrul hidric al plantelor. Pentru creșterea și dezvoltarea normală a plantelor, este necesar ca consumul de apă să corespundă aproximativ cu afluxul sau, cu alte cuvinte, ca planta să își reducă echilibrul hidric fără un deficit mare. Pentru a face acest lucru, planta, prin procesul de selecție naturală, a dezvoltat adaptări pentru a absorbi apa (sistem radicular dezvoltat colosal), pentru a muta apa (sistem special de conducere) și pentru a reduce evaporarea (sistem de țesuturi tegumentare și un sistem de automatizare). închiderea deschiderilor stomatice).

În ciuda tuturor acestor adaptări, planta întâmpină adesea un deficit de apă, adică aprovizionarea cu apă nu este echilibrată de consumul acesteia în timpul procesului de transpirație.

Tulburările fiziologice apar la diferite plante cu diferite grade de deficit de apă. Există plante care, în procesul de evoluție, au dezvoltat diverse adaptări pentru a tolera deshidratarea (plante rezistente la secetă). Clarificarea caracteristicilor fiziologice care determină rezistența plantelor la deficitul de apă este cea mai importantă sarcină, a cărei soluție are o mare importanță nu numai teoretică, ci și practică agricolă. În același timp, pentru a o rezolva, este necesară cunoașterea tuturor aspectelor schimbului de apă într-un organism vegetal.

Apa este cel mai comun compus de pe Pământ și în organismele vii. Conținutul de apă din celule depinde de natura proceselor metabolice: cu cât acestea sunt mai intense, cu atât este mai mare conținutul de apă.

În medie, celulele unui adult conțin 60-70% apă. Cu o pierdere de 20% din apă, organismele mor. O persoană nu poate trăi mai mult de 7 zile fără apă, în timp ce fără mâncare nu mai mult de 40 de zile.

Orez. 4.1. Structura spațială a unei molecule de apă (H 2 O) și formarea unei legături de hidrogen

O moleculă de apă (H 2 O) este formată din doi atomi de hidrogen, care sunt legați covalent de atomi de oxigen. Molecula este polară deoarece este îndoită într-un unghi, iar nucleul atomului de oxigen trage electronii împărtășiți spre acest unghi, astfel încât oxigenul capătă o sarcină negativă parțială, iar atomii de hidrogen situati la capete deschise - parțial sarcini pozitive. Moleculele de apă sunt capabile să se atragă între ele cu sarcini pozitive și negative, formându-se legătură de hidrogen (Fig. 4.1.).

Datorită structură unică moleculele de apă și capacitatea lor de a se lega între ele folosind legături de hidrogen, apa are o serie de proprietăți care îi determină rol importantîn celulă și corp.

Legăturile de hidrogen provoacă relativ temperaturi ridicate fierbere și evaporare, capacitate ridicată de căldură și conductivitate termică a apei, proprietatea unui solvent universal.

Legăturile de hidrogen sunt de 15-20 de ori mai slabe decât legăturile covalente. În stare lichidă, se formează și se rup legăturile de hidrogen, ceea ce determină mișcarea moleculelor de apă și fluiditatea acesteia.

Rolul biologic H2O

Apa determină proprietăți fizice celule - volumul său, elasticitatea (turgul). Celula conține 95-96% apă liberă și 4-5% apă legată. Apa legată formează învelișuri apoase (solvat) în jurul anumitor compuși (de exemplu, proteine), împiedicându-i să interacționeze între ei.

Apă gratuită este un solvent bun pentru multe substanțe polare anorganice și organice. Substanțele care sunt foarte solubile în apă se numesc hidrofil. De exemplu, alcooli, acizi, gaze, majoritatea sărurilor de sodiu, potasiu etc. Pentru substanțele hidrofile, energia de legătură dintre atomii lor este mai mică decât energia de atracție a acestor atomi la moleculele de apă. Prin urmare, moleculele sau ionii lor sunt ușor de integrat în sistemul general de legături de hidrogen al apei.

Apa ca solvent universal joacă un rol extrem de important, deoarece majoritatea reacțiilor chimice au loc în soluții apoase. Pătrunderea substanțelor în celulă și îndepărtarea deșeurilor din aceasta în cele mai multe cazuri este posibilă numai în formă dizolvată.

Apa nu dizolvă substanțele nepolare (nepurtoare de sarcină), deoarece nu poate forma legături de hidrogen cu acestea. Substanțele care sunt insolubile în apă se numesc hidrofob . Acestea includ grăsimi, substanțe asemănătoare grăsimilor, polizaharide și cauciuc.

