Какие свойства воды позволяют ей выполнять защитную амортизационную функции

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.

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.

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 также высокой теплопроводностью, обеспечивая равномерное распределение тепла по всему организму.

Благодаря силам сцепления молекул на поверхности воды создаётся плёнка, обладающая такой характеристикой, как поверхностное натяжение.

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.

Каждый из нас наверняка слышал фразу о том, что человеческий организм в большей степени состоит из воды. А задумывались ли вы, почему это так? Зачем нужно такое большое количество жидкости и в целом какую функцию выполняет вода в организме?

Свойства

Вода обладает следующими свойствами:

• прежде всего она хороший растворитель (как для питательных веществ, так и для токсических);
• текучесть;
• имеет высокую теплоемкость и теплопроводность;
• может испаряться;
• способна гидролизировать другие вещества (т. е. вещества разлагаются под ее действием или расщепляются в ней).

Благодаря этим основным свойствам вода выполняет целый ряд жизненно важных функций в организме каждого живого существа. Рассмотрим их подробнее.

Функции воды в организме

Тело человека в среднем на 75 % состоит из воды. Это соотношение с возрастом изменяется, к сожалению, в сторону уменьшения.

Вода, будучи основной составляющей всех жидкостей организма, в частности крови, в которой более 90 % содержится именно ее, выполняет следующие основные функции:

• регуляция температуры тела;
• выведение шлаков, токсинов и продуктов жизнедеятельности;
• транспорт питательных веществ и кислорода;
• усвоение и переваривание продуктов питания;
• транспортная функция;
• амортизация суставов и предотвращение их трения;
• поддержание структур клеток;
• защита тканей и внутренних органов;
• улучшение метаболизма.

Функции воды в процессах терморегуляции заключаются в обеспечении постоянной температуры тела на клеточном уровне путем испарения и потоотделения. Благодаря своей способности переносить достаточно большое количество теплоты, влага, циркулируя в человеческом теле, забирает ее там, где она в излишке, и добавляет туда, где ее недостаточно.

Амортизирующие функции воды в организме обеспечиваются за счет ее большого содержания в синовиальных жидкостях суставов. Это предотвращает трение суставных поверхностей во время нагрузок и работы суставов, а также является определенным защитным буфером при возможных падениях и травмах.

Вода выполняет функцию транспорта необходимых соединений благодаря ее большому поверхностному натяжению. Таким образом, она может проникать везде, даже в межклеточные пространства, доставляя органам и тканям необходимые питательные вещества и выводя продукты их жизнедеятельности.

Общепринятым является тот факт, что от количества употребляемой жидкости напрямую зависит умственная работоспособность человека. Обезвоживание грозит не только упадком сил, энергии, появлением головных болей и головокружения, но и снижением работоспособности, памяти и возможности концентрации на нужной информации.

Также, учитывая, что с возрастом количество воды как составляющей организма снижается, учеными предполагается некая зависимость между количеством жидкости и процессами старения. Поэтому людям старшей возрастной группы особенно внимательно нужно подходить к водному рациону.

В последние годы все чаще отмечаются функции воды и в профилактике многих заболеваний, в том числе и онкологических. Считается, что чем больше жидкости мы употребляем, тем больше она выводится, а с ней и болезнетворные организмы, продукты их жизнедеятельности, токсины и канцерогенные вещества, которые потенциально могут быть плацдармом для развития раковых заболеваний.

Таким образом, все функции воды важны для нормального функционирования всех органов и систем и для комфортного и здорового образа жизни человека.

Интересно, но факт

Чем меньше поступает воды извне, тем больше ее накапливается внутри. Это означает, если вы нерегулярно и в недостаточных количествах употребляете жидкость, то при очередном ее поступлении организм задерживает воду, сохраняя ее как бы про запас. Таким образом, человек не только собственноручно подвергает себя целому ряду заболеваний, но и набирает лишний вес.

Первым сигналом, который дает ваш организм о недополучении им воды, является всем известная усталость. Если длительное время не возмещать физиологические потери жидкости, то человек начинает ощущать ломоту в суставах и дискомфорт в позвоночнике. В организме накапливаются токсины, иммунитет снижается, и человек становится более подвержен заболеваниям, особенно инфекционным.

Важно!

Ежедневно необходимо употреблять 1,5-2 литра жидкости. Регулярный прием качественной воды подарит вам ощущение прилива сил и бодрости, улучшатся процессы пищеварения, перестанут беспокоить головные боли и другие дискомфортные ощущения. Вы не только станете чувствовать себя лучше, но и обязательно будете лучше выглядеть.

Рекомендуется употреблять стакан воды натощак. В течение дня суточная норма должна быть распределена равномерно. Лучше пить воду негазированную и комнатной температуры.

Заключение

Функции воды в организме человека разнообразны и многочисленны. Поэтому не стоит пренебрегать столь важной составляющей вашего рациона. Употребляйте воду в необходимых количествах и будьте здоровы!

1.      Один атом кислорода в воде соединен ковалентными связями с парой атомов водорода. Поэтому каждый атом водорода приобретает частично положительный заряд, а атом кислорода частично отрицательный.

