Свойства и биологические функции воды

Структура, свойства и биологические функции воды

Жизнь на планете Земля зародилась в водной среде. Ни один организм не может обходиться без воды. Несмотря на простоту химического состава и строения, вода является одним из удиви­тельных соединений, обладает уникальными физико-химически­ми свойствами и биологическими функциями.

Молекула воды (Н₂ О) — полярное соединение, в котором электрофильный атом кислорода притягивает спаренные электроны от атомов водорода, приобретая частичный отрицательный заряд, в то время как атомы водорода приобретают частично положи­тельные заряды. Важной особенностью воды является способность ее молекул объединяться в структурные агрегаты за счет обра­зования водородных связей между разноименно заряженными атомами. Образующие ассоциаты (рис. 1) состоят из нескольких молекул воды, поэтому формулу воды правильнее было бы запи­сать как (Н₂ О)_л. где п = 2, 3, 4, 5. Водородные связи имеют исключительно важное значение при формировании структур био­полимеров, надмолекулярных комплексов, в метаболизме.

Дж. Пиментел и О. Мак-Клеллан считают, что в химии живых систем водородная связь так же важна, как и связь углерод—углерод. Что же такое водородная связь?

Рис. 1. Ассоциат молекул воды (точками обозначены водородные связи)

Водородная связь — это взаимодействие атома водорода с более электроотрицательным атомом, имеющее частично донорно-акцепторный, частично электростатический характер. Любая химическая связь характеризуется энергией ее образования. По энергии водородная связь занимает промежуточное положение между ковалентной (200—400 кДж/моль) и ионной химическими связями и слабыми ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями, на­ходясь в пределах 12—30 кДж/моль.

Необычная структура воды обусловливает ее уникальные фи­зико-химические свойства. Все биохимические процессы в организ­ме протекают в водной среде. Вещества, находящиеся в водном растворе, имеют водную оболочку, которая образуется в резуль­тате взаимодействия полярных молекул воды с заряженными груп­пами макромолекул или ионов. Чем больше такая оболочка, тем лучше растворимо вещество.

По отношению к воде молекулы или их части делят на гидро­фильные (водорастворимые) и гидрофобные (водонерастворимые). Гидрофильными являются все органические и неорганические соединения, диссоциирующие на ионы, биологические мономе­ры и биополимеры, имеющие полярные группы. К гидрофобным следует отнести соединения, молекулы которых содержат непо­лярные группы или цепи (триацилглицерины, стероиды и др.). Молекулы некоторых соединений содержат как гидрофильные, так и гидрофобные группы; такие соединения называются амфифильными (от греч. amphy — двоякий). К ним относятся жирные кислоты, фосфолипиды и др. Из вышесказанного следует, что ди­поли воды способны взаимодействовать не только между собой, но ft с полярными молекулами органических и неорганических веществ, локализованных в клетке организма. Этот процесс по­лучил название гидратации веществ.

Физико-химические свойства воды определяют ее биологичес­кие функции:

• Вода является прекрасным растворителем.

• Вода выполняет функцию регулятора теплового баланса орга­низма, так как ее теплоемкость значительно превышает теплоемкость любого биологического вещества. Поэтому вода может долго сохранять тепло при изменении температуры окружающей среды и переносить его на расстояние.

• Вода способствует сохранению внутриклеточного давления и формы клеток (тургор).

• В определенных биохимических процессах вода выступает в качестве субстрата.

Содержание воды в организме человека зависит от возраста: чем моложе человек, тем выше содержание воды. У новорожденных вода составляет 75% от массы тела, у детей от 1 года до 10 лет — 60—65%, а у людей старше 50 лет — 50—55%. Внутри клеток содержится 2/3 общего количества воды, внеклеточная вода со­ставляет 1/3. Необходимое содержание воды в организме человека поддерживается за счет поступления ее извне (примерно 2 л в сутки); около 0,3 л в сутки образуется в процессе распада веществ внутри организма. Нарушение водного баланса в клетках организ­ма приводит к тяжелым последствиям вплоть до гибели клеток. Функции клеток зависят от общего количества внутриклеточной и внеклеточной воды, от водного окружения макромолекул и суб­клеточных структур. Резкое изменение содержания воды в орга­низме приводит к патологии.

5.164.90.35 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам.

Функции воды в организме человека

November 12, 2015

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?

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.

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!

7 частей тела, которые не следует трогать руками Думайте о своем теле, как о храме: вы можете его использовать, но есть некоторые священные места, которые нельзя трогать руками. Исследования показыва.

11 странных признаков, указывающих, что вы хороши в постели Вам тоже хочется верить в то, что вы доставляете своему романтическому партнеру удовольствие в постели? По крайней мере, вы не хотите краснеть и извин.

Топ-10 разорившихся звезд Оказывается, иногда даже самая громкая слава заканчивается провалом, как в случае с этими знаменитостями.

Наши предки спали не так, как мы. Что мы делаем неправильно? В это трудно поверить, но ученые и многие историки склоняются к мнению, что современный человек спит совсем не так, как его древние предки. Изначально.

Эти 10 мелочей мужчина всегда замечает в женщине Думаете, ваш мужчина ничего не смыслит в женской психологии? Это не так. От взгляда любящего вас партнера не укроется ни единая мелочь. И вот 10 вещей.

Почему комары одних людей кусают, а других нет Ученые нашли несколько причин, по которым комары не могут устоять перед искушением укусить одних и бояться подлетать к другим людям.

Вода играет важнейшую роль в жизни клеток и живых организмов в целом. Помимо того, что она входит в их состав, для многих организмов это еще и среда обитания. Роль воды в клетке определяется ее свойствами. Свойства эти довольно уникальны и связаны главным образом с малыми размерами молекул воды, с полярностью ее молекул и с их способностью, соединяться друг с другом водородными связями.

Молекулы воды имеют нелинейную пространственную структуру. Атомы в молекуле воды удерживаются посредством полярных ковалентных связей. которые связывают один атом кислорода с двумя атомами водорода. Полярность ковалентных связей (т.е. неравномерное распределение зарядов) объясняется в данном случае сильной электроотрицательностью атомов кислорода по отношению к атому водорода; атом кислорода оттягивает на себя электроны из общих электронных пар.

Вследствие этого на атоме кислорода возникает частично Отрицательный заряд, а на атомах водорода — частично положительный. Между атомами кислорода и водорода соседних молекул возникают водородные связи.

Благодаря образованию водородных связей молекулы воды им одна с другой, что и обусловливает ее исходное состояние при нормальных условиях.

Вода является превосходным растворителем для полярных веществ, например солей, сахаров, спиртов, кислот и др. Вещества хорошо растворимые в воде, называются гидрофильными .

Абсолютно неполярные вещества типа жиров или масел вода не растворяет и не смешивается с ними, поскольку она не может образовывать с ними водородные связи. Нерастворимые в воде вещества называютсягидрофобными .

Вода обладает высокой удельной теплоемкостью. Для разрыва водородных связей, удерживающих молекулы воды, требуется поглотить большое количество энергии. Это свойство обеспечивает поддержание теплового баланса организма при значительных перепадах температуры в окружающей среде. Кроме того, вода обладает высокой теплопроводностью. что позволяет организму поддерживать одинаковую температуру во всем его объеме.

Вода обладает также высокой теплотой парообразования. т.е. способностью молекул уносить с собой значительное количество тепла, охлаждая организм. Это свойство воды используется при потоотделении у млекопитающих, тепловой одышке у крокодилов и транспирации у растений, предотвращая их перегрев.

Для воды характерно исключительно высокое поверхностное натяжение. Это свойство имеет очень важное значение для адсорбционных процессов, для передвижения растворов по тканям (кровообращение, восходящий и нисходящий токи в теле растений). Многие мелкие организмы извлекают для себя пользу из поверхностного натяжения: оно позволяет им удерживаться на воде или скользить по ее поверхности.

Биологические функции воды

Транспортная. Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма.

Метаболическая. Вода является средой для всех биохимических реакций в клетке. Ее молекулы участвуют во многих химических реакциях, например при образовании или гидролизе полимеров. В процессе фотосинтеза вода является донором электронов и источником атомов водорода. Она же является источником свободного кислорода.

Структурная. Цитоплазма клеток содержит от 60 до 95 % воды. У растений вода определяет тургор клеток, а у некоторых животных выполняет опорные функции, являясь гидростатическим скелетом (круглые и кольчатые черви, иглокожие).

Вода участвует в образовании смазывающих жидкостей (синовиальная в суставах позвоночных; плевральная в плевральной полости, перикардиальная в околосердечной сумке) и слизей (которые облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей). Она входит в состав слюны, желчи, слез, спермы и др.

Минеральные соли. Молекулы солей в водном растворе диссоциируют на катионы и анионы. Наибольшее значение имеют катионы: К +. Na +. Са 2+. Mg 2+ и анионы: Cl —. H₂ PO₄ —. HPO₄ 2-. HCO₃ —. NO₃ —. SO₄ 2-. Существенным является не только содержание, но и соотношение ионов в клетке.

Разность между количеством катионов и анионов на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе нервного и мышечного возбуждения. С разностью концентрации ионов по разные стороны мембраны связывают активный перенос веществ через мембрану, а также преобразование энергии.

Анионы фосфорной кислоты создают фосфатную буферную систему, поддерживающую pH внутриклеточной среды организма на уровне 6,9.

Угольная кислота и ее анионы создают бикарбонатную буферную систему, которая поддерживает рН внеклеточной среды (плазма крови) на уровне 7,4.

Некоторые ионы участвуют в активации ферментов, создании осмотического давления в клетке, в процессах мышечного сокращения, свертывании крови и др.

Некоторые катионы и анионы могут включаться в комплексы с различными веществами (например, анионы фосфорной кислоты входят в состав фосфолипидов, АТФ, нуклеотидов и др.; ион Fe 2+ входит в состав гемоглобина и т.д.).

Источники: http://studopedia.ru/1_121121_struktura-svoystva-i-biologicheskie-funktsii-vodi.html, http://fb.ru/article/214347/funktsii-vodyi-v-organizme-cheloveka, http://jbio.ru/funkcii-vody-i-drugix-neorganicheskix-veshhestv-v-kletke