Unele molecule organice au proprietăți duble: în unele zone au grupări polare, iar în altele - nepolare. Astfel de substanțe sunt numite amfipatic sau amfifil. Acestea includ proteine, acizi grași, fosfolipide, acizi nucleici. Compușii amfifilici joacă un rol important în organizarea membranelor biologice și a structurilor supramoleculare complexe.

Apa este direct implicată în reacții hidroliză– despicare compuși organici. În acest caz, sub acțiunea unor enzime speciale, la valențele libere ale moleculelor organice se adaugă ionii OH. - si N + apă. Ca rezultat, se formează noi substanțe cu proprietăți noi.

Apa are o capacitate termică mare (adică capacitatea de a absorbi căldura cu modificări minore ale propriei temperaturi) și o conductivitate termică bună. Datorită acestor proprietăți, temperatura din interiorul celulei (și a corpului) este menținută la un anumit nivel în ciuda schimbărilor semnificative ale temperaturii ambientale.

Important semnificație biologică Pentru funcționarea plantelor și animalelor cu sânge rece, apa își poate modifica proprietățile, în special punctele de îngheț și de fierbere, sub influența substanțelor dizolvate (glucide, glicerol).

Proprietățile apei sunt atât de importante pentru organismele vii, încât este imposibil să ne imaginăm existența vieții, așa cum o cunoaștem, nu numai pe Pământ, ci și pe orice altă planetă fără o cantitate suficientă de apă.

SARE MINERALĂ

Ele pot fi în stare dizolvată sau nedizolvată. Molecule de săruri minerale în soluție apoasă se descompun în cationi și anioni.

Activitatea vitală a celulelor, țesuturilor și organelor plantelor este determinată de prezența apei. Apa este o substanță constituțională. Determinarea structurii citoplasmei celulelor și a organelelor sale, datorită polarității moleculelor, este un solvent de substanțe organice și compuși anorganici, implicat în metabolism și acționează ca un mediu de fundal în care au loc toate procesele biochimice. Pătrunzând ușor prin membranele și membranele celulare, apa circulă liber în întreaga plantă, asigurând transferul de substanțe și promovând astfel unitatea proceselor metabolice ale organismului. Datorită transparenței sale ridicate, apa nu interferează cu absorbția energie solară clorofilă.

Starea apei în celulele vegetale

Apa într-o celulă vine în mai multe forme care sunt fundamental diferite. Principalele sunt apa constituțională, solvată, capilară și de rezervă.

Unele dintre moleculele de apă care intră în celulă formează legături de hidrogen cu un număr de radicali moleculari materie organică. Următorii radicali formează legături de hidrogen în mod deosebit ușor:

Această formă de apă este numită în mod obișnuit constituţional . Este conținut de celula cu o rezistență de până la 90 de mii de butoaie.

Datorită faptului că moleculele de apă sunt dipoli, ele formează agregate integrale cu molecule încărcate de substanțe organice. O astfel de apă, legată de moleculele substanțelor organice din citoplasmă prin forțe de atracție electrică, se numește solvat . În funcție de tipul de celulă vegetală, ponderea apei solvatate reprezintă de la 4 până la 50% din cantitatea sa totală. Apa solvată, ca și apa constituțională, nu are mobilitate și nu este un solvent.

O parte semnificativă din apa celulei este capilar , întrucât se află în cavităţile dintre macromolecule. Solvatul și apa capilară sunt reținute de celulă cu o forță numită potențial de matrice. Este egal cu 15-150 bar.

Rezervaţie numită apa situată în interiorul vacuolelor. Conținutul vacuolelor este o soluție de zaharuri, săruri și o serie de alte substanțe. Prin urmare, apa de rezervă este reținută de celulă cu o forță care este determinată de mărimea potențialului osmotic al conținutului vacuolar.

Absorbția apei de către celulele vegetale

Deoarece nu există purtători activi pentru moleculele de apă în celule, mișcarea acesteia în și în afara celulelor, precum și între celulele învecinate, are loc numai conform legilor difuziei. Prin urmare, gradienții de concentrație de soluți sunt principalii factori pentru moleculele de apă.

Celulele vegetale, in functie de varsta si starea lor, absorb apa prin activarea secventiala a trei mecanisme: imbibatie, solvatare si osmoza.

