Вода та її біологічне значення

Кількісно перше місце серед хімічних сполук будь-яких клітин займає вода, її вміст коливається залежно від виду організму; умов його місцезнаходження, типу клітин та їх функціонального стану. Вміст води,в залежності від віку людини ,коливається 45-75% загальної маси тіла. Чим інтенсивніший обмін речовинним більше в ній води.

В 1,5 місячному ембріоні людини води 97,5%,

в новонародженої-74.

У вісьмимісячної-83,

дорослої-66%.

Вміст води у різних органах і тканинах також різний.

Так у мозку дорослої людини 86%,

в печінці-70%,

кістках - 20,

в жировіи тканині - близько 40 %,

у м'язових клітинах - 76%,

а у клітинах зародка - понад 90 %.

З віком кількість води в клітинах будь-якого організму помітно зменшується. Звідси випливає, що чим вище функціональна активність клітин і організму в цілому, тим більшим в них є вміст води, і навпаки. Вся вода розподілена між трьома просторами:

-всередині клітин,

-поза клітинами

-та замкнутих просторах.

Найбільше її в середині клітини-від ЗО до 45 %.

Позаклітинна вода розподіляється між міжклітинною рідиною»12- 15%», плазмою крові-5%, лімфою-92%. Внутрішньопорожнинною води - 1-3 %.

Вода входить до складу спинномозкової внутрішньо очної,перикардіальної,синовіальної ,суглобної рідини,тощо .За складом розчинних речовин,вода близька до міжклітинної рідини. Частина молекул води -5%,у клітинах перебуває в зв'язаному стані з білковими молекулами Вони ізолюють білкові молекули одна від одної в колоїдних розчинах. Таку воду називають зв'язаною або структурованою. Порушення водного балансу клітин організму призводить до тяжких наслідків,аж до загибелі клітин. Функції клітин залежать від загальної кількості внутрішньоклітинної та позаклітинної води,від гідраційних шарів «обезводненості» субклітинних структур,від водного мікрооточення макромолекул.

Необхідна кількість води в організмі підтримується надходженням її з їжею -2 л за добу. Невелика її кількість -0,3 л за добу утворюється в процесі розщеплення речовин. Надлишок води виводиться нирками ,шкірою та легенями.

Наявність води — обов'язкова умова життєвої активності клітин. Вона є ос­новною частиною цитоплазми, підтримує її структуру і стійкість колоїдів, які входять до складу цитоплазми.

Властивості води.

Найбільша густина води при 4 °С.А оскільки густина льоду менша за густину води,водойми промерзають дуже повільно:зверху покриваються кригою, а біля дна довго зберігається шар води з температурою 4 С.Це рятує взимку багатьох водних організмів

Роль води в клітині визначається її хімічними і структурними властивостями. Ці властивості пов'язані з малими розмірами молекул води, їх полярністю і здатністю з'єднуватися одна з одною водневими зв'язками. Водневі зв'язки утворюються за участю атомів гідрогену, з'єднаних з електронегативним атомом (зазвичай оксигеном або нітрогеном). При цьому атом гідрогену набуває такого великого позитив­ного заряду, що може утворити другий зв'язок з іншим електронегативним атомом (оксигену чи нітрогену). Так само зв'язуються одна з одною молекули води, у яких один кінець має позитивний заряд, а інший — негативний. Таку молекулу називають диполем. Електронегативніший атом оксигену однієї молекули води притягується до позитивно зарядженого атома гідрогену іншої молекули з утворенням водневого зв'язку.

Завдяки полярності молекул і здатності утворювати водневі зв'язки вода вдосконалим розчинником для полярних речовин, які називаються гідрофільними. До них належать іонні сполуки, у яких заряджені часточки (іони) дисоціюють (відокремлюються один від одного) у воді, коли речовина розчиняється (наприклад, солі). Таку саму здатність мають і деякі неіонні сполуки, в молекулі яких знаходяться зарядженні (полярні) групи (у цукрах, амінокислотах, простих спиртах це ОН-гру-пи). Неполярні речовини, наприклад ліпіди, практично не розчинні у воді, тобто вони гідрофоби.

Коли речовина переходить у розчин, її молекули або іони мають можливість рухатися вільніше і відповідно зростає реакційна здатність речовини. Завдяки цьому вода є основним середовищем, де зідбувається більшість хімічних реакцій. Крім того, всі реакції гідролізу і окисно-відновні реакції проходять за безпосередньої участі води.

Вода має найвищу питому теплоємність з усіх відомих речовин. Це означає, що істотне збільшення теплової енергії викликає порівняно невелике підвищення її температури. Це зумовлене тим, що значна частина цієї енергії витрачається на розрив водневих зв'язків, що і бмежують рухливість молекул води. Велика теплоємність води захищає канини рослин і тварин від швидкого і сильного підвищення температури, оді як висока теплота пароутворення забезпечує надійну стабілізацію температури тіла організму. Необхідність значної кількості енергії для випаровування води зумовлена наявністю водневих зв'язків між її молекулами. Ця енергія черпається з навколишнього середовища, тому випаровування супроводжується охолодженням. Цей процес можна спостерігати під час потовиділення, у разі теплової задишки у собак, які в спеку сидять з відкритим ротом; він відіграє важливу фізіологічну роль і в охолодженні транспіруючих органів рослин, особливо в умовах пустель і степів.

Вода має також високу теплопровідність, що забезпечує рівномірний ззподіл тепла по всьому організму. В результаті усувається ризик виникнення локальних «гарячих точок», які могли б бути причиною пошкодження елементів клітин. Отже,висока питома теплоємність і висока ія рідини теплопровідність роблять воду ідеальним середовищем для утримання оптимального теплового режиму організму.

Для води характерний високий поверхневий натяг. Ця її властивість же важлива для адсорбційних процесів, руху розчинів по тканинах кровообіг, висхідний і низхідний рух по рослині тощо).

Біологічні функції води:

-здатність розчиняти гази (0₂, С0₂ та ін.). Крім того, вода як розчинник бере участь у процесі осмосу, що відіграє важливу роль у життєдіяльності клітин та організму.

-Регулятор теплового балансу організму. Під час

випаровування води багато енергії витрачається на розрив водневих зв'язків між її молекулами. Багато організмів охолоджуються,випаровуючи воду.

-виконує транспортну функцію поживних речовин у рослинах.

-механічну-сприяє збереженню внутрішньоклітинного тиску і форми клітин(тургор)

-структурну-створює структурний прошарок між полярними кінцями білків і ліпідів біологічних мембранах

-синтетичну або анаболічну- субстрат у синтезі біологічних речовин.

-гідролітичну,або катаболічну -субстрат при розриванні хімічних зв'язків' у молекулах біологічних речовин

-енергетичну-джерело електронів при трансформації енергії в хлоропластах рослин.