Biologiske funksjoner til vann. Kjemisk sammensetning av cellen

Vann (H 2 O) er det viktigste uorganiske stoffet i cellen. I en celle, i kvantitative termer, rangerer vann først blant andre kjemiske forbindelser. Vann utfører forskjellige funksjoner: opprettholde volumet, elastisiteten til cellen, delta i alle kjemiske reaksjoner. Alle biokjemiske reaksjoner skjer i vandige løsninger. Jo høyere metabolsk hastighet i en bestemt celle, jo mer vann inneholder den.

Vær oppmerksom!

Vann i en celle er i to former: fritt og bundet.

Gratis vann lokalisert i intercellulære rom, kar, vakuoler og organhulrom. Det tjener til å transportere stoffer fra miljøet inn i cellen og omvendt.
Bundet vann er en del av noen cellulære strukturer, plassert mellom proteinmolekyler, membraner, fibre og er koblet til noen proteiner.
Vann har en rekke egenskaper som er ekstremt viktige for levende organismer.

Vannmolekylstruktur

De unike egenskapene til vann bestemmes av strukturen til molekylet.

Hydrogenbindinger dannes mellom individuelle vannmolekyler, som bestemmer de fysiske og kjemiske egenskapene til vannet.
Det karakteristiske arrangementet av elektroner i et vannmolekyl gir det elektrisk asymmetri. Det mer elektronegative oksygenatomet tiltrekker seg elektronene til hydrogenatomene sterkere, noe som resulterer i et vannmolekyl dipol(har polaritet). Hvert av de to hydrogenatomene har en delvis positiv ladning, og oksygenatomet har en delvis negativ ladning.

Den delvis negative ladningen til oksygenatomet til ett vannmolekyl tiltrekkes av de delvis positive hydrogenatomene til andre molekyler. Dermed har hvert vannmolekyl en tendens til å koble seg sammen hydrogenbinding med fire nabovannmolekyler.

Egenskaper til vann

Siden vannmolekyler er polare, har vann egenskapen til å løse opp polare molekyler av andre stoffer.
Stoffer som er løselige i vann kalles hydrofil(salter, sukker, enkle alkoholer, aminosyrer, uorganiske syrer). Når et stoff går i løsning, kan dets molekyler eller ioner bevege seg mer fritt, og derfor øker reaktiviteten til stoffet.

Stoffer som er uløselige i vann kalles hydrofobisk(fett, nukleinsyrer, noen proteiner). Slike stoffer kan danne grensesnitt med vann hvor mange kjemiske reaksjoner finner sted. Derfor er det at vann ikke løser opp enkelte stoffer også veldig viktig for levende organismer.

Vann har en høy spesifikk varmekapasitet, dvs. evnen til å absorbere termisk energi med en minimal økning i egen temperatur. For å bryte de mange hydrogenbindingene som finnes mellom vannmolekyler, må en stor mengde energi absorberes. Denne egenskapen til vann sikrer opprettholdelse av termisk balanse i kroppen. Den store varmekapasiteten til vann beskytter kroppsvev mot raske og sterke temperaturøkninger.
For å fordampe vann kreves det ganske mye energi. Bruken av en betydelig mengde energi for å bryte hydrogenbindinger under fordampning bidrar til å avkjøle den. Denne egenskapen til vann beskytter kroppen mot overoppheting.

Eksempel:

Eksempler på dette inkluderer transpirasjon hos planter og svette hos dyr.

Vann har også høy varmeledningsevne, noe som sikrer jevn fordeling av varme i hele kroppen.

Vær oppmerksom!

Høy spesifikk varmekapasitet og høy varmeledningsevne gjør vann til en ideell væske for å opprettholde termisk likevekt mellom celler og organismer.

Vann krymper praktisk talt ikke, skaper turgortrykk, bestemmer volumet og elastisiteten til celler og vev.

Eksempel:

Det hydrostatiske skjelettet opprettholder formen hos rundorm, maneter og andre organismer.

Takket være klebekreftene til molekyler, dannes en film på overflaten av vannet, som har en slik egenskap som overflatespenning.

Eksempel:

På grunn av kraften til overflatespenningen oppstår kapillær blodstrøm, stigende og synkende strømmer av løsninger i planter.