Imbibiție . Când semințele germinează, ele încep să absoarbă apa prin mecanismul de imbibiție. În acest caz, legăturile de hidrogen libere ale substanțelor organice ale protoplastei sunt umplute, iar apa intră activ în celulă din mediu. În comparație cu alte forțe care acționează în celule, forțele imbibiționale sunt colosale. Pentru unele legături de hidrogen ajung la o valoare de 90 de mii de barili. În acest caz, semințele se pot umfla și germina în soluri relativ uscate. După ce toate legăturile de hidrogen libere sunt umplute, imbibiția se oprește și următorul mecanism de absorbție a apei este activat.

Solvația . În timpul procesului de solvatare, absorbția apei are loc prin construirea de straturi de hidratare în jurul moleculelor de substanțe organice ale protoplastei. Conținutul total de apă al celulei continuă să crească. Intensitatea solvației depinde în mod semnificativ de compozitia chimica protoplast. Cu cât sunt mai multe substanțe hidrofile în celulă, cu atât sunt utilizate mai mult forțele de solvatare. Hidrofilia scade in ordinea: proteine -> carbohidrati -> grasimi. Prin urmare, cea mai mare cantitate de apă pe unitatea de greutate este absorbită de semințele proteice (mazăre, fasole, fasole) prin solvatare, cantitatea intermediară este absorbită de amidon (grâu, secară), iar cea mai mică cantitate este absorbită de semințele oleaginoase (in, floarea soarelui). ).

Forțele de solvație sunt inferioare ca putere față de forțele de imbibiție, dar sunt încă destul de semnificative și ajung la 100 bar. Până la sfârșitul procesului de solvatare, conținutul de apă al celulei este atât de mare încât umiditatea capilară dispare și încep să apară vacuole. Cu toate acestea, din momentul formării lor, solvatarea se oprește, iar absorbția ulterioară a apei este posibilă numai datorită mecanismului osmotic.

Osmoză . Mecanismul osmotic de absorbție a apei funcționează numai în celulele care au o vacuolă. Direcția de mișcare a apei este determinată de raportul potențialelor osmotice ale soluțiilor incluse în sistemul osmotic.

Potențialul osmotic al sevei celulare este notat cu R, determinat de formula:

R = iRCT,

Unde R - potenţialul osmotic al sevei celulare

R- constantă de gaz egală cu 0,0821;

T - temperatura pe scara Kelvin;

i- coeficientul izotonic, indicând caracterul disociere electrolitică substanțe dizolvate.

Coeficientul izotonic în sine este egal cu

Şi= 1 + α ( n + 1),

unde α - gradul de disociere electrolitică;

p - numărul de ioni în care se disociază o moleculă. Pentru non-electroliți n = 1.

Potențialul osmotic al unei soluții de sol este de obicei notat cu litera greacă π.

Moleculele de apă se deplasează întotdeauna dintr-un mediu cu un potențial osmotic mai mic într-un mediu cu un potențial osmotic mai mare. Deci, dacă o celulă se află într-o soluție de sol (externă) la P>π, apoi apa intră în celule. Curgerea apei în celulă se oprește atunci când potențialele osmotice sunt complet egalizate (seva vacuolară de la intrarea în absorbția apei este diluată) sau când membrana celulară atinge limitele extensibilității.

Astfel, celulele primesc apă din mediu doar cu o condiție: potențialul osmotic al sevei celulare trebuie să fie mai mare decât potențialul osmotic al soluției din jur.

În cazul în care R< π, există o ieșire de apă din celulă în soluția externă. În timpul pierderii apei, volumul protoplastei scade treptat, se îndepărtează de înveliș și apar mici cavități în celulă. Această condiție se numește Plasmoliza . Etapele plasmolizei sunt prezentate în Fig. 3.18.

Dacă raportul potențialelor osmotice corespunde condiției P = π, difuzia moleculelor de apă nu are loc deloc.

Un corp mare de material factual indică faptul că potențialul osmotic al sevei celulelor vegetale variază în limite destul de largi. La plantele agricole, în celulele rădăcinilor se află de obicei într-o amplitudine de 5-10 bari, în celulele frunzelor se poate ridica la 40 bari, iar în celulele fructifere - până la 50 bari. La plantele de mlaștină sărată, potențialul osmotic al sevei celulare ajunge la 100 bar.

Orez. 3.18.

