Właściwości wody i jej rola w komórce:

Na pierwszym miejscu wśród substancji komórki jest woda. Stanowi około 80% masy komórki. Woda jest podwójnie ważna dla żywych organizmów, ponieważ jest niezbędna nie tylko jako składnik komórek, ale dla wielu i jako siedlisko.

1. Woda determinuje właściwości fizyczne komórki - jego objętość, elastyczność.

2. Wiele procesów chemicznych zachodzi tylko w roztworze wodnym.

3. Woda jest dobrym rozpuszczalnikiem: wiele substancji przedostaje się do komórki ze środowiska zewnętrznego w roztworze wodnym, a w roztworze wodnym produkty odpadowe są usuwane z komórki.

4. Woda ma wysoką pojemność cieplną i przewodność cieplną.

5. Woda ma wyjątkową właściwość: gdy jest schłodzona od +4 do 0 stopni, rozszerza się. Dlatego lód jest lżejszy od wody w stanie ciekłym i pozostaje na jego powierzchni. Jest to bardzo ważne dla organizmów żyjących w środowisku wodnym.

6. Woda może być dobrym smarem.

Biologiczna rola wody determinowana jest niewielkimi rozmiarami jej cząsteczek, ich polarnością oraz zdolnością łączenia się ze sobą wiązaniami wodorowymi.

Funkcje biologiczne wody:

transport. Woda zapewnia ruch substancji w komórce i ciele, wchłanianie substancji i wydalanie produktów przemiany materii. W naturze woda przenosi produkty przemiany materii do gleb i zbiorników wodnych.

metaboliczny. Woda jest medium dla wszystkich bio reakcje chemiczne, donor elektronów w fotosyntezie; jest to konieczne do hydrolizy makrocząsteczek do ich monomerów.

woda bierze udział w tworzeniu w organizmie płynów smarnych i śluzu, sekretów i soków.

Z nielicznymi wyjątkami (szkliwo kości i zębów) głównym składnikiem komórki jest woda. Woda jest niezbędna do metabolizmu (wymiany) komórki, ponieważ procesy fizjologiczne zachodzą wyłącznie w środowisku wodnym. Cząsteczki wody biorą udział w wielu reakcjach enzymatycznych komórki. Na przykład rozkład białek, węglowodanów i innych substancji następuje w wyniku ich interakcji z wodą katalizowanej przez enzymy. Takie reakcje nazywane są reakcjami hydrolizy.

Woda służy jako źródło jonów wodorowych podczas fotosyntezy. Woda w komórce występuje w dwóch postaciach: wolnej i związanej. Woda wolna stanowi 95% całej wody w komórce i jest używana głównie jako rozpuszczalnik oraz jako ośrodek dyspersyjny dla koloidalnego układu protoplazmy. Woda związana, która stanowi tylko 4% całej wody komórkowej, jest luźno połączona z białkami wiązaniami wodorowymi.

Ze względu na asymetryczny rozkład ładunku cząsteczka wody działa jak dipol i dlatego może być wiązana zarówno przez dodatnio, jak i ujemnie naładowane grupy białkowe. Właściwość dipolowa cząsteczki wody wyjaśnia jej zdolność do orientowania się w polu elektrycznym, do przyłączania się do różnych cząsteczek i odcinków cząsteczek niosących ładunek. Powoduje to powstawanie hydratów.

Ze względu na wysoką pojemność cieplną woda pochłania ciepło, zapobiegając w ten sposób nagłym wahaniom temperatury w ogniwie. Zawartość wody w organizmie zależy od jego wieku i aktywności metabolicznej. Jest najwyższy w zarodku (90%) i stopniowo maleje wraz z wiekiem. Zawartość wody w różnych tkankach zmienia się w zależności od ich aktywności metabolicznej. Na przykład w istocie szarej mózgu woda jest do 80%, a w kościach do 20%. Woda jest głównym środkiem przemieszczania substancji w organizmie (przepływ krwi, limfy, wznoszące się i opadające prądy roztworów przez naczynia roślinne) oraz w komórce. Woda służy jako materiał „smarujący”, niezbędny wszędzie tam, gdzie występują powierzchnie ocierające się (np. w złączach). Woda ma maksymalną gęstość w temperaturze 4°C. Dlatego lód, który ma mniejszą gęstość, jest lżejszy od wody i unosi się na jego powierzchni, co chroni zbiornik przed zamarzaniem. Ta właściwość wody ratuje życie wielu organizmom wodnym.

1. Jaka jest struktura wody?

Odpowiedź. Cząsteczka wody ma strukturę kanciastą: jej jądra składowe tworzą trójkąt równoramienny, u podstawy którego znajdują się dwa atomy wodoru, a na górze atom tlenu. międzyjądrowy Odległości O-N blisko 0,1 nm odległość między jądrami atomów wodoru wynosi 0,15 nm. Spośród sześciu elektronów tworzących zewnętrzną warstwa elektroniczna atom tlenu w cząsteczce wody, dwie pary elektronów tworzą kowalencyjne Połączenia O-N, a pozostałe cztery elektrony to dwie niewspólne pary elektronów.