Blant de fysiologisk viktige egenskapene til vann er dets evne til å løse opp gasser(O 2, CO 2, etc.).

Vann er også en kilde til oksygen og hydrogen som frigjøres under fotolyse under lysfasen av fotosyntesen.

Biologiske funksjoner til vann

• Vann sørger for bevegelse av stoffer i cellen og kroppen, absorpsjon av stoffer og fjerning av metabolske produkter. I naturen fører vann med seg avfallsstoffer til jord og vannmasser.
• Vann er en aktiv deltaker i metabolske reaksjoner.
• Vann er involvert i dannelsen av smørevæsker og slim, sekreter og juice i kroppen (disse væskene finnes i leddene til virveldyr, i pleurahulen, i perikardialposen).
• Vann er en del av slimet, som letter bevegelsen av stoffer gjennom tarmene og skaper et fuktig miljø på slimhinnene i luftveiene. Sekretet som skilles ut av noen kjertler og organer er også vannbasert: spytt, tårer, galle, sædceller, etc.

Vann spiller en viktig rolle i livet til celler og levende organismer generelt. I tillegg til at det er en del av deres sammensetning, er det for mange organismer også et habitat. Vannets rolle i en celle bestemmes av dets egenskaper. Disse egenskapene er ganske unike og er hovedsakelig assosiert med den lille størrelsen på vannmolekyler, med polariteten til molekylene og med deres evne til å koble seg til hverandre gjennom hydrogenbindinger.

Vannmolekyler har en ikke-lineær romlig struktur. Atomene i et vannmolekyl holdes sammen av polare kovalente bindinger, som binder ett oksygenatom til to hydrogenatomer. Polariteten til kovalente bindinger (dvs. ujevn fordeling av ladninger) forklares i dette tilfellet av den sterke elektronegativiteten til oksygenatomene i forhold til hydrogenatomet; Oksygenatomet trekker elektroner fra delte elektronpar.

Som et resultat vises en delvis negativ ladning på oksygenatomet, og en delvis positiv ladning vises på hydrogenatomene. Hydrogenbindinger oppstår mellom oksygen- og hydrogenatomene til nabomolekylene.

Takket være dannelsen av hydrogenbindinger danner vannmolekyler hverandre, som bestemmer dens opprinnelige tilstand under normale forhold.

Vann er utmerket løsemiddel for polare stoffer, som salter, sukker, alkoholer, syrer osv. Stoffer som er svært løselige i vann kalles hydrofil.

Vann løses ikke opp eller blandes med absolutt upolare stoffer som fett eller oljer, siden det ikke kan danne hydrogenbindinger med dem. Stoffer som er uløselige i vann kalles hydrofobisk.

Vann har høy spesifikk varmekapasitet. Å bryte hydrogenbindingene som holder vannmolekyler sammen krever absorpsjon av en stor mengde energi. Denne egenskapen sikrer opprettholdelse av kroppens termiske balanse under betydelige temperaturendringer i miljøet. I tillegg har vann høy varmeledningsevne, som lar kroppen opprettholde samme temperatur gjennom hele volumet.

Vann har også høy fordampningsvarme, dvs. molekylers evne til å frakte bort en betydelig mengde varme, avkjøle kroppen. Denne egenskapen til vann brukes til svette hos pattedyr, termisk pesing hos krokodiller og transpirasjon hos planter, og hindrer dem i å overopphetes.

Det er utelukkende karakteristisk for vann høy overflatespenning. Denne egenskapen er svært viktig for adsorpsjonsprosesser, for bevegelse av løsninger gjennom vev (blodsirkulasjon, stigende og synkende strømmer i plantekroppen). Mange små organismer drar nytte av overflatespenning: den lar dem flyte på vannet eller gli over overflaten.

Biologiske funksjoner til vann

Transportere. Vann sørger for bevegelse av stoffer i cellen og kroppen, absorpsjon av stoffer og fjerning av metabolske produkter.

Metabolsk. Vann er mediet for alle biokjemiske reaksjoner i cellen. Molekylene deltar i mange kjemiske reaksjoner, for eksempel i dannelsen eller hydrolyse av polymerer. I prosessen med fotosyntese er vann en elektrondonor og en kilde til hydrogenatomer. Det er også en kilde til fritt oksygen.