A - celulă în stare de turgescență; B - colț; B - concav; G - convex; D - convulsiv; E - cap. 1 - coajă; 2 - vacuol; 3 - citoplasmă; 4 - miez; 5 - Fire Hecht

Apa este conținută în celulele vii, elementele de xilem moarte și spațiile intercelulare. În spațiile intercelulare, apa este în stare de vapori. Principalele organe de evaporare ale plantei sunt frunzele. În acest sens, este firesc ca cea mai mare cantitate de apă să umple spațiile intercelulare ale frunzelor. În stare lichidă, apa se găsește în diferite părți ale celulei: membrana celulară, vacuola, protoplasmă. Vacuolele sunt partea cea mai bogată în apă a celulei, unde conținutul său ajunge la 98%. La cel mai mare conținut de apă, conținutul de apă din protoplasmă este de 95%. Cel mai scăzut conținut de apă este caracteristic membranelor celulare. Determinarea cantitativă a conținutului de apă din membranele celulare este dificilă; se pare că variază de la 30 la 50%.

Formele de apă din diferite părți ale celulei plantei sunt, de asemenea, diferite. Seva celulelor vacuolare este dominată de apa reținută de compuși cu greutate moleculară relativ mică (legați osmotic) și apă liberă. În învelișul unei celule vegetale, apa este legată în principal de compuși cu conținut ridicat de polimeri (celuloză, hemiceluloză, substanțe pectinice), adică apă legată de coloizi. În citoplasmă însăși există apă liberă, legată coloidal și osmotic. Apa situată la o distanță de până la 1 nm de suprafața moleculei proteice este strâns legată și nu are o structură hexagonală regulată (apă legată coloidal). În plus, există o anumită cantitate de ioni în protoplasmă și, prin urmare, o parte din apă este legată osmotic.

Semnificația fiziologică a apei libere și a apei legate este diferită. Majoritatea cercetătorilor consideră că intensitatea proceselor fiziologice, inclusiv ratele de creștere, depinde în primul rând de conținutul de apă liberă. Există o corelație directă între conținutul de apă legată și rezistența plantelor la condițiile externe nefavorabile. Aceste corelații fiziologice nu sunt întotdeauna observate.

O celulă vegetală absoarbe apa conform legilor osmozei. Osmoza apare atunci când sunt prezente două sisteme cu concentrații diferite de substanțe atunci când sunt conectate folosind o membrană semi-permeabilă. În acest caz, conform legilor termodinamicii, egalizarea concentrațiilor are loc datorită substanței pentru care membrana este permeabilă.

Când se consideră două sisteme cu concentrații diferite de substanțe active osmotic, rezultă că egalizarea concentrațiilor în sistemele 1 și 2 este posibilă numai datorită mișcării apei. În sistemul 1, concentrația de apă este mai mare, astfel încât fluxul de apă este direcționat din sistemul 1 către sistemul 2. Când se atinge echilibrul, debitul real va fi zero.

O celulă vegetală poate fi considerată un sistem osmotic. Peretele celular din jurul celulei are o anumită elasticitate și se poate întinde. Substantele solubile in apa (zaharuri, acizi organici, saruri) care au activitate osmotica se acumuleaza in vacuol. Tonoplasta și membrana plasmatică îndeplinesc funcția unei membrane semi-permeabile în acest sistem, deoarece aceste structuri sunt permeabile selectiv, iar apa trece prin ele mult mai ușor decât substanțele dizolvate în seva celulară și citoplasmă. În acest sens, dacă intră o celulă mediu, unde concentrația este osmotică substanțe active va fi mai mică decât concentrația din interiorul celulei (sau celula este plasată în apă), apa, conform legilor osmozei, trebuie să intre în celulă.

Capacitatea moleculelor de apă de a se deplasa dintr-un loc în altul este măsurată prin potențialul de apă (Ψw). Conform legilor termodinamicii, apa se deplasează întotdeauna dintr-o zonă cu potențial de apă mai mare într-o zonă cu potențial mai scăzut.

Potențialul apei(Ψ in) este un indicator al stării termodinamice a apei. Moleculele de apă au energie cinetică în lichide și vapori de apă se mișcă aleatoriu. Potențialul apei este mai mare în sistemul în care concentrația de molecule este mai mare și totalul lor este mai mare energie cinetică. Apa pură (distilată) are potenţialul maxim de apă. Potențialul de apă al unui astfel de sistem este convențional considerat zero.