Cząsteczka wody to mały dipol zawierający na biegunach ładunki dodatnie i ujemne. W pobliżu jąder wodoru występuje brak gęstości elektronowej, a po przeciwnej stronie cząsteczki, w pobliżu jądra tlenu, występuje nadmiar gęstości elektronowej. To właśnie ta struktura określa polarność cząsteczki wody.

2. Jaka jest ilość wody (w%) zawarta w różnych komórkach?

Ilość wody jest różna w różnych tkankach i narządach. Tak więc u osoby w istocie szarej mózgu jej zawartość wynosi 85%, aw tkance kostnej - 22%. Największą zawartość wody w organizmie obserwuje się w okresie embrionalnym (95%) i stopniowo zmniejsza się wraz z wiekiem.

Zawartość wody w różnych organach roślin waha się w dość szerokich granicach. Zmienia się w zależności od warunków środowiskowych, wieku i rodzaju roślin. Tak więc zawartość wody w liściach sałaty wynosi 93-95%, kukurydza - 75-77%. Ilość wody nie jest taka sama w różnych organach roślin: liście słonecznika zawierają 80-83% wody, łodygi - 87-89%, korzenie - 73-75%. Zawartość wody na poziomie 6-11% jest typowa głównie dla nasion powietrznie suchych, w których procesy życiowe są zahamowane. Woda zawarta jest w żywych komórkach, w martwych elementach ksylemu oraz w przestrzeniach międzykomórkowych. W przestrzeniach międzykomórkowych woda jest w stanie pary. Liście są głównymi odparowującymi organami rośliny. Pod tym względem naturalne jest, że największa ilość wody wypełnia przestrzenie międzykomórkowe liści. W stanie ciekłym woda znajduje się w różnych częściach komórki: błonie komórkowej, wakuoli, cytoplazmie. Wakuole to najbardziej bogata w wodę część komórki, gdzie jej zawartość sięga 98%. Przy najwyższej zawartości wody zawartość wody w cytoplazmie wynosi 95%. Najniższa zawartość wody jest charakterystyczna dla błon komórkowych. Ilościowe określenie zawartości wody w błonach komórkowych jest trudne; podobno waha się od 30 do 50%. Różne są również formy wody w różnych częściach komórki roślinnej.

3. Jaka jest rola wody w organizmach żywych?

Odpowiedź. Woda jest głównym składnikiem wszystkich żywych organizmów. Posiada unikalne właściwości ze względu na cechy strukturalne: cząsteczki wody mają postać dipola, a między nimi tworzą się wiązania wodorowe. Średnia zawartość wody w komórkach większości żywych organizmów wynosi około 70%. Woda w komórce występuje w dwóch formach: wolnej (95% całej wody komórkowej) i związanej (4-5% związanej z białkami).

Funkcje wody:

1. Woda jako rozpuszczalnik. Wiele reakcji chemicznych w komórce ma charakter jonowy, więc zachodzą one tylko w środowisku wodnym. Substancje rozpuszczające się w wodzie nazywane są hydrofilowymi (alkohole, cukry, aldehydy, aminokwasy), nierozpuszczalnymi – hydrofobowymi (kwasy tłuszczowe, celuloza).

2. Woda jako odczynnik. Woda bierze udział w wielu reakcjach chemicznych: reakcjach polimeryzacji, hydrolizy, w procesie fotosyntezy.

3. Funkcja transportowa. Przemieszczanie się przez organizm wraz z wodą rozpuszczonych w nim substancji do różnych jego części oraz usuwanie z organizmu zbędnych produktów.

4. Woda jako stabilizator ciepła i termostat. Funkcja ta wynika z takich właściwości wody jak wysoka pojemność cieplna - łagodzi wpływ na organizm znacznych zmian temperatury w środowisku; wysoka przewodność cieplna – pozwala organizmowi utrzymać tę samą temperaturę w całej objętości; wysokie ciepło parowania - stosowane do chłodzenia organizmu podczas pocenia się u ssaków i transpiracji u roślin.

5. Funkcja strukturalna. Cytoplazma komórek zawiera od 60 do 95% wody i to ona nadaje komórkom ich normalna forma. W roślinach woda utrzymuje turgor (elastyczność błony endoplazmatycznej), u niektórych zwierząt służy jako szkielet hydrostatyczny (meduza)

Pytania po § 7

1. Jaka jest specyfika budowy cząsteczki wody?

Odpowiedź. O unikalnych właściwościach wody decyduje struktura jej cząsteczki. Cząsteczka wody składa się z atomu O połączonego z dwoma atomami H polarnymi wiązaniami kowalencyjnymi. Charakterystyczny układ elektronów w cząsteczce wody nadaje jej elektryczną asymetrię. Bardziej elektroujemny atom tlenu silniej przyciąga elektrony atomów wodoru, w wyniku czego wspólne pary elektronów w cząsteczce wody są przesunięte w jej kierunku. Dlatego też, chociaż cząsteczka wody nie jest naładowana jako całość, każdy z dwóch atomów wodoru ma częściowo ładunek dodatni (oznaczony 8+), podczas gdy atom tlenu ma ładunek częściowo ujemny (8-). Cząsteczka wody jest spolaryzowana i jest dipolem (ma dwa bieguny).

