Физико-химические особенности молекулы воды

1. Небольшой размер молекул (легко проникает через клеточные мембраны по градиенту концентрации, поры)

2. Способность к электролитической диссоциации (НОН = Н+ + ОН⁺)

3. Дипольная структура (асимметричное распределение зарядов атомов + и -)

4. Способность к образованию Н - связей (благодаря им все молекулы природной и клеточной воды ассоциированы, отдельные молекулы только при температуре 400⁰ С); Н - связи в 20 раз слабее ковалентных

5. Высокая теплота испарения (охлаждение организма)

6. Максимальная плотность при температуре 4 ⁰ С (занимает минимальный объём)

7. Способность растворять газы (О₂ , СО₂ и др. )

8. Высокая теплопроводность (быстрое и равномерное распределение тепла)

9. Несжимаемость (придание формы сочным органам и тканям)

10. Большая удельная теплоёмкость (самая большая из всех известных жидкостей)

· защита тканей от быстрого и сильного повышения температуры

· избыточная энергия (тепло) расходуется на разрыв Н - связей

11. Большая теплота плавления (уменьшает вероятность замерзания содержимого клеток и окружающих её жидкостей)

12. Поверхностное натяжение и когезия (самое большое из всех жидкостей)

Когезия - сцепление молекул физического тела под действием сил притяжения

· обеспечивает движение воды по сосудам ксилемы (проводящей ткани растений)

· передвижение растворов по тканям (восходящий и нисходящий токи по растению, кровообращение и т. д.)

13. Прозрачность в видимом спектре (фотосинтез, испарение)

Биологические функции воды

· все живые клетки могут существовать только в жидкой среде

1. Вода - универсальный растворитель

q По степени растворимости вещества разделяются на:

Гидрофильные (хорошо растворимы в воде) - соли, моно - и дисахариды, простые спирты, кислоты, щёлочи, аминокислоты, пептиды

· гидрофильность определяется наличием групп атомов (радикалов) - ОН-, СООН^-, NН₂^- и др.

Гидрофобные (плохо растворимые или нерастворимые в воде) - липиды, жиры, жироподобные вещества, каучук, некоторые органические растворители (бензол, эфир), жирные кислот, полисахариды, глобулярные белки

· гидрофобность определяется наличием неполярных молекулярных группировок:

СН₃ -, СН₂ -

· гидрофобные вещества могут разделять водные растворы на отдельные компартаменты(фракции)

· гидрофобные вещества отталкиваются водой и притягиваются друг к другу (гидрофобные взаимодействия)

Амфифильные – фосфолипиды, жирные кислоты

· имеют в составе молекулы и ОН-, NН₂-, СООН- и СН₃-, СН₂ - СН₃-

· в волных растворах образуют бимолекулярный слой

2. Обеспечиваеттургорные явления в растительных клетках

Тургор - упругость растительных клеток, тканей и органов создаваемое внутриклеточной жидкостью

· обуславливает форму, упругость клеток и рост клеток, движения устьиц, транспирацию (испарение воды), всасывание воды корнями

3. Среда для осуществления диффузии

4. Обуславливает осмотическое давление и осморегуляцию

Осмос - процесс диффузии воды и растворённых в ней химических веществ сквозь полупроницаемую мембрану по градиенту концентрации (в сторону повышенной концентраци)

· лежит в основе транспорта гидрофильных веществ через мембрану клетки, всасывании продуктов пищеварения в кишечнике, воды корнями и т. д.

5. Поступление веществ в клетку (в основном в виде водного раствора) - эндоцитоз

6. Выведение продуктов обмена веществ (метаболитов) из клетки – экзоцитоз, экскреция

· осуществляется преимущественно в виде водных растворов

7. Создаёт и поддерживает химическую среду для физиологических и биохимических процессов - const pH+ - строгий гомеостаз для оптимальной реализации функций ферментов

8. Создаёт среду для протекания всех химических реакций обмена веществ (большая часть протекает только в виде водных растворов)

9. Вода - химический реагент (важнейший метаболит)

· реакции гидролиза, расщепления и пищеварения белков, углеводов, липидов, запасных биополимеров, макроэргов – АТФ, нуклеиновых кислот

· участвует в реакциях синтеза, окислительно-восстановительные реакциях

13. Основа образования жидкой внутренней среды организма - крови, лимфы, тканевой жидкости, ликвора

14. Обеспечивает транспорт неорганических ионов и органических молекул в клетке и организме (по жидким средам организма, цитоплазме, проводящей ткани - ксилеме, флоэме

15. Источник кислорода, выделяющегося при фотосинтезе

16. Донор атомов водорода, необходимого для восстановления продуктов ассимиляции СО₂ в процессе фотосинтеза

17. Терморегуляция (поглощение или выделение тепла вследствие разрыва или образования водородных связей) - const t^o C

18. Опорная функция (гидростатистический скелет у животных)

19. Защитная функция (слезная жидкость, слизь)

20. Служит средой, в которой происходит оплодотворение