Unitatea de măsură a potențialului apei este unitățile de presiune: atmosfere, pascali, bari:

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

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

Când o altă substanță este dizolvată în apă, concentrația apei scade, energia cinetică a moleculelor de apă scade, iar potențialul apei scade. În toate soluțiile, potențialul apei este mai mic decât cel al apei pure, adică. în condiţii standard se exprimă ca valoare negativă. Această scădere se exprimă cantitativ printr-o valoare numită potenţial osmotic(Ψ osm.). Potențialul osmotic este o măsură a reducerii potențialului de apă datorită prezenței substanțelor dizolvate. Cu cât sunt mai multe molecule de dizolvat într-o soluție, cu atât potențialul osmotic este mai mic.

Când apa intră într-o celulă, dimensiunea acesteia crește, iar interiorul celulei crește presiune hidrostatică, ceea ce face ca plasmalema să se apese pe peretele celular. Membrana celulară, la rândul său, exercită contrapresiune, care se caracterizează prin potenţial de presiune(presiunea Ψ) sau potențialul hidrostatic, este de obicei pozitiv și cu cât mai mare cu atât mai multă apă în celulă.

Astfel, potenţialul de apă al celulei depinde de concentraţia de substanţe active osmotic - potenţialul osmotic (Ψ osm.) şi de potenţialul de presiune (Ψ presiunea).

Cu condiția ca apa să nu exercite presiune asupra membranei celulare (stare de plasmoliză sau ofilire), contrapresiunea membranei celulare este zero, potențialul de apă este egal cu cel osmotic:

Ψ c. = Ψ osm.

Pe măsură ce apa intră în celulă, apare contrapresiunea din membrana celulară, potențialul de apă va fi egal cu diferența dintre potențialul osmotic și potențialul de presiune:

Ψ c. = Ψ osm. + Ψ presiune

Diferența dintre potențialul osmotic al sevei celulare și contrapresiunea membranei celulare determină fluxul de apă în orice moment dat.

Cu condiția ca membrana celulară să fie întinsă la limita sa, potențialul osmotic este complet echilibrat de contrapresiunea membranei celulare, potențialul de apă devine egal cu zero, apa nu mai curge în celulă:

- Ψ osm. = Ψ presiune , Ψ c. = 0

Apa curge întotdeauna către un potențial de apă mai negativ: de la sistemul unde există mai multă energie până la sistemul unde este mai puțină energie.

Apa poate pătrunde și în celulă din cauza forțelor de umflare. Proteinele și alte substanțe care alcătuiesc celula, având grupe încărcate pozitiv și negativ, atrag dipolii de apă. Peretele celular, care conține hemiceluloze și substanțe pectinice, și citoplasma, în care compușii polari cu molecule înalte reprezintă aproximativ 80% din masa uscată, sunt capabile să se umfle. Apa pătrunde în structura de umflare prin difuzie mișcarea apei urmează un gradient de concentrație. Forța de umflătură este desemnată prin termen potenţial de matrice(Ψ mat.). Depinde de prezența componentelor cu greutate moleculară mare a celulei. Potențialul matricei este întotdeauna negativ. Mare valoareΨ mat. apare atunci când apa este absorbită de structurile lipsite de vacuole (semințe, celule meristeme).

Apa este cea mai comună compus chimic pe Pământ, masa sa este cea mai mare dintr-un organism viu. Se estimează că apa reprezintă 85% din masa totala celulă statistică medie. În timp ce în celulele umane apa este în medie de aproximativ 64%. Cu toate acestea, conținutul de apă din diferite celule poate varia semnificativ: de la 10% în celulele smalțului dentar până la 90% în celulele embrionare de mamifere. Mai mult, celulele tinere conțin mai multă apă decât cele vechi. Astfel, în celulele unui bebeluș, apa reprezintă 86%, în celulele unui bătrân doar 50%.

La bărbați, conținutul de apă din celule este în medie de 63%, la femele - puțin mai puțin de 52%. Ce cauzează asta? Se dovedește că totul este simplu. Corpul feminin conține mult țesut gras, ale cărui celule au puțină apă. Prin urmare, conținutul de apă în corpul feminin este cu aproximativ 6-10% mai mic decât în corpul masculin.

Proprietățile unice ale apei se datorează structurii moleculei sale. Știți din cursul dumneavoastră de chimie că electronegativitatea diferită a atomilor de hidrogen și oxigen este motivul formării unei legături covalente polare într-o moleculă de apă. Molecula de apă are forma unui triunghi (87), în care sarcinile electrice sunt situate asimetric, și este un dipol (rețineți definiția acestui termen).