Częściowo ujemny ładunek atomu tlenu jednej cząsteczki wody jest przyciągany przez częściowo dodatnie atomy wodoru innych cząsteczek. Tak więc każda cząsteczka wody ma tendencję do wiązania wodorowego z czterema sąsiednimi cząsteczkami wody.

2. Jakie znaczenie ma woda jako rozpuszczalnik?

Odpowiedź. Dzięki polarności cząsteczek i zdolności do tworzenia wiązań wodorowych woda łatwo rozpuszcza związki jonowe (sole, kwasy, zasady). Dobrze rozpuszczalny w wodzie i niektórych niejonowych, ale polarnych związkach, tj. w cząsteczce których znajdują się naładowane (polarne) grupy, takie jak cukry, proste alkohole, aminokwasy. Substancje dobrze rozpuszczalne w wodzie nazywane są hydrofilowymi (od greckiego hygros – wet i philia – przyjaźń, inklinacja). Kiedy substancja przechodzi do roztworu, jej cząsteczki lub jony mogą poruszać się swobodniej, a zatem reaktywność substancji wzrasta. To wyjaśnia, dlaczego woda jest głównym ośrodkiem, w którym zachodzi większość reakcji chemicznych, a wszystkie reakcje hydrolizy i liczne reakcje redoks zachodzą z bezpośrednim udziałem wody.

Substancje słabo lub całkowicie nierozpuszczalne w wodzie nazywane są hydrofobowymi (od greckiego phobos - strach). Należą do nich tłuszcze, kwasy nukleinowe, niektóre białka i polisacharydy. Takie substancje mogą tworzyć interfejsy z wodą, na których zachodzi wiele reakcji chemicznych. Dlatego też fakt, że woda nie rozpuszcza substancji niepolarnych, jest również bardzo ważny dla organizmów żywych. Wśród fizjologicznie ważnych właściwości wody jest jej zdolność do rozpuszczania gazów (O2, CO2 itp.).

3. Jaka jest przewodność cieplna i pojemność cieplna wody?

Odpowiedź. Woda ma dużą pojemność cieplną, czyli zdolność do pochłaniania energii cieplnej przy minimalnym wzroście własnej temperatury. Wysoka pojemność cieplna wody chroni tkanki organizmu przed szybkim i silnym wzrostem temperatury. Wiele organizmów chłodzi się przez odparowanie wody (transpiracja u roślin, pocenie się u zwierząt).

4. Dlaczego uważasz, że woda jest? idealny płyn na komórkę?

Odpowiedź. Wysoka zawartość wody w komórce jest najważniejszym warunkiem jej działania. Wraz z utratą większości wody wiele organizmów ginie, a wiele organizmów jednokomórkowych, a nawet wielokomórkowych tymczasowo traci wszelkie oznaki życia. Ten stan nazywamy zawieszoną animacją. Po nawodnieniu komórki budzą się i ponownie stają się aktywne.

Cząsteczka wody jest elektrycznie obojętna. Ale ładunek elektryczny wewnątrz cząsteczki jest nierównomiernie rozłożony: w obszarze atomów wodoru (a dokładniej protonów), ładunek dodatni, w rejonie, w którym znajduje się tlen, gęstość ładunku ujemnego jest wyższa. Dlatego cząsteczka wody jest dipolem. Właściwość dipolowa cząsteczki wody wyjaśnia jej zdolność do orientowania się w polu elektrycznym, do przyłączania się do różnych cząsteczek i odcinków cząsteczek niosących ładunek. W rezultacie powstają hydraty. Zdolność wody do tworzenia hydratów wynika z jej uniwersalnych właściwości rozpuszczających. Jeżeli energia przyciągania cząsteczek wody do cząsteczek substancji jest większa niż energia przyciągania cząsteczek wody, to substancja rozpuszcza się. W zależności od tego rozróżnia się substancje hydrofilowe (greckie hydros - woda i phileo - love) wysoce rozpuszczalne w wodzie (na przykład sole, zasady, kwasy itp.) i hydrofobowe (greckie hydros - woda i fobos - strach) , słabo lub wcale nierozpuszczalny w wodzie (tłuszcze, substancje tłuszczopodobne, guma itp.). W skład błon komórkowych wchodzą substancje tłuszczopodobne, które ograniczają przechodzenie ze środowiska zewnętrznego do komórek i odwrotnie, a także z jednej części komórki do drugiej.

Większość reakcji zachodzących w komórce może zachodzić tylko w roztworze wodnym. Woda jest bezpośrednim uczestnikiem wielu reakcji. Na przykład rozkład białek, węglowodanów i innych substancji następuje w wyniku ich interakcji z wodą katalizowanej przez enzymy. Takie reakcje nazywane są reakcjami hydrolizy (greckie hydros - woda i liza - rozszczepienie).

Woda ma dużą pojemność cieplną, a jednocześnie stosunkowo wysoką przewodność cieplną dla cieczy. Te właściwości sprawiają, że woda jest idealnym płynem do utrzymania równowagi termicznej komórki i organizmu.

Woda jest głównym środowiskiem przepływu reakcji biochemicznych komórki. Jest źródłem tlenu uwalnianego podczas fotosyntezy oraz wodoru, który służy do przywracania produktów asymilacji. dwutlenek węgla. I wreszcie, woda jest głównym środkiem transportu substancji w ciele (przepływ krwi i limfy, wznoszące i opadające prądy roztworów przez naczynia roślinne) oraz w komórce.

5. Jaka jest rola wody w komórce?

Zapewnienie elastyczności komórek. Konsekwencją utraty wody przez komórkę jest więdnięcie liści, suszenie owoców;

Przyspieszenie reakcji chemicznych w wyniku rozpuszczania substancji w wodzie;

Zapewnienie ruchu substancji: wejście większości substancji do komórki i ich usunięcie z komórki w postaci roztworów;

Zapewnienie rozpuszczania wielu chemikaliów (liczne sole, cukry);

Udział w szeregu reakcji chemicznych;

Udział w procesie termoregulacji dzięki zdolności do powolnego nagrzewania i powolnego schładzania.

6. Jakie są strukturalne i fizyczne? Właściwości chemiczne woda determinuje jej biologiczną rolę w komórce?

Odpowiedź. Strukturalne właściwości fizyczne i chemiczne wody determinują jej funkcje biologiczne.

Woda jest dobrym rozpuszczalnikiem. Dzięki polarności cząsteczek i zdolności do tworzenia wiązań wodorowych woda łatwo rozpuszcza związki jonowe (sole, kwasy, zasady).

Woda ma dużą pojemność cieplną, czyli zdolność do pochłaniania energii cieplnej przy minimalnym wzroście własnej temperatury. Wysoka pojemność cieplna wody chroni tkanki organizmu przed szybkim i silnym wzrostem temperatury. Wiele organizmów chłodzi się przez odparowanie wody (transpiracja u roślin, pocenie się u zwierząt).

Woda ma również wysoką przewodność cieplną, zapewniając równomierne rozprowadzanie ciepła w całym ciele. W konsekwencji wysoka pojemność cieplna i wysoka przewodność cieplna sprawiają, że woda jest idealnym płynem do utrzymania równowagi termicznej komórki i organizmu.

Woda praktycznie się nie ściska, tworząc ciśnienie turgorowe, określając objętość i elastyczność komórek i tkanek. Tak więc hydrostatyczny szkielet zachowuje kształt glisty, meduzy i innych organizmów.

Woda charakteryzuje się optymalną wartością siły napięcia powierzchniowego dla układów biologicznych, która powstaje w wyniku tworzenia wiązań wodorowych między cząsteczkami wody a cząsteczkami innych substancji. Ze względu na siłę napięcia powierzchniowego dochodzi do kapilarnego przepływu krwi, wznoszących i opadających prądów roztworów w roślinach.

W niektórych procesach biochemicznych woda pełni rolę substratu.

Woda jest najpowszechniejszym związkiem chemicznym na Ziemi, ma największą masę w żywym organizmie. Szacuje się, że woda stanowi 85% masa całkowitaśrednia komórka statystyczna. Natomiast w ludzkich komórkach woda stanowi średnio około 64%. Jednak zawartość wody w różnych komórkach może się znacznie różnić: od 10% w komórkach szkliwa zębów do 90% w komórkach zarodka ssaka. Co więcej, młode komórki zawierają więcej wody niż stare. Tak więc w komórkach niemowlęcia woda stanowi 86%, w komórkach osoby starszej tylko 50%.

U samców zawartość wody w komórkach wynosi średnio 63%, u samic nieco mniej niż 52%. Co to spowodowało? Okazuje się, że wszystko jest proste. W ciele kobiety znajduje się dużo tkanki tłuszczowej, w komórkach której jest mało wody. Dlatego zawartość wody w ciele kobiety jest o około 6-10% niższa niż u mężczyzny.

Unikalne właściwości wody wynikają ze struktury jej cząsteczki. Z przebiegu chemii wiesz, że różna elektroujemność atomów wodoru i tlenu jest przyczyną kowalencyjnego wiązanie polarne w cząsteczce wody. Cząsteczka wody ma kształt trójkąta (87), w którym ładunki elektryczne znajduje się asymetrycznie i jest dipolem (pamiętaj o definicji tego terminu).

Ze względu na elektrostatyczne przyciąganie atomu wodoru jednej cząsteczki wody do atomu tlenu innej cząsteczki, między cząsteczkami wody powstają wiązania wodorowe.

Cechy budowy i właściwości fizykochemicznych wody (zdolność wody do bycia rozpuszczalnikiem uniwersalnym, zmienna gęstość, duża pojemność cieplna, duża napięcie powierzchniowe, płynność, kapilarność itp.), które decydują o jego biologicznym znaczeniu.

Jakie funkcje pełni woda w organizmie Woda jest rozpuszczalnikiem. Polarna struktura cząsteczki wody wyjaśnia jej właściwości jako rozpuszczalnika. Cząsteczki wody oddziałują z chemikaliami, których elementy mają wiązania elektrostatyczne i rozkładają je na aniony i kationy, co prowadzi do reakcji chemicznych. Jak wiadomo, wiele reakcji chemicznych zachodzi tylko w roztworze wodnym. Jednocześnie sama woda pozostaje obojętna, dzięki czemu może być wielokrotnie używana w organizmie. Woda służy jako medium do transportu różnych substancji w ciele. Ponadto końcowe produkty przemiany materii wydalane są z organizmu głównie w postaci rozpuszczonej.

Istnieją dwa główne rodzaje rozwiązań w żywych istotach. (Pamiętaj o klasyfikacji rozwiązań.)

Tak zwane prawdziwe rozwiązanie, gdy cząsteczki rozpuszczalnika mają taką samą wielkość jak cząsteczki substancji rozpuszczonej, rozpuszczają się. W rezultacie następuje dysocjacja i powstają jony. W tym przypadku roztwór jest jednorodny i z naukowego punktu widzenia składa się z jednej fazy ciekłej. Typowe przykłady to roztwory soli mineralnych, kwasów lub zasad. Ponieważ w takich roztworach znajdują się naładowane cząstki, są one w stanie przewodzić Elektryczność i są elektrolitami, jak wszystkie roztwory znajdujące się w organizmie, w tym krew kręgowców, która zawiera wiele soli mineralnych.

Roztwór koloidalny ma miejsce, gdy cząsteczki rozpuszczalnika są znacznie mniejsze niż cząsteczki substancji rozpuszczonej. W takich roztworach cząsteczki substancji, zwane koloidalnymi, poruszają się swobodnie w słupie wody, ponieważ siła ich przyciągania nie przekracza siły ich wiązań z cząsteczkami rozpuszczalnika. Takie rozwiązanie jest uważane za niejednorodne, to znaczy składające się z dwóch faz - ciekłej i stałej. Wszystkie płyny biologiczne są mieszaninami, które zawierają prawdziwe i roztwory koloidalne, ponieważ zawierają zarówno sole mineralne, jak i ogromne cząsteczki (np. białka), które mają właściwości cząstek koloidalnych. Dlatego cytoplazma dowolnej komórki, krew lub limfa zwierząt oraz mleko ssaków zawierają jednocześnie jony i cząstki koloidalne.

Jak zapewne pamiętasz, układy biologiczne przestrzegają wszystkich praw fizyki i chemii, dlatego w rozwiązaniach biologicznych obserwuje się zjawiska fizyczne, które odgrywają znaczącą rolę w życiu organizmów.

Właściwości wody

Dyfuzja (z łac. Difusio - rozprowadzanie, rozsiewanie, rozpraszanie) w roztworach biologicznych objawia się tendencją do wyrównywania stężenia cząstek strukturalnych rozpuszczonych substancji (jonów i cząstek koloidalnych), co ostatecznie prowadzi do równomiernego rozmieszczenia substancji w roztworze. To dzięki dyfuzji żywi się wiele jednokomórkowych stworzeń, tlen i składniki odżywcze są transportowane przez organizm zwierząt przy braku w nich układu krążenia i oddechowego (pamiętaj, jakie to zwierzęta). Ponadto transport wielu substancji do komórek odbywa się właśnie dzięki dyfuzji.

Jeszcze jeden zjawisko fizyczne- osmoza (z greki osmoza - pchanie, ciśnienie) - ruch rozpuszczalnika przez błonę półprzepuszczalną. Osmoza powoduje ruch wody z roztworu o niskim stężeniu substancji rozpuszczonych i wysokiej zawartości H20 w roztworze o wysokim stężeniu substancji rozpuszczonych i niskiej zawartości wody. V systemy biologiczne to nic innego jak transport wody na poziomie komórkowym. Dlatego osmoza odgrywa znaczącą rolę w wielu procesy biologiczne. Siła osmozy zapewnia ruch wody w organizmach roślinnych i zwierzęcych, dzięki czemu ich komórki otrzymują składniki odżywcze i zachowują stały kształt. Należy zauważyć, że im większa różnica w stężeniu substancji, tym większe ciśnienie osmotyczne. Dlatego, jeśli komórki zostaną umieszczone w roztworze hipotonicznym, pęcznieją i pękają z powodu gwałtownego napływu wody.

Życiowa aktywność komórek, tkanek i organów roślin wynika z obecności wody. Woda jest substancją konstytucyjną. Określając strukturę cytoplazmy komórek i jej organelli, dzięki polarności cząsteczek jest rozpuszczalnikiem dla związków organicznych i nieorganicznych biorących udział w metabolizmie oraz pełni rolę środowiska tła, w którym zachodzą wszystkie procesy biochemiczne. Łatwo przenikając przez powłoki i błony komórkowe, woda swobodnie krąży po całej roślinie, zapewniając transfer substancji i tym samym przyczyniając się do jednolitości procesów metabolicznych organizmu. Woda dzięki swojej wysokiej przezroczystości nie zakłóca absorpcji energii słonecznej przez chlorofil.

Stan wody w komórkach roślinnych

Woda w komórce występuje w kilku formach, są one zasadniczo różne. Główne z nich to woda konstytucyjna, solwatowa, kapilarna i rezerwowa.

Niektóre cząsteczki wody wchodzące do komórki tworzą wiązania wodorowe z wieloma cząsteczkami rodnikowymi materia organiczna. Wiązania wodorowe są szczególnie łatwe do tworzenia takich rodników:

Ta forma wody nazywa się konstytucyjny . Zawiera ogniwo o sile do 90 tys. barr.

Ze względu na to, że cząsteczki wody są dipolami, tworzą stałe agregaty z naładowanymi cząsteczkami substancji organicznych. Nazywa się taką wodę, związaną z cząsteczkami substancji organicznych cytoplazmy przez siły przyciągania elektrycznego solwat . W zależności od rodzaju komórki roślinnej woda solwatowa stanowi od 4 do 50% jej całkowitej ilości. Solwatowana woda, podobnie jak woda konstytucyjna, nie ma mobilności i nie jest rozpuszczalnikiem.

Duża część wody w komórce jest kapilarny , ponieważ znajduje się we wnękach między makrocząsteczkami. Solwat i woda kapilarna jest utrzymywana przez komórkę z siłą zwaną potencjałem matrycy. Jest równy 15-150 barów.

rezerwować nazwał wodę wewnątrz wakuoli. Zawartość wakuoli to roztwór cukrów, soli i szeregu innych substancji. Dlatego woda rezerwowa jest zatrzymywana przez komórkę z siłą określoną przez wielkość potencjału osmotycznego zawartości wakuoli.

Pobieranie wody przez komórki roślinne

Ponieważ w komórkach nie ma aktywnych nośników dla cząsteczek wody, jej przemieszczanie się do iz komórek, a także między sąsiednimi komórkami odbywa się wyłącznie zgodnie z prawami dyfuzji. Dlatego gradienty stężeń substancji rozpuszczonych okazują się głównymi czynnikami wpływającymi na cząsteczki wody.

Komórki roślinne, w zależności od wieku i stanu, absorbują wodę, wykorzystując sekwencyjne włączanie trzech mechanizmów: wchłaniania, solwatacji i osmozy.

chłonięcie . Kiedy nasiona kiełkują, zaczynają wchłaniać wodę dzięki mechanizmowi wchłaniania. W tym przypadku puste wiązania wodorowe substancji organicznych protoplastu są wypełnione, a woda aktywnie wchodzi do komórki ze środowiska. W porównaniu z innymi siłami działającymi w komórkach, siły wchłaniania są kolosalne. Dla niektórych wiązań wodorowych osiągają wartość 90 tys. barr. Jednocześnie nasiona mogą pęcznieć i kiełkować w stosunkowo suchych glebach. Po wypełnieniu wszystkich wolnych wiązań wodorowych, wchłanianie ustaje i uruchamia się następujący mechanizm absorpcji wody.

solwatacja . W procesie solwatacji absorpcja wody następuje poprzez budowanie warstw hydratacyjnych wokół cząsteczek protoplastów substancji organicznych. Całkowita zawartość wody w komórce stale rośnie. Intensywność solwatacji zależy zasadniczo od składu chemicznego protoplastu. Im więcej substancji hydrofilowych w komórce, tym pełniej wykorzystywane są siły solwatacji. Hydrofilowość spada w seriach: białka -> węglowodany -> tłuszcze. Dlatego nasiona białkowe (groch, fasola, fasola) absorbują najwięcej wody na jednostkę masy przez solwatację, nasiona skrobi (pszenica, żyto) pośrednie, a nasiona oleiste (len, słonecznik) najmniej.

Siły solwatacji są gorsze od sił imbibicji, ale nadal są dość znaczące i osiągają 100 barów. Pod koniec procesu solwatacji zawartość wody w komórce jest tak duża, że ​​wilgoć kapilarna osadza się i zaczynają pojawiać się wakuole. Jednak od momentu ich powstania solwatacja ustaje, a dalsza absorpcja wody jest możliwa tylko dzięki mechanizmowi osmotycznemu.