Strukturelt. Cytoplasmaet til celler inneholder fra 60 til 95% vann. Hos planter bestemmer vann cellenes turgor, og hos noen dyr utfører det støttefunksjoner, som er et hydrostatisk skjelett (runde og annelids, pigghuder).

Vann er involvert i dannelsen av smørevæsker (synovialt i leddene til virveldyr; pleura i pleurahulen, perikardialt i perikardsekken) og slim (som letter bevegelsen av stoffer gjennom tarmene og skaper et fuktig miljø på slimhinnene i luftveiene). Det er en del av spytt, galle, tårer, sæd, etc.

Mineralsalter. Saltmolekyler i en vandig løsning dissosieres til kationer og anioner. De viktigste kationene er: K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+ og anioner: Cl -, H 2 PO 4 -, HPO 4 2-, HCO 3 -, NO 3 -, SO 4 2-. Ikke bare innholdet, men også forholdet mellom ioner i cellen er betydelig.

Forskjellen mellom mengdene av kationer og anioner på overflaten og inne i cellen sikrer at det oppstår et aksjonspotensial, som ligger til grunn for nerve- og muskeleksitasjon. Forskjellen i ionekonsentrasjoner på forskjellige sider av membranen er assosiert med aktiv overføring av stoffer gjennom membranen, samt energiomdannelse.

Fosforsyreanioner skaper et fosfatbuffersystem som opprettholder pH i kroppens intracellulære miljø på 6,9.

Karbonsyre og dens anioner skaper et bikarbonatbuffersystem som opprettholder pH i det ekstracellulære miljøet (blodplasma) på 7,4.

Noen ioner er involvert i aktiveringen av enzymer, dannelsen av osmotisk trykk i cellen, i prosessene med muskelkontraksjon, blodpropp, etc.

Noen kationer og anioner kan inngå i komplekser med ulike stoffer (for eksempel er fosforsyreanioner en del av fosfolipider, ATP, nukleotider osv.; Fe 2+ ion er en del av hemoglobin osv.).

Vann er et universelt løsningsmiddel for polare molekyler - salter, sukker, enkle alkoholer. Vann har den unike egenskapen å bryte alle typer molekylære og intermolekylære bindinger og danne løsninger.

En løsning er et flytende molekylært dispergert system der molekyler og ioner av oppløste stoffer interagerer med hverandre. Det finnes løsninger av elektrolytter, ikke-elektrolytter og polymerer.

Kroppsvæsker er komplekse løsninger - polyelektrolytter. Ved oppløsning i vann oppstår hydrering, og stoffene som dannes kalles hydrater. I dette tilfellet brytes intermolekylære bindinger.

Elektrolyttløsninger er karakterisert ved elektrolytisk dissosiasjon av det oppløste stoffet for å danne ioner. I kroppens flytende medier, i henhold til naturen og mekanismene for hydrering, er det ingen faktiske salter, syrer og baser, men det er deres ioner.

Løsninger av biopolymerer - proteiner, nukleinsyrer - er polyelektrolytter og passerer ikke gjennom de fleste biologiske membraner.

Ikke-polare stoffer, som lipider, blandes ikke med vann.

Vann er et løsemiddel for mange stoffer og transporterer dem gjennom blod-, lymfe- og ekskresjonssystemene.

Kroppens væskemedier - blod, lymfe, cerebrospinalvæske, vevsvæske, vask av cellulære elementer og deltakelse i metabolske prosessen, danner sammen det indre miljøet i kroppen. Begrepet "indre miljø" eller "indre hav" ble foreslått av den franske fysiologen C. Bernard.

Biologiske funksjoner til vann

Omtrent 60% av en voksens kroppsvekt (for menn - 61%, for kvinner - 54%) er vann. Hos et nyfødt barn når vanninnholdet 77%, i alderdommen synker det til 50%.

Vann er en del av alt vev i menneskekroppen: omtrent 81 % i blodet, 75 % i musklene, 20 % i beinene. Vann er assosiert i kroppen hovedsakelig med bindevev.

Vann er et universelt løsningsmiddel av uorganiske og organiske forbindelser. I et flytende miljø fordøyes maten og næringsstoffer tas opp i blodet.

Vann er den viktigste faktoren som sikrer den relative konstantheten til det indre miljøet i kroppen. På grunn av sin høye varmