В каком виде вода содержится в клетке

Роль воды в клетке для живого организма незаменима.

Она составляет около 70 процентов от ее массы. Остальные 30 процентов занимают органические и неорганические вещества. Недостаток жидкости приводит к истощению или гибели организма.

В данной статье мы узнаем, какие важные функции вода выполняет в клетках.

Какую роль выполняет в клетке вода

Все живые организмы состоят из клеток: человек, растения, животных, бактерии и т.д. Клетка – это наименьшая единица строения живого организма.

Они различаются, но имеют общие признаки.

В состав всех клеток входят органические и неорганические вещества. Самое распространенное неорганическое вещество – вода.

Рассмотрим кратко её основные функции.

1. Растворитель. Вода выполняет в клетке функцию растворителя, большинство химических реакций протекают только в водной среде.
2. Транспортная функция. Помогает переносить питательные вещества из одной части в другую.
3. Функция регенерации. С помощью воды удаляются ненужные продукты жизнедеятельности.
4. Вода как реагент. Она участвует во многих химических реакциях: полимеризации, гидролиза, в процессе фотосинтеза.
5. Терморегуляторная. Поглощает большое количество тепловой энергии при минимальном повышении собственной температуры. Таким образом, защищает организм от перегрева и обеспечивает равномерное распределение тепла по всему организму.
6. Придает форму и упругость клетке. Вода практически не сжимается (в жидком состоянии) и служит гидростатическим скелетом. В составе клетке вода занимает 1 место среди всех химических соединений, определяет объем и упругость.

Химическая роль

Вода в качестве реагента участвует во многих химических реакциях:

1. фотосинтеза растений;
2. гидролизе – разрушении веществ с присоединением воды.

Химический состав клетки

Рассмотрим полный состав на рисунке № 2.

Органические вещества

1. Белки – сложные органические соединения. В одном организме может быть несколько тысяч разных видов. Самый известный белок — гемоглобин. Он осуществляет поступление кислорода ко всем клеткам. Благодаря белку Интерферону, организм человека борется с вирусными заболеваниями.
2. Углеводы необходимы, как источник энергии. К ним можно отнести: глюкозы, сахарозу и д. р.
3. Жиры являются запасным источником энергии и воды. Особенно они важны для животных, впадающих в спячку.
4. Нуклеиновые кислоты – высокомолекулярные соединения. Присутствуют во всех живых организмах. Передают наследственную информацию. Они хорошо растворимы в воде, практически нерастворимы в органических растворителях.

Неорганические вещества

1. Вода занимает 70 процентов. Она является непосредственным участником роста, размножения, питания, выделения, передвижения веществ в клетке и организме.
2. Минеральные соли, растворены в воде. Составляют от 1-1,5 процентов. В растворенном виде они образуют необходимую среду для химических процессов.
3. Углекислый газ.
4. Кислоты и основания.

Как образуются органические и неорганические вещества

В природе большое разнообразие клеток. Они могут отличаться размерами, функциям, формой. Могут быть свободноживущими или входить в состав многоклеточного организма. При всем многообразии они состоят из одних и тех же типов химических веществ.

Живую клетку отличают 2 особенности:

1. высокое содержание воды;
2. большое количество сложных органических веществ.

По подсчетам ученых в ней можно встретить около 70 химических элементов, правда, только 24 встречаются постоянно. Рассмотрим рисунок № 3.

По количеству элементы, содержащиеся в клетках, делят на 3 группы.

1. Макроэлементы. Встречаются в большом количестве. К ним относят: Кислород, Углерод, Водород, Азот, Серу, Железо, Фосфор, Кальций и т.д.
2. Микроэлементы. Встречаются в небольшом количестве такие элементы, как: Марганец, Медь, Кобальт, Цинк и т.д. Несмотря на малое содержание, они выполняют большую роль в обмене веществ.
3. Ультрамикроэлементы. Составляют менее 0, 000001 % в организме живых существ. К ним относятся: Золото, Серебро, Платина, Цезий, Селен и т. д.

Процентное содержание элементов не характеризует их важность в организме.

Многие элементы входят в состав биологически важных веществ, ферментов, витаминов. Например, Кобальт входит в состав Витамина В 12.

Эти 70 элементов могут входить в состав клетки. Они образуют 1000 химических веществ, которые можно разделить на неорганические и органические вещества.

Вода в органах и тканях

Всем живым существам необходима вода. Тело человека состоит из воды на 60-80 процентов. Она необходима каждому органу: коже, головному мозгу, желудку, сердцу, зубной эмали, ногтям и т.д.

При недостатке жидкости происходит обезвоживание организма. В клетке человека в разных органах и тканях содержится разное количество воды.

Для наглядности представлен рисунок № 4.

Например, у новорожденного — 80 процентов жидкости, у пожилого человека — 60 процентов.

Функции свободной воды в бактериальных клетках

Вода в клетках живых организмах бывает двух видов.

1. Свободная, входит в состав цитоплазмы, заполняет межклеточные пространства, заполняет сосуды, пространства между органами. Она нужна для транспортировки веществ и для поддержания процессов жизнедеятельности
2. Связанная, входит в состав клеточных структур (например, белков, мембран).

Основных различием бактериальной клетки является отсутствие ядра. Вместо него в центральной части находится ядерное вещество, которое выполняет такие же функции. Рассмотрим рисунок № 5.

Свободная вода в ее составе выполняет функции:

1. растворителя;
2. транспортировки;
3. обеспечивает процессы метаболизма;
4. способствует размножению.

Существуют организмы, не имеющие клеточного строения. К ним относят вирусы.

Заключение

В жизнедеятельности клетки вода выполняет ключевую роль. Её содержание не редко достигает 70-80 процентов. Вода необходима для каждого процесса в живом организме и содержится в каждом органе. Вода – источник жизни, ее биологическая роль бесценна для живого организма.

Зачем нужна вода в клетке

Вода жизненно необходима живым организмам и растениям. На ее долю приходится большая часть содержимого всех тканей. Строение молекул воды и их свойства помогают поддерживать жизнедеятельность клеток, регулировать обменные процессы, доставлять питательные вещества и выводить отработанные. Форма и упругость клеток поддерживается благодаря свойствам молекул воды.  

Доминирующую роль в наполнении содержимого клетки играет вода, на долю которой приходится 80% массы клеточного вещества. Выступая в качестве компонента клетки, вода одновременно является средой обитания для микроорганизмов.

Благодаря физическим свойствам воды, клетка может сохранять форму, обладая упругостью. Сохранение тепла тоже происходит благодаря свойствам водного раствора. Химические реакции, протекающие внутри клетки, возможны благодаря водной составляющей. В жидкости растворяются полезные вещества и с нею же выводятся через мембрану отработанные. Интенсивность протекания обменных процессов напрямую зависит от количественного содержания воды. Установлено, что свойства воды при температуре близкой к нулю, помогают выжить многим микроорганизмам. Кроме того, вода используется организмом в качестве смазочного материала, например, в системе пищеварения.

Все эти особенности воды обусловлены ее молекулярным строением и способностью молекул создавать водородные связи. Вода вступает во взаимодействие с полярными молекулами многих веществ, растворяя их. К таким веществам относятся сахара, соли, аминокислоты, некоторые кислоты, спирты. Называются они гидрофильными, то есть обладают способностью вступать во взаимодействие с водой, образуя прочные связи.

Гидрофобные, которые не создают соединений с молекулами воды, растекаясь по поверхности, образуют тонкий слой. В нем формируется уникальная среда, в которой происходят химические реакции. К веществам, нерастворимым в воде, принадлежат жиры, отдельные белки, нуклеиновые кислоты.

Способность поддерживать теплообмен напрямую зависит от физического свойства воды – она обладает высокой удельной теплоемкостью и теплопроводностью. Поглощение тепла происходит быстро, при этом процесс нагревания протекает медленно. Чтобы началось испарение, требуется затратить много энергии. Чтобы начался процесс охлаждения, достаточно разорвать водородные связи.

Сколько воды содержится в клетке

Имея много общего, все живые организмы отличаются друг от друга. При этом и содержание воды у разных представителей флоры и фауны отличается. Разница зависит и от географической привязки, климатических особенностей, возраста и вида растения или животного. Даже принадлежность к одному виду, обитающему в разных условиях, не гарантирует одинаковое процентное соотношение жидкости в клетках.

Наличие воды в листьях, стебле и корнях одного растения тоже сильно отличается. Так, если в листьях содержится более 90% водного раствора, то на долю семян приходится чуть больше 10%. В некоторых случаях содержание жидкости не превышает 6%, но при этом жизненные процессы не прекращаются, а приостанавливаются на время. Наступление благоприятных климатических условий запускают процесс накопления воды.

Люди тоже подвержены зависимости от многих факторов. Возраст, образ жизни, состояние здоровья человека и местность проживания с климатическими особенностями определяют процентное содержание жидкости в тканях. Установлено, что больше всего воды находится в лимфе и крови, а меньше всего в клетках костной ткани зубов.

Вода в растениях находится в живых клетках, мертвых элементах, в межклетниках. Самое большое количество воды приходится на межклетники листьев, где она сохраняется в парообразном состоянии. В виде жидкости – в разных частях клеток, занимая более 95% составляющего. Содержание воды в оболочке не превышает 50%.

В различных частях растительной или животной клетки вода может создавать разные формы.

В каких клетках больше всего воды

В разных клетках животных или растительных разный процент содержания воды. Самое большое количество находится в жидких тканях – крови и лимфе. Недостаточное содержание воды в клетках лимфы и крови приводит к загустению, ломкости сосудов. Густая кровь неизбежно приводит к возникновению тромбов и местных кровоизлияний.

Самое большое содержание воды в клетках эмбриона, достигает 98%. Мозг человека содержит чуть меньше – 80%, а в жировых тканях всего 40%. Установлено, что 70% воды находится внутри клеток.

Старение организма ведет к потере жидкости, происходит постепенное обезвоживание. Если процесс происходит слишком быстро, то это может вызвать смерть, для этого достаточно потерять 20% воды.

Роль воды в клетке

Вода в клетках выполняет важнейшие функции, принимая участие в химических реакциях, благодаря которым сохраняется жизнеспособность и работоспособность клеток. Процессы, протекающие во внутриклеточном пространстве, возможны благодаря образованию водородных связей и обратимой ионизации.

Внутри клеток вода находится в двух формах: свободной и связной. Свободная занимает межклеточное пространство, сосуды, полости органов. Ей отводится роль перевозчика веществ в клетку и обратно. Связная вода это составная частью отдельных клеточных структур, расположена между молекулами белка, мембранами, волокнами, связана с молекулами белка.

• Воды в клеточной структуре больше всего, это необходимо для протекания химических реакций. Молекулы воды идеально подходят на роль катализатора. Гидролиз жиров и белков при переваривании еды высвобождает энергию, которая тратится на поддержание работы клеток. Электроны и протоны высвобождаются при гидролизе солей.
• Вода реализует потребность клетки в питательных веществах, выполняя роль своеобразного транспорта. Отработанные продукты выводятся за пределы оболочки, а взамен поставляются новые вещества. Проникающая способность молекул воды позволяет им беспрепятственно перемещаться внутри клеток и в межклеточном веществе.
• Форма клетки, ее физические параметры удерживаются благодаря воде. Вода обладает упругостью, ее сложно сжать. Молекулы воды прочно удерживают форму, поддерживают постоянное давление внутри клетки. Благодаря этой особенности все ткани четко структурированы и имеют постоянную форму.
• Поддержание постоянной температуры внутри клетки обусловлена физическими свойствами воды. Повышенная теплоемкость выступает в качестве регулятора постоянной температуры. Дополнительная энергия, которая тратится на согрев клеток высвобождается при расщеплении жиров.

Метаболическая роль воды в клетке

Вода в клетке служит средой для нормального протекания внутренних биохимических реакций. Молекулы воды принимают участие в химических реакциях: образование или гидролиз полимеров. Фотосинтез у растений возможен благодаря тому, что вода является донором электронов и источником атомов водорода. В воде содержится свободный кислород.

Транспортная роль воды в клетке

Особая структура молекул воды позволяет ей беспрепятственно проникать через оболочку клетки в межклеточное вещество. Вместе с водой осуществляют путешествие микроорганизмы и полезные вещества, необходимые для поддержания жизнедеятельности клетки. Молекулы воды, выполняя транспортную функцию, доставляют питание. Отработанные вещества необходимо захватить и переместить наружу, чтобы освободить место для новых. Происходит постоянная циркуляция воды, обогащенной полезными веществами внутрь клетки и выведение ненужных продуктов наружу. Это постоянный процесс, который продолжается на протяжении всей жизни организма.

Чем больше в клетке воды, тем интенсивнее происходит процесс обмена.

У растений транспортная функция осуществляется с использованием капиллярного способа водного раствора. Питательные вещества из почвы всасываются корнями, на которых расположены мельчайшие волоски, и дальше устремляются по стеблю к листьям и цветоносам.

Функции воды в клетке

Осуществляя поддержание процессов жизнедеятельности клетки, вода является еще и благотворной средой обитания для различных микроорганизмов. Важнейшие функции воды возможны благодаря ее особенному строению, маленьким размером молекул, способным вступать в реакцию со многими веществами. Полярность молекул и их соединение водородными связями решают важнейшие задачи в организме.

Самая важная задача, которую выполняет в клетке вода – поддержание и сохранение ее жизнедеятельности. Выделяют три функции воды: транспортную, метаболическую и структурную. Нарушение одной из них ведет к сбоям функционирования клетки, ее деформации или усыханию и гибели. Неизбежным итогом является болезнь организма и преждевременная смерть.

Транспортная функция поддерживает жизнедеятельность клетки благодаря своей проникающей способности. Мембрана и оболочка не являются препятствием для молекул воды, которые свободно совершают перемещение внутрь клетки и наружу. Своевременная доставка свежих полезных веществ и удаление отработанных, сохраняет баланс внутри клетки и позволяет ей выполнять свои функции.

Химические процессы, происходящие внутри клеточного пространства, невозможны без молекул воды. Гидролиз и образование полимеров происходит с их участием. Вода выступает в роли главного поставщика свободного кислорода. Электроны и атомы кислорода задействованы в процессе фотосинтеза.

Сохранение клеточной структуры выполняет именно вода, благодаря своему свойству: в жидком виде она достаточно упругая. Ее содержание в клетках у кольчатых червей, выполняет роль гидростатического скелета. У растений вода определяет тургор клеток. В цитоплазме содержание воды колеблется от 60 до 95%.

К чему приводит недостаток воды в клетках

Недостаточное потребление жидкости, обезвоживание организма опасно для любого организма независимо от возраста. В результате необдуманных действий начинается интенсивное использование скрытых резервов, добывание воды из организма. В качестве такого источника выступает клетка, межклеточное пространство и кровь. В первую очередь расходуется содержимое, находящееся во внутриклеточном пространстве. Если дефицит продолжается, то задействуются остальные запасы, постоянно истощая все водные резервы. Опасность заключается в том, что на состоянии здоровья это никак не сказывается, нет внешних симптомов или болевых ощущений. Они появляются только тогда, когда все внутренние резервы уже полностью исчерпаны и клетке нанесен непоправимый ущерб.

Недостаточное количество воды в клетке сказывается на нарушение ее жизнеспособности и функционировании. Сокращение жидкости приводит, в первую очередь, к снижению транспортной функции: внутрь клетки перестают своевременно поступать питательные вещества в необходимом количестве, отработанные продукты задерживаются внутри. Происходит постепенное изменение и усыхание клетки изнутри. Теряется эластичность и способность к удерживанию постоянного внутреннего давления жидкостью.

Происходит нарушение теплообмена, в результате которого клетка утрачивает способность поддерживать оптимальную температуру. После длительного обезвоживания организм все чаще испытывает озноб или происходит повышение температуры.

Обезвоживание в стареющем организме – это естественный процесс, который наглядно показывает постепенную потерю воды в клетках. Недостаток воды отражается на сосудах – они теряют эластичность, постепенно начинают разрушаться. Изменяется лимфа, густеет кровь. Возникновение тромбов и повышенное артериальное давление – наиболее яркие проявления нехватки воды в клетках в пожилом возрасте.

Неизбежными спутниками хронического обезвоживания являются болезни, например, ожирение, аллергия, артрит, астма и другие.