Osmoza . Mechanizm osmotyczny pobierania wody działa tylko w komórkach, które mają wakuolę. Kierunek ruchu wody w tym przypadku jest określony przez stosunek potencjałów osmotycznych roztworów wchodzących w skład układu osmotycznego.

Potencjał osmotyczny soku komórkowego, oznaczony przez R, określa wzór:

r = iRct,

gdzie R - potencjał osmotyczny soku komórkowego

R- stała gazowa równa 0,0821;

T - temperatura w skali Kelvina;

i- współczynnik izotoniczny wskazujący na charakter dysocjacja elektrolityczna rozpuszczone substancje.

Sam stosunek izotoniczny jest równy

oraz= 1 + α ( n + 1),

gdzie α - stopień dysocjacji elektrolitycznej;

P - liczba jonów, na które dysocjuje cząsteczka. Dla nieelektrolitów P = 1.

Potencjał osmotyczny roztworu glebowego jest zwykle oznaczany grecką literą π.

Cząsteczki wody zawsze przemieszczają się z ośrodka o niższym potencjale osmotycznym do ośrodka o wyższym potencjale osmotycznym. Tak więc, jeśli komórka znajduje się w roztworze gleby (zewnętrznym) w R>π, wtedy woda dostaje się do komórek. Przepływ wody do komórki ustaje, gdy potencjały osmotyczne są całkowicie wyrównane (sok wakuolowy jest rozcieńczany na wejściu absorpcji wody) lub gdy błona komórkowa osiąga granice rozciągliwości.

Tak więc komórki otrzymują wodę ze środowiska tylko pod jednym warunkiem: potencjał osmotyczny soku komórkowego musi być wyższy niż potencjał osmotyczny otaczającego roztworu.

Jeśli r< π, następuje odpływ wody z ogniwa do roztworu zewnętrznego. W trakcie utraty płynów objętość protoplastu stopniowo maleje, oddala się on od błony, aw komórce pojawiają się niewielkie ubytki. Taki stan nazywa się Plazmoliza . Etapy plazmolizy pokazano na ryc. 3.18.

Jeżeli stosunek potencjałów osmotycznych odpowiada warunkowi P = π, to dyfuzja cząsteczek wody w ogóle nie zachodzi.

Duża ilość materiału faktycznego wskazuje, że potencjał osmotyczny soku komórkowego roślin waha się w dość szerokich granicach. W roślinach rolniczych, w komórkach korzeniowych zwykle mieści się w amplitudzie 5-10 barów, w komórkach liścia może wzrosnąć do 40 barów, aw komórkach owocowych - do 50 barów. W roślinach solonchak potencjał osmotyczny soku komórkowego osiąga 100 barów.

Ryż. 3.18.

A - komórka w stanie turgoru; B - kątowy; B - wklęsły; G - wypukły; D - konwulsyjne; E - czapka. 1 - muszla; 2 - wakuola; 3 - cytoplazma; 4 - rdzeń; 5 - wątki Hecht

1.3 Dystrybucja wody w komórce

Zawartość wody w różnych organach roślin waha się w dość szerokich granicach. Zmienia się w zależności od warunków środowiskowych, wieku i rodzaju roślin. Tak więc zawartość wody w liściach sałaty wynosi 93-95%, kukurydza - 75-77%. Ilość wody jest różna w różnych organach roślin: liście słonecznika zawierają 80-83% wody, łodygi - 87-89%, korzenie - 73-75%. Zawartość wody na poziomie 6-11% jest typowa głównie dla nasion powietrznie suchych, w których procesy życiowe są zahamowane.

Woda zawarta jest w żywych komórkach, w martwych elementach ksylemu oraz w przestrzeniach międzykomórkowych. W przestrzeniach międzykomórkowych woda jest w stanie pary. Liście są głównymi odparowującymi organami rośliny. Pod tym względem naturalne jest, że największa ilość wody wypełnia przestrzenie międzykomórkowe liści. W stanie ciekłym woda znajduje się w różnych częściach komórki: błonie komórkowej, wakuolach i protoplazmie. Wakuole to najbardziej bogata w wodę część komórki, gdzie jej zawartość sięga 98%. Przy najwyższej zawartości wody zawartość wody w protoplazmie wynosi 95%. Najniższa zawartość wody jest charakterystyczna dla błon komórkowych. Ilościowe określenie zawartości wody w błonach komórkowych jest trudne; podobno waha się od 30 do 50%.

Różne są również formy wody w różnych częściach komórki roślinnej. Sok z komórek wakuolowych jest zdominowany przez wodę zatrzymaną przez związki o stosunkowo niskiej masie cząsteczkowej (związane osmotycznie) oraz wodę niezwiązaną. W powłoce komórki roślinnej woda jest wiązana głównie przez związki wysokopolimerowe (celuloza, hemiceluloza, substancje pektynowe), tj. woda związana koloidalnie. W samej cytoplazmie znajduje się woda wolna, związana koloidalnie i osmotycznie. Woda znajdująca się w odległości do 1 nm od powierzchni cząsteczki białka jest mocno związana i nie ma regularnej struktury heksagonalnej (woda związana z koloidami). Ponadto w protoplazmie znajduje się pewna ilość jonów, a w konsekwencji część wody jest związana osmotycznie.

Fizjologiczne znaczenie wody wolnej i wody związanej jest inne. Większość badaczy uważa, że ​​intensywność procesów fizjologicznych, w tym tempo wzrostu, zależy przede wszystkim od zawartości wolnej wody. Istnieje bezpośredni związek między zawartością wody związanej a odpornością roślin na niekorzystne warunki zewnętrzne. Te fizjologiczne korelacje nie zawsze są obserwowane.

Aparat Golgiego

Aparat Golgiego

Lizosomy to małe pęcherzyki otoczone pojedynczą błoną. Pączkują z aparatu Golgiego i prawdopodobnie z retikulum endoplazmatycznego. Lizosomy zawierają różnorodne enzymy, które rozkładają duże cząsteczki...

Zdrowie uczniów: problemy i rozwiązania

Kiedy nastolatek uprawia sport, przetrenowanie nie powinno być dozwolone. Zmęczenie po dużej aktywności fizycznej objawia się letargiem, bólami mięśni. Rodzice powinni kontrolować czas uprawiania sportu...

System informacyjny komórki

Informacja genetyczna jest zakodowana w DNA. Kod genetyczny został wyjaśniony przez M. Nirenberga i H.G. Koran, za który otrzymali nagrodę Nobla w 1968 roku. Kod genetyczny to system rozmieszczenia nukleotydów w cząsteczkach kwasu nukleinowego...

Kodowanie i implementacja informacji biologicznej w komórce, kod genetyczny i jego właściwości

Pośrednik w transferze Informacja genetyczna(kolejność nukleotydów) od DNA do białka to mRNA (messenger RNA) ...

Meiobentos zarośli makrofitowych w strefie przybrzeżnej Zatoki Noworosyjskiej

Istnieje wiele prac opisujących prawidłowości przestrzennego rozmieszczenia organizmów meiobentosowych – w ostatnich dziesięcioleciach był to jeden z najpopularniejszych obszarów badań...

Potencjał błonowy

W 1890 roku Wilhelm Ostwald, który badał sztuczne półprzepuszczalne filmy, zasugerował, że półprzepuszczalność może być przyczyną nie tylko osmozy, ale także zjawisk elektrycznych. Osmoza występuje, gdy...

Mikrobiologia ryb i produktów rybnych

Ocenę mikrobiologiczną wody podaje się na podstawie oznaczenia liczby mikrobiologicznej QMAFAnM; jeśli - titra; jeśli - indeks; obecność patogennych mikroorganizmów. Trwają dwie pierwsze analizy...

Molekularny poziom genetyczny żywych struktur

Fakt, że geny znajdują się na chromosomach wydaje się być sprzeczny z faktem, że ludzie mają tylko 23 pary chromosomów, a mimo to mają tysiące różnych cech, które muszą pasować tysiące różnych genów. Tylko znaki...

Muchy Spherocerid (Diptera, Sphaeroceridae) z rezerwatu przyrody „Kamyshanova Polyana”

Na terenie rezerwatu „Kamyshanova Polyana” wyraźnie wyróżnia się następujące typy biotopów: las, łąka, różne formacje nadwodne, a także formacje brzegowe ...

Obiekty biotechnologii w przemyśle spożywczym

Metabolizm lub metabolizm to naturalny porządek przemian substancji i energii w żywych systemach, który leży u podstaw życia, mający na celu ich zachowanie i samoreprodukcję; całość wszystkich reakcji chemicznych zachodzących w ciele ...

Pojęcie komórki

XVII wiek 1665 - angielski fizyk R. Hooke w swojej pracy „Mikrografia” opisuje strukturę korka, na cienkich odcinkach, w których znalazł prawidłowo zlokalizowane puste przestrzenie. Hooke nazwał te puste przestrzenie „porami lub komórkami”…

Rola mitochondriów w apoptozie

Fizjologia pobudzenia komórkowego

· Powstawanie pobudzenia komórkowego jest spowodowane właśnie transportem jonów. warstwa bilipidowa Błona komórkowa nieprzepuszczalne dla jonów (Na, K, Cl), kanały jonowe są przeznaczone do ich transportu do iz komórki - specjalne białka integralne ...

Skład chemiczny komórki

Wszystkie żywe organizmy są zdolne do metabolizmu z środowisko. Procesy w komórkach zachodzą w sposób ciągły synteza biologiczna czyli biosynteza...