2.      Между отрицательно заряженным атомом кислорода одной молекулы воды и положительно заряженным атомом водорода другой молекулы имеется водородная связь. Потому молекулы воды и связаны друг с другом.

3.      Водородные связи легко разрушаются — они в 20 раз слабее ковалентных связей. Поэтому молекулы воды подвижны в клетке и организме.

4.      Водородные связи также обусловливают высокую температуру кипения воды, теплоемкость
(способность поглощать тепло при минимальном колебании собственной температуры).

Роль воды в живой системе — клетке

1.      Молекула воды — это диполь, так как в области атомов водорода преобладает заряд положительный, а в области атома кислорода выше плотность отрицательного заряда.

2.      Угол связи H-O-H в молекуле воды составляет 104,5 градуса, поэтому положительный и отрицательный заряды сосредоточены на разных концах молекулы. И именно поэтому вода — прекрасный растворитель полярных веществ.

3.      Вода вообще является универсальным растворителем благодаря своей способности образовывать гидраты.

4.      Вода способна на ориентирование в электрическом поле, она может присоединиться к различным молекулам и участкам молекул, несущим заряд, — при этом образуются гидраты. Если силы притяжения внутри молекулы воды меньше, чем силы притяжения молекул воды к молекулам иного вещества, это вещество растворятся в воде.

5.      Поэтому выделяют гидрофильные вещества — они хорошо растворимы в воде: соли, щелочи, кислоты. Данные вещества диссоциируют на заряженные частицы — катионы и анионы. Молекулы воды взаимодействуют с ними.

6.      Кроме полярных соединений к гидрофильным веществам относятся также сахара, аминокислоты, спирты — неполярные соединения, в составе которых имеются полярные группы (OH, различные радикалы).

7.      Гидрофобные вещества — с трудом или вовсе не растворяются в воде. К ним относятся жиры, жироподобные вещества, бензин, парафин, каучук. Жироподобные вещества находятся, например, внутри клеточных мембран, ограничивая исход растворенных веществ из клетки в окружающую среду и проникновение обратно.

8.      Вода — участник многих реакций в клетке, ведь большинство реакций идут как раз в водном растворе. Белки, липиды, углеводы и другие органические вещества расщепляются в результате работы ферментов и взаимодействия с водой до более простых веществ в результате реакций гидролиза.

9.      В связи с высокой теплоемкостью вода отлично поддерживает тепловое равновесие в клетке, и при сильном повышении температуры среды вода нагревается медленно, но долго сохраняет тепло. Организмы защищены водой от резких колебаний температуры окружающей среды, поэтому процессы обмена веществ могут происходить в стабильных условиях.

10. Вода имеет относительно высокую для жидкостей теплопроводность. Тепло равномерно распределяется по всему объему воды в клетке, препятствуя перегреванию в отдельных точках.

11. Испарение
воды обеспечивает охлаждение именно всей поверхности клетки, так как на разрыв водородных связей тратится энергия. Таким образом, вода участвует в терморегуляции.

12. Вода — источник кислорода, который растения выделяют в атмосферу.

13. Вода — источник водорода, который используется для синтеза органических веществ растениями.

14. Вода — среда для транспорта веществ
в организме. Она обеспечивает ток лимфы и крови, восходящие и нисходящие токи растворов по древесине и лубу у растений. В клетках вещества, растворенные в воде, транспортируются через клеточные мембраны. Транспортные функции воды обеспечиваются ее низкой вязкостью и высокой подвижностью.

15. В клетке различают воду свободную (ее 90 процентов) и связанную (10 процентов). Связанная вода участвует в образовании макромолекул и никогда не теряется живой клеткой. Вода определяет объем и тургор клеток и тканей. Тургор
— напряженное состояние плазматической мембраны, вызванное давлением воды внутри клетки.

16. Вода характеризуется высоким поверхностным натяжением — этим обеспечивается сцепление ее молекул. Благодаря такому свойству молекулы воды передвигаются по проводящим тканям растений, а также некоторые животные двигаются по поверхности воды. Например, клоп-водомерка при передвижении использует именно поверхностное натяжение воды. На первой и третьей паре ног у него есть специальные волоски, которые не продавливают слой воды, а держат жука на поверхности.

17. При замерзании воды ее объем возрастает, а плотность уменьшается, поэтому вода в виде льда всплывает на поверхность водоема. Максимальную плотность вода имеет при температуре 4 градуса, а при 0 она имеет меньшую плотность. Зимой часть воды в реках превращается в более легкий лед, который всплывает на поверхность и создает защиту для речных обитателей, препятствуя промерзанию толщи воды. При этом более теплая и плотная вода (с температурой не ниже 4 градусов) концентрируется под покровом льда, создавая условия для выживания водных животных. Поздней осенью, при понижении температуры ниже 4 градусов в клетках растений образуются кристаллы льда и они погибают. Чтобы выжить, многие растения накапливают в тканях белки и сахара, благодаря чему вода с растворенными в ней органическими веществами не замерзает, и растения благополучно переносят холода.