Datorită atracției electrostatice a atomului de hidrogen al unei molecule de apă către atomul de oxigen al altei molecule, între moleculele de apă apar legături de hidrogen.

Sunt luate în considerare caracteristicile structurii și fizicii. proprietăți chimice apă (capacitatea apei de a fi un solvent universal, densitate variabilă, capacitate termică mare, mare tensiune superficială, fluiditate, capilaritate etc.), determinându-i semnificația biologică.

Ce funcții îndeplinește apa în organism Apa este un solvent. Structura polară a moleculei de apă explică proprietățile sale ca solvent. Moleculele de apă interacționează cu chimicale, ale căror elemente au legături electrostatice, și le descompun în anioni și cationi, ceea ce duce la apariția reacțiilor chimice. După cum se știe, mulți reactii chimice apare numai în soluție apoasă. În același timp, apa în sine rămâne inertă, astfel încât poate fi folosită în organism în mod repetat. Apa servește ca mediu de transport diverse substanțeîn interiorul corpului. În plus, produsele finale ale metabolismului sunt excretate din organism în principal sub formă dizolvată.

Există două tipuri principale de soluții la viețuitoare. (Amintiți-vă clasificarea soluțiilor.)

Așa-numita soluție adevărată, atunci când moleculele de solvent au aceeași dimensiune cu moleculele substanței solubile, se dizolvă. Ca urmare, are loc disocierea și se formează ioni. În acest caz, soluția este omogenă și, în termeni științifici, constă dintr-o fază lichidă. Exemple tipice sunt soluțiile de săruri minerale, acizi sau alcaline. Deoarece astfel de soluții conțin particule încărcate, ele sunt capabile să conducă curent electricși sunt electroliți, ca toate soluțiile găsite în organism, inclusiv sângele vertebratelor, care conține multe săruri minerale.

O soluție coloidală este un caz în care moleculele de solvent sunt mult mai mici ca dimensiune decât moleculele de dizolvat. În astfel de soluții, particulele substanței, numite coloidale, se mișcă liber în coloana de apă, deoarece forța de atracție a acestora nu depășește puterea legăturilor lor cu moleculele de solvent. O astfel de soluție este considerată eterogenă, adică constând din două faze - lichidă și solidă. Toate fluidele biologice sunt amestecuri care conțin adevărat și soluții coloidale, deoarece conțin atât săruri minerale, cât și molecule uriașe (de exemplu proteine), care au proprietățile particulelor coloidale. Prin urmare, citoplasma oricărei celule, sângele sau limfa animalelor și laptele mamiferelor conțin simultan ioni și particule coloidale.

După cum probabil vă amintiți, sistemele biologice respectă toate legile fizicii și chimiei, prin urmare fenomenele fizice sunt observate în soluțiile biologice care joacă un rol semnificativ în viața organismelor.

Proprietățile apei

Difuzia (din latinescul Diffusion - răspândire, răspândire, împrăștiere) în soluții biologice se manifestă ca o tendință de egalizare a concentrației particulelor structurale ale substanțelor dizolvate (ioni și particule coloidale), ceea ce duce în cele din urmă la o distribuție uniformă a substanței în soluţie. Datorită difuziei, multe creaturi unicelulare se hrănesc, oxigenul și substanțele nutritive sunt transportate în corpul animalelor în absența sistemelor circulator și respirator (amintiți-vă ce fel de animale sunt acestea). În plus, transportul multor substanțe către celule are loc tocmai prin difuzie.

Încă un lucru fenomen fizic- osmoza (din grecescul Osmosis - impingere, presiune) - miscarea unui solvent printr-o membrana semipermeabila. Osmoza determină mișcarea apei dintr-o soluție cu o concentrație scăzută de substanță dizolvată și un conținut ridicat de H20 la o soluție cu o concentrație mare de substanță dizolvată și un conținut scăzut de apă. ÎN sisteme biologice nu este altceva decât transportul apei la nivel celular. Acesta este motivul pentru care osmoza joacă un rol semnificativ în multe procese biologice. Puterea osmozei asigură mișcarea apei în organismele vegetale și animale, astfel încât celulele acestora să primească nutrienți și să mențină o formă constantă. Trebuie remarcat faptul că, cu cât diferența de concentrație a unei substanțe este mai mare, cu atât presiunea osmotică este mai mare. Prin urmare, dacă celulele sunt plasate într-o soluție hipotonă, ele se vor umfla și se vor rupe din cauza curgerii bruște a apei.