Биологическая функция воды: Вода и её роль в жизнедеятельности клетки — урок. Биология, 9 класс.

5. Биологическая роль воды в организме.

Вода
– сок жизни. Так сказал Леонардо да
Винчи. Действительно, вода является
непременной составной частью всего
живого. В растениях содержится до 90%
воды, в теле же взрослого человека ее
65%. Даже кости содержат 22% воды. В мускулах
её уже 70%, в мозгу и жировых тканях –
75%. В крови – аж 92%. Основная часть воды,
около 70%, сосредоточена внутри клеток,
а 30% – это внеклеточная вода, которая
разделяется на две части: меньшая часть,
около 7%, — это кровь и лимфа, а большая
часть – межтканевая, омывающая клетки.

И
вода не просто там содержится, а играет
важнейшую роль в жизнедеятельности
организма. Определенное и постоянное
содержание воды – вот необходимое
условие существования живого организма.
При изменении количества потребляемой
воды и ее солевого состава нарушаются
процессы пищеварения и усвоения пищи,
кроветворения. Без воды невозможна
регуляция теплообмена организма с
окружающей средой и поддержание
температуры тела. Вода выводит из
организма продукты жизнедеятельности
и вредные вещества.

То
есть основные физиологические функции
воды – наполнитель, растворитель,
терморегулятор, носитель (транспортная
и информационная роль).

Как наполнитель –
вода поддерживает не только внешнюю
форму отдельных органов и внешний вид
человека в целом, но и обеспечивает
нормальное их функционирование. Поэтому
человек должен поддерживать нужное
количество воды в организме. Человек
очень быстро ощущает нарушение водного
баланса. Если количество воды в
человеческом организме уменьшится на
1-2% (0,5-1л) против нормы, человек испытывает
жажду; при уменьшении на 5-8% (2-3 л) его
кожа сморщивается, во рту пересыхает,
сознание затемняется, могут появиться
галлюцинации; потеря 10% влаги (~5 л)
вызывает расстройство психического
аппарата, нарушение глотательного
рефлекса; при потере 14-15% (7-8 л) человек
умирает.

Как
универсальный растворитель –
вода растворяет питательные вещества
для их проникания в клетку, участвует
в химических процессах при пищеварении,
а также вымывает продукты жизнедеятельности
и уходит из организма через почки и
кожу, унося с собой вредные вещества.
Кроме того, вода является той
физико-химической средой, благодаря
которой может осуществляться большинство
реакций обмена веществ, обеспечивающих
непрерывный процесс разрушения и
восстановления живых тканей. Таким
образом, вода является основной
биологической жидкостью. Она не только
инертная среда, она может также вступать
в соединение с другими компонентами
живой материи.

Вода
играет и терморегулирующую роль
– поддерживает необходимую температуру
тела.
Она осуществляет это своей
большой теплоёмкостью в случае снижения
температуры и испарением с поверхности
тела при его перегреве.

Транспортная функция
воды осуществляется благодаря её
высокому поверхностному натяжению.
Благодаря этому свойству она может
проникать в самые тонкие капилляры и
межклеточные пространства, неся клеткам
организма питание и выводя из них
продукты жизнедеятельности. О воде, как
носителе информации –
позднее.

Качество
выполнения всех этих жизненно важных
функций зависит от различных свойств
воды, чему будет посвящено несколько
последующих статей.

Жесткость
воды определяется
наличием в ней растворимых солей, в
основном сульфатов и бикарбонатов
кальция, магния, железа.

Жесткость
воды выражают в градусах. Один градус
жесткости соответствует 0.337 мг-екв/л,
что в перерасчете на СаО и MgО составляет
10 и 7.2мг/л соответственно.

Жесткость
воды, обусловленная гидрокарбонатами
Са(ІІ), Mg(II), Fe(II), называется временной
жесткостью. Временная твердость
устраняется кипячением: гидрокарбонаты
превращаются в средние карбонаты:

М(НСО₃)₂  МСО₃ +
СО₂­ +
Н₂О

и
выпадают в осадок. В результате этого
содержание солей в воде снижается. Если
повысить рН воды, добавив щелочной
реагент (Na₂CO₃ або Ca(OH)₂)
наблюдается тот же эффект.

Постоянную
жесткость воды не
возможно устранить простым кипячением
воды; она обусловлена присутствием
относительно хорошо растворимых
сульфатов, силикатов, хлоридов, которые
не разрушаются при кипячении. Для
устранения постоянной жесткости воды
разработаны разные методы, например:

СaSO₄ + Na₂CO₃  CaCO₃ + Na₂SO₄.

6. Биологическая роль воды

Без
воды жизнь
на нашей планете не могла бы
существовать. Вода важна
для живых организмов по двум причинам.
Во-первых, она является необходимым
компонентом живых клеток, и, во-вторых,
для многих организмов она служит еще и
средой обитания. Именно поэтому следует
сказать несколько слов о ее химических
и физических свойствах.

Свойства
эти довольно необычны и обусловлены
главным образом малыми размерами
молекул воды,
их полярностью и способностью соединяться
друг с другом водородными связями. Под
полярностью подразумевают неравномерное
распределение зарядов в молекуле. У
воды один конец молекулы («полюс») несет
небольшой положительный заряд, а другой
— отрицательный. Такую молекулу называют
диполем. У атома кислорода способность
притягивать электроны выражена сильнее,
чем у водородных атомов, поэтому атом
кислорода в молекуле воды стремится
оттянуть к себе электроны двух водородных
атомов. Электроны заряжены отрицательно,
в связи с чем атом кислорода приобретает
небольшой отрицательный заряд, а
водородные атомы — положительный.

В
результате между молекулами
воды возникает
слабое электростатическое взаимодействие
и, поскольку противоположные заряды
притягиваются, молекулы как бы
«склеиваются». Эти взаимодействия,
более слабые, чем обычные ионные или
ковалентные связи, называются водородными
связями. Водородные связи постоянно
образуются, распадаются и вновь возникают
в толще воды. И хотя это слабые связи,
но их совокупный эффект обусловливает
многие необычные физические свойства
воды. Учитывая данную особенность воды,
мы можем теперь перейти к рассмотрению
тех ее свойств, которые важны с
биологической точки зрения.

Водородные
связи между молекулами воды. А. Две
молекулы воды, соединенные водородной
связью-6+ — очень маленький положительный
заряд; 6~ — очень маленький отрицательный
заряд. Б. Сеть из молекул воды, удерживаемых
вместе водородными связями. Такие
структуры постоянно образуются,
распадаются и вновь возникают в воде,
находящейся в жидком состоянии.

Вода
как растворитель.Вода—
превосходный растворитель для полярных
веществ. К ним относятся ионные соединения,
такие как соли, содержащие заряженные
частицы (ионы), и некоторые неионные
соединения, например сахара, в молекуле
которых присутствуют полярные (слабо
заряженные) группы (у Сахаров это несущая
небольшой отрицательный заряд
гидроксильная группа, —ОН). Когда
вещество растворяется в воде, молекулы
воды окружают ионы и полярные группы,
отделяя ионы или молекулы друг от друга.

В
растворе молекулы или ионы получают
возможность двигаться более свободно,
так что реакционная способность вещества
возрастает. По этой причине в клетке
большая часть химических реакций
протекает в водных растворах.
Неполярные вещества, например липиды,
отталкиваются водой и в ее присутствии
обычно притягиваются друг к другу, иными
словами, неполярные вещества гидрофобны
(гидрофобный — водоотталкивающий).
Подобные гидрофобные взаимодействия
играют важную роль в формировании
мембран, а также в определении трехмерной
структуры многих белковых молекул,
нуклеиновых кислот и других клеточных
компонентов.

Присущие воде
свойстварастворителя означают
также, что вода служит средой для
транспорта различныхвеществ.
Эту роль она выполняет в крови, в
лимфатической и экскреторной системах,
в пищеварительном тракте и во флоэме и
ксилеме растений.

Биологическое значение воды — Online Biology Notes

2 ноября 2019 г.
Гаураб Карки
микробиология воды

Некоторое биологическое значение воды;

1.

Вода как биологический растворитель:

• Вода является отличным растворителем для полярных веществ. К ним относятся ионные вещества, такие как соли, которые содержат заряженные частицы, и некоторые неионные вещества, такие как сахар, которые содержат полярные группы (слегка отрицательно заряженные гидроксильные группы)
• Когда полярное вещество растворяется в воде, ионы и полярные группы окружаются молекулами воды, которая отделяет ионы или молекулы друг от друга.
• Когда вещество находится в растворе, его молекулы или ионы могут свободно перемещаться, что делает его более химически активным, чем если бы оно было твердым. Таким образом, большинство биохимических реакций в клетках протекают в водном растворе.
• Неполярные молекулы, такие как липиды, отталкиваются водой и обычно группируются вместе, образуя объемные молекулы. Таким образом, эти неполярные молекулы известны как гидрофобные.
• Вода является средой для диффузии

2.

Вода как транспортная среда:

• Растворяющая способность воды делает ее превосходной транспортной средой в крови, лимфатической системе, пищеварительном канале, ксилеме и флоэме растений.

3.

Состав клетки:

• Типичная клетка на 70-95% состоит из воды

4.

Различные биологические функции воды r:

Вода также помогает в защите. Например, слезная жидкость, слизь

5.

Высокая теплоемкость воды:

• Теплоемкостью воды называется количество теплоты, необходимое для повышения температуры 1 кг воды на 1°C.
• Вода обладает высокой теплоемкостью. Это означает, что для повышения относительно небольшой температуры требуется большое количество тепла. Это связано с тем, что большая часть энергии расходуется на разрыв водородных связей, которые ограничивают движение молекул.
• Изменение температуры воды сведено к минимуму благодаря ее высокой теплоемкости. Таким образом, биохимические процессы происходят в меньшем диапазоне температур, протекают с более постоянной скоростью и с меньшей вероятностью будут тормозиться экстремальными температурами.
• Вода также обеспечивает очень постоянную внешнюю среду для многих клеток и организмов

6.

Вода имеет высокую теплоту парообразования:

• Скрытая теплота парообразования является мерой тепловой энергии, необходимой для испарения жидкости, которая преодолевать силы притяжения между его молекулами, чтобы они могли улетучиваться в виде газа.
• Для испарения воды требуется относительно большое количество тепловой энергии. Это связано с водородной связью. В результате вода имеет необычно высокую температуру кипения для такой маленькой молекулы.
• Энергия, передаваемая молекулам воды для последующего испарения, приводит к потере энергии из их окружения, таким образом происходит охлаждение. Потоотделение и тяжелое дыхание млекопитающих, открывание рта некоторыми рептилиями, такими как крокодил, и испарение листьев способствуют охлаждению тела.
• Высокая теплота парообразования означает, что большое количество тепла может быть потеряно при минимальной потере воды из организма.

7.

Вода имеет высокую теплоту плавления:

• Скрытая теплота плавления является мерой тепловой энергии, необходимой для плавления твердого тела.
• Из-за высокой теплоемкости воды для таяния льда требуется относительно большое количество тепла.
• И наоборот, жидкая вода должна терять относительно большое количество тепловой энергии, чтобы замерзнуть.
• Содержимое клеток и окружающая их среда менее подвержены замерзанию. Кристаллы льда особенно опасны, если они развиваются внутри клеток.

8.

Плотность и свойство замерзания воды:

• Плотность воды уменьшается ниже 4°C, поэтому лед плавает в воде.
• Поскольку лед плавает, он сначала образуется на поверхности, а в последнюю очередь на дне. Если бы водоемы промерзали снизу вверх, пресноводные организмы не могли бы существовать в арктическом климате.
• Лед изолирует воду под собой, тем самым увеличивая шансы организма на выживание в воде.
• Также лед быстрее тает на поверхности.
• Вода с температурой ниже 4°C имеет тенденцию подниматься вверх, что способствует циркуляции воды, что приводит к круговороту питания и заселению воды на большую глубину.

9.

Высокое поверхностное натяжение и когезия:

• Когезия — это сила, благодаря которой отдельные молекулы слипаются.
• На поверхности жидкости между молекулами существует сила, называемая поверхностным натяжением, в результате силы сцепления между молекулами. Это приводит к тому, что поверхность жидкости занимает наименьшую возможную площадь поверхности.
• Поверхностное натяжение воды выше, чем у любой другой жидкости. Высокая когезия молекулы воды важна в клетках и в перемещении воды через ксилему в растениях.
• Многие мелкие организмы полагаются на поверхностное натяжение воды, чтобы оседать на воде или кататься на коньках по ее поверхности.

10.

Вода как реагент:

• Вода является биологически важным метаболитом для биохимических реакций в клетке.
• Вода является источником водорода в фотосинтезе и используется в реакции гидролиза.

• значение воды

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ Воды — БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ВОДЫ Вода очень важна в

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ВОДЫ

Вода очень важна в мире, в котором мы живем, поскольку она используется как внутри клеток, так и в окружающей среде. Поскольку вода находится в жидком состоянии при температуре выше 0°C, она может использоваться для переноса

веществ или организмов. Она используется внутри клеток в качестве жидкости для важных химических реакций

, а это означает, что без воды не было бы жизни. Он также используется вне клеток как

9.0002 среда обитания определенных организмов.

Вода представляет собой небольшую молекулу с формулой h3O. Молекулу

удерживают вместе две ковалентные связи. Так как молекула состоит из полярных связей, это означает, что существует разница в отталкивании по всей молекуле; одна часть молекулы воды на

более электроотрицательна, чем остальные. Вода показывает две области слегка положительных и отрицательных

регион; вода представляет собой диполярную молекулу. Из-за этих неравных отталкиваний молекула воды

не является линейной, а имеет косую форму.

Из-за отрицательного и положительного концов молекулы воды молекулы воды будут

притягиваться друг к другу. Эти силы называются водородными связями, что делает свойства воды

совершенно особенными. Водородные связи означают, что вода является хорошим растворителем, связующим веществом, средой обитания

и стабилизатором температуры

Действует как хороший растворитель, так как многие вещества могут быть растворены в воде. Все полярные и ионные

вещества, имеющие заряды, притягиваются к электроотрицательной молекуле. Это означает, что вещества

будут рассеиваться по воде и растворяться. Эти вещества

называются гидрофильными, а вещества, которые не имеют заряда и поэтому не притягиваются к молекулам воды

, называются гидрофобными. Гидрофобный эффект используется в клеточных мембранах для контроля

содержание воды. Он используется у людей, так как на коже имеется водонепроницаемый слой, предотвращающий попадание воды

в организм.

Действует как когезивный состав, так как может связываться с большинством веществ, делая поверхность

влажной. Когезионные свойства очень важны, так как водородные связи представляют собой весьма

сильные межмолекулярные силы. Когезионные свойства дают воде способность течь через

узких пространств, например, в ксилемных трубках растений.

В воде живут многие организмы. Без него организмы не существовали бы. Например,

, когда вода встречается с воздухом, из-за поверхностного натяжения образуется пленка. Здесь молекулы

воды на поверхности воды имеют водородные связи, связанные с другими молекулами воды, но не

с атмосферой, что означает, что все силы направлены вниз. Водные конькобежцы используют эту поверхность

, так как они могут легко плавать на поверхности, которая относительно прочна. тоже хорошо

окружающая среда для растений, так как только часть солнечного света поглощается водой, что означает, что

энергии солнечного света достаточно для фотосинтеза в водных растениях.

Еще одно странное качество – высокая удельная теплоемкость воды.