Какие физические свойства воды определяют ее биологическое значение
Физические свойства воды и их значение для биологических процессов.
физическое свойство
значение
примеры
Сочетание высокой теплоемкости (благодаря наличию водородных связей) и высокой теплопроводности (из-за небольших размеров самих молекул.
Транспирация у растений, потоотделение у млекопитающих.
Периодичность выпадения осадков.
Исторически сложившиеся условия увлажнения в различных природных зонах.
Прозрачность в видимом участке спектра.
Возможность фотосинтеза на небольшой глубине, а значит и возможность связанных с ним пищевых цепей.
Высокопродуктивные биогеоценозы водоемов.
Практически полная несжимаемость (благодаря силам межмолекулярного сцепления)
Поддержание формы организмов.
Тургорное давление придает форму сочным органам и тканям растений, обеспечивая положение в пространстве.
Гидростатический скелет у круглых червей, медуз.
Амниотическая жидкость поддерживает и защищает плод млекопитающих.
Подвижность молекул ( вследствие слабости водородных связей).
Возможность осмоса.
Поступление воды из почвы. Плазмолиз.
Вязкость (благодаря наличию водородных связей).
Смазывающие свойства.
Внутрисуставная жидкость облегчает скольжение суставов, плевральная жидкость уменьшает трение между легкими и грудной клеткой.
Хороший растворитель (благодаря полярности молекул)
Самый распространенный в природе растворитель. Среда протекания многих химических реакций.
Кровь, тканевая жидкость, клеточный сок растений и другие жидкости организмов – растворы белков, сахаров, органических веществ. Водные организмы используют для дыхания растворенный в воде кислород.
Способность образовывать гидратационную оболочку вокруг молекул (благодаря полярности молекул).
Является дисперсионной средой в коллоидной системе цитоплазмы.
Гиалоплазма представляет собой коллоидный раствор белков, в котором молекулы белков окружены чехлом из определенным образом ориентированных молекул воды.
Оптимальное для биологических систем значение силы поверхностного натяжения (определяемого силами межмолекулярного сцепления).
Водные растворы являются средством передвижении веществ в организме.
Капиллярный кровоток. Восходящий и нисходящий токи растворов в растениях.
Расширение при замерзании (благодаря образованию молекулой максимального числа-4- водородных связей).
Лед легче воды, выполняет функцию теплоизолятора и защищает от холода находящиеся в воде организмы.
Сохранение зимой биоценозов замерзающих водоемов.
Роль воды в обмене веществ.
функция
примеры
Участие в реакциях гидролиза.
крахмал + вода = глюкоза
жир + вода = глицерин и жирные кислоты.
Высвобождение энергии АТФ
АТФ + H2O = АДФ + H3PO4 + Е (40 кДж)
Донор электронов
в световую фазу фотосинтеза
Источник атомарного водорода
в темновую фазу фотосинтеза
Источник протонов для работы протонных насосов
синтез АТФ при дыхании и синтез АТФ при фотосинтезе.
Источник
Вода – это колыбель всего живого. Первые протобактерии смогли зародиться именно в воде. Поиски жизни на других планетах всегда начинаются с поиска воды. Поскольку в настоящий момент ясно, что никакое другое вещество не может заменить воду.
Химические и физические свойства воды определяют ее биологическое значение. Например, вода отлично растворяет другие вещества, как твердые, так и газообразные. Она впитывает все как губка и ускоряет многие химические реакции. Не случайно человек на 70-80%, в зависимости от возраста, состоит из воды. К старости в человеческом теле содержание воды уменьшается, поэтому человек в конечном итоге умирает. Без воды невозможно жить.
Круговорот воды в природе
Ученые рекомендуют выпивать не менее 1,5-2 литров воды в сутки. Чистую питьевую воду нельзя заменить соками, чаем или газированными напитками. Ведь именно чистая вода участвует в обмене веществ, помогает восстанавливать разрушенные клетки.
Спортсмены во время тренировок выпивают много воды, чтобы сделать занятия более эффективными. В целом вода необходима всем живыми существам. Она циркулирует в биосфере, переходит из одного организма в другой. Она помогает регулировать температуру нашего тела.
Интересно, что человек за 50 лет жизни выпивает примерно 50-60 тонн воды. Это целая полная цистерна! Важно пить насыщенную полезными веществами воду. Нельзя пить дистиллированную или чрезмерно очищенную воду. Так можно «вымыть» весь кальций из организма.
Особенно важно подобрать подходящую воду для детей. Ведь их здоровье очень уязвимо. Компания «Воды Здоровья» предлагает детскую питьевую воду из подземного источника. Не давайте детям пить воду из-под крана, покупайте чистую питьевую воду в бутылках!
Что такое жажда?
Почему мы часто испытывает жажду? Как все это происходит? Дело в том, что при нехватке воды в наших клетках начинает возрастать осмотическое давление. Мы чувствует себя очень плохо. Часто люди путают голод с жаждой. Так что если вам хочется перекусить, сначала выпейте воды. Скорее всего, вам полегчает.
В день в нашу систему пищеварения приходит примерно 10 л жидкости. Ее впитывает слизистая оболочка. Правда, извне поступает примерно 2,5 литра. Остальную жидкость продуцирует наш организм. Так, мы получаем 1,5 литра слюны, 1-1,5 литра желудочного сока. Еще 3-4 литра дает кишечный сок. Примерно 0,7-1 литра сока дает поджелудочная железа. Учтем еще желчь – это еще 0,5 литра. Это настоящий потоп!
Отметим еще одну особенность. В человеческом ухе есть специальный орган, который называется «лабиринт». Он полностью заполнен водой и отвечает за наше равновесие при ходьбе. Когда воды в нашем теле не хватает, этот орган перестает работать, и мы теряем возможность нормально ходить.
При этом в день мы теряем 2-3 литра воды. Так что если не потреблять примерно такое количество жидкости, мы можем умереть от жажды. Из-за недостатка воды можно заработать хронические заболевания. Вот почему, как мы сказали выше, нужно выпивать два литра воды в день.
Пить воду нужно небольшими порциями до приема пищи. Например, за полчаса до обеда и завтрака диетологи советуют выпивать 200-300 мл чистой питьевой воды. Следите за собой и пейте воду в нужных объемах! Вы можете заказать качественную природную воду в компании «Воды Здоровья» с доставкой.
Уважаемые читатели!
Спасибо, что читаете наш блог! Получайте самые интересные публикации раз в месяц оформив подписку. Новым читателям предлагаем попробовать нашу воду бесплатно, при первом заказе выберите 12 бутылок (2 упаковки) минеральной воды BioVita или питьевой воды Stelmas. Операторы свяжутся с Вами и уточнят детали. Тел. 8 (800) 100-15-15
* Акция для Москвы, МО, Санкт-петербурга, ЛО
Получи самые интересные публикации
Вы можете отписаться в любой момент
Спасибо за подписку на нашу рассылку
Источник
Вода (H2O) — важнейшее неорганическое вещество клетки. В клетке в количественном отношении вода занимает первое место среди других химических соединений. Вода выполняет различные функции: сохранение объёма, упругости клетки, участие во всех химических реакциях. Все биохимические реакции происходят в водных растворах. Чем выше интенсивность обмена веществ в той или иной клетке, тем больше в ней содержится воды.
Обрати внимание!
Вода в клетке находится в двух формах: свободной и связанной.
Свободная вода находится в межклеточных пространствах, сосудах, вакуолях, полостях органов. Она служит для переноса веществ из окружающей среды в клетку и наоборот.
Связанная вода входит в состав некоторых клеточных структур, находясь между молекулами белка, мембранами, волокнами, и соединена с некоторыми белками.
Вода обладает рядом свойств, имеющих исключительное значение для живых организмов.
Структура молекулы воды
Уникальные свойства воды определяются структурой её молекулы.
Между отдельными молекулами воды образуются водородные связи, определяющие физические и химические свойства воды.
Характерное расположение электронов в молекуле воды придаёт ей электрическую асимметрию. Более электроотрицательный атом кислорода притягивает электроны атомов водорода сильнее, в результате молекула воды является диполем (обладает полярностью). Каждый из двух атомов водорода обладает частично положительным зарядом, а атом кислорода несёт частично отрицательный заряд.
Частично отрицательный заряд атома кислорода одной молекулы воды притягивается частично положительными атомами водорода других молекул. Таким образом, каждая молекула воды стремится связаться водородной связью с четырьмя соседними молекулами воды.
Свойства воды
Так как молекулы воды полярны, то вода обладает свойством растворять полярные молекулы других веществ.
Вещества, растворимые в воде, называются гидрофильными (соли, сахара, простые спирты, аминокислоты, неорганические кислоты). Когда вещество переходит в раствор, его молекулы или ионы могут двигаться более свободно и, следовательно, реакционная способность вещества возрастает.
Вещества, нерастворимые в воде, называются гидрофобными (жиры, нуклеиновые кислоты, некоторые белки). Такие вещества могут образовывать с водой поверхности раздела, на которых протекают многие химические реакции. Следовательно, тот факт, что вода не растворяет некоторые вещества, для живых организмов также очень важен.
Вода обладает высокой удельной теплоёмкостью, т. е. способностью поглощать тепловую энергию при минимальном повышении собственной температуры. Чтобы разорвать многочисленные водородные связи, имеющиеся между молекулами воды, требуется поглотить большое количество энергии. Это свойство воды обеспечивает поддержание теплового баланса в организме. Большая теплоёмкость воды защищает ткани организма от быстрого и сильного повышения температуры.
Для испарения воды необходима довольно большая энергия. Использование значительного количества энергии на разрыв водородных связей при испарении способствует его охлаждению. Это свойство воды предохраняет организм от перегрева.
Пример:
примерами этого могут являться транспирация у растений и потоотделение у животных.
Вода обладает также высокой теплопроводностью, обеспечивая равномерное распределение тепла по всему организму.
Обрати внимание!
Высокая удельная теплоёмкость и высокая теплопроводность делает воду идеальной жидкостью для поддержания теплового равновесия клетки и организма.
Вода практически не сжимается, создавая тургорное давление, определяя объём и упругость клеток и тканей.
Пример:
гидростатический скелет поддерживает форму у круглых червей, медуз и других организмов.
Благодаря силам сцепления молекул на поверхности воды создаётся плёнка, обладающая такой характеристикой, как поверхностное натяжение.
Пример:
благодаря силе поверхностного натяжения происходит капиллярный кровоток, восходящий и нисходящий токи растворов в растениях.
К числу важных в физиологическом отношении свойств воды относится её способность растворять газы (O2, CO2 и др.).
Вода является также источником кислорода и водорода, выделяемых при фотолизе в световую фазу фотосинтеза.
Биологические функции воды
- Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма. В природе вода переносит продукты жизнедеятельности в почву и к водоёмам.
- Вода — активный участник реакций обмена веществ.
- Вода участвует в образовании смазывающих жидкостей и слизей, секретов и соков в организме (эти жидкости находятся в суставах позвоночных животных, в плевральной полости, в околосердечной сумке).
- Вода входит в состав слизей, которые облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей. Водную основу имеют и секреты, выделяемые некоторыми железами и органами: слюна, слёзы, желчь, сперма и т. д.
Источники:
Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. 9 класс // ДРОФА.
Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. Общая биология (базовый уровень) 10–11 класс // ДРОФА.
Лернер Г. И. Биология: Полный справочник для подготовки к ЕГЭ: АСТ, Астрель.
https://infourok.ru/prezentaciya_po_biologii_na_temu_mineralnye_veschestva_i_voda-409343.htm
https://otvet.mail.ru/question/182353364
https://www.studfiles.ru/html/2706/741/html_fBK8q_mH0r.UWHS/htmlconvd-PYhDG9_html_1c3325a2.png
Источник
Неорганические соединения
Качественный и количественный состав веществ клетки
Работа натрий-калиевого насоса
Натрий-калиевый насос – это особый белок, пронизывающий всю толщу мембраны, который постоянно накачивает ионы калия внутрь клетки, одновременно выкачивая из нее ионы натрия; при этом перемещение обоих ионов происходит против градиентов концентраций.
Упрощенно действие натрий-калиевого насоса можно представить следующим образом:
- С внутренней стороны мембраны к молекуле белка-переносчика поступают АТФ и ионы натрия, а с наружной – ионы калия.
- Молекула переносчика осуществляет гидролиз одной молекулы АТФ.
- При участии трех ионов натрия за счет энергии АТФ к переносчику присоединяется остаток фосфорной кислоты; сами эти три иона также присоединяются к переносчику.
4.В результате присоединения остатка фосфорной кислоты происходит такое изменение формы молекулы, что ионы натрия оказываются по другую сторону мембраны, уже вне клетки.
5. Три иона натрия выделяются во внешнюю среду, а вместо них с фосфорилированным переносчиком соединяются 2 иона калия.
6. Присоединение 2 ионов калия вызывает дефосфорилирование переносчика – отдачу им остатка фосфорной кислоты.
7. Дефосфорилирование вызывает такую конформацию переносчика, что ионы калия оказываются по другую сторону мембраны, внутри мембраны.
8. Ионы калия высвобождаются внутри клетки, и весь процесс повторяется.
| Вещества | Содержание, % | |
| Неорганические | Вода | 70-80 |
| Минеральные вещества | 1-1,5 | |
| Органические | Белки | 10-20 |
| Углеводы | 0,2-2 | |
| Жиры | 1-5 | |
| Нуклеиновые кислоты | 1-2 | |
| АТФ и прочие низкомолекулярные органические вещества | 0,1-0,5 |
Вода (10 % -эмаль зубов, 85 % – в нервной ткани)
Свойства водысвязаны с
· Малыми размерами молекул;
· Полярностью ее молекул, т.е. неравномерным распределением зарядов в молекуле (один конец молекулы несет небольшой положительный заряд, другой – отрицательный). Вода – диполь.
· Способностью соединяться друг с другом водородными связями за счет электростатического притяжения Н одной молекулы и О другой молекулы. Каждая молекула может образовывать четыре водородные связи.
Свободная вода -95-96 %; связанная вода -4-5 %
| № | Физическое свойство | Значение | Примеры |
| 1. | Высокая теплоемкость и высокая теплота испарения. Вода медленно нагревается и медленно остывает. | 1. Поддержание теплового равновесия организма — теплорегуляция. 2. большой охлаждающий эффект. 3. Круговорот воды в природе является одним из элементов формирования климата. | Вода служит для многих клеток и организмов средой обитания, для которой характерно довольно значительное постоянство условий. Транспирация у растений, потоотделение у млекопитающих Периодическое выпадение осадков. Исторически сложившиеся условия увлажнения в различных природных зонах |
| 2. | Низкая плотность около температуры замерзания. | Лед образуется на поверхности водоемов и выполняет функцию теплоизоляции — защищает от холода находящиеся в воде организмы | Сохранение зимой биоценозов замерзающих озер, прудов и рек |
| 3. | Подвижность молекул (вследствие слабости водородных связей) | Возможность осмоса | Поступление воды из почвы; плазмолиз |
| 4. | Вязкость (благодаря наличию водородных связей) | Смазывающие свойства | Синовиальная жидкость является «смазкой» в суставах позвоночных; плевральная жидкость уменьшает трение между грудной клеткой и легкими во время дыхания |
| 5. | Универсальный растворитель для полярных веществ Гидрофильные – вещества, хорошо растворимые в воде Гидрофобные – вещества, практически нерастворимые в воде | При растворении веществ их реакционная способность возрастает (вода – среда протекания многих химических реакций в организме). Неполярные вещества отталкиваются от воды и поэтому могут разделять водные растворы на отдельные компартменты (мембраны). Гидрофобные взаимодействия играют важную роль в обеспечении стабильности мембран, белков, нуклеиновых кислот и др. | Кровь, тканевая жидкость, лимфа, желудочный сок, слюна — у животных; клеточный сок (водный раствор белков, сахаридов, органических кислот, пигментов и др.) — у растений; организмы, живущие в водной среде, используют кислород, растворенный в воде |
| 6. | Способность образовывать гидратную оболочку вокруг макромолекул (благодаря полярности молекул) | Является дисперсионной средой в коллоидной системе цитоплазмы | Гиалоплазма представляет собой коллоидный раствор белков, в котором макромолекулы белков окружены «чехлом» из определенным образом ориентированных молекул воды (связанная вода), что препятствуя склеиванию веществ друг с другом. |
| 7. | Большое поверхностное натяжение и когезия. | Водные растворы являются средством передвижения веществ в организме | Капиллярный кровоток; восходящий и нисходящий токи растворов в растении |
| 8. | Практически полная несжимаемость | Поддержание формы и упругости клеткам, органам и тканям | Тургорное давление придает форму органам и тканям растений, обеспечивает положение в пространстве; гидростатический скелет (круглые черви, медузы); амниотическая жидкость поддерживает и защищает плод млекопитающих |
| 9. | Способность пропускать свет (прозрачность) | Возможность фотосинтеза на небольшой глубине и, следовательно, возможность существования связанных с ним пищевых цепей | Высокопродуктивные биоценозы прудов, озер, рек, морского шельфа |
Источник
Свойства воды и ее роль в клетке:
На первом месте среди веществ клетки стоит вода. Она составляет около 80% массы клетки. Вода важна для живых организмов вдвойне, ибо она необходима не только как компонент клеток, но для многих и как среда обитания.
1. Вода определяет физические свойства клетки – ее объем, упругость.
2. Многие химические процессы протекают только в водном растворе.
3. Вода – хороший растворитель: многие вещества поступают в клетку из внешней среды в водном растворе, и в водном же растворе отработанные продукты выводятся из клетки.
4. Вода обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью.
5. Вода обладает уникальным свойством: при охлаждении ее от +4 до 0 градусов, она расширяется. Поэтому лед оказывается легче жидкой воды и остается на ее поверхности. Это очень важно для организмов, обитающих в водной среде.
6. Вода может быть хорошим смазочным материалом.
Биологическая роль воды определяется малыми размерами ее молекул, их полярностью и способностью соединяться друг с другом водородными связями.
Биологические функции воды:
транспортная. Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма. В природе вода переносит продукты жизнедеятельности в почвы и к водоемам.
метаболическая. Вода является средой для всех биохимических реакций, донором электронов при фотосинтезе; она необходима для гидролиза макромолекул до их мономеров.
вода участвует в образовании смазывающих жидкостей и слизей, секретов и соков в организме.
За очень немногими исключениями (кость и эмаль зуба), вода является преобладающим компонентом клетки. Вода необходима для метаболизма (обмена) клетки, так как физиологические процессы происходят исключительно в водной среде. Молекулы воды участвуют во многих ферментативных реакциях клетки. Например, расщепление белков, углеводов и других веществ происходит в результате катализируемого ферментами взаимодействия их с водой. Такие реакции называются реакциями гидролиза.
Вода служит источником ионов водорода при фотосинтезе. Вода в клетке находится в двух формах: свободной и связанной. Свободная вода составляет 95% всей воды в клетке и используется главным образом как растворитель и как дисперсионная среда коллоидной системы протоплазмы. Связанная вода, на долю которой приходится всего 4% всей воды клетки, непрочно соединена с белками водородными связями.
Из-за асимметричного распределения зарядов молекула воды действует как диполь и потому может быть связана как положительно, так и отрицательно заряженными группами белка. Дипольным свойством молекулы воды объясняется способность ее ориентироваться в электрическом поле, присоединяться к различным молекулам и участкам молекул, несущим заряд. В результате этого образуются гидраты
Благодаря своей высокой теплоемкости вода поглощает тепло и тем самым предотвращает резкие колебания температуры в клетке. Содержание воды в организме зависит от его возраста и метаболической активности. Оно наиболее высоко в эмбрионе (90% ) и с возрастом постепенно уменьшается. Содержание воды в различных тканях варьируется в зависимости от их метаболической активности. Например, в сером веществе мозга воды до 80%, а в костях до 20%. Вода — основное средство перемещения веществ в организме (ток крови, лимфы, восходящие и нисходящие токи растворов по сосудам у растений) и в клетке. Вода служит «смазочным» материалом, необходимым везде, где есть трущиеся поверхности (например, в суставах). Вода имеет максимальную плотность при 4°С. Поэтому лед, обладающий меньшей плотностью, легче воды и плавает на ее поверхности, что защищает водоем от промерзания. Это свойство воды спасает жизнь многим водным организмам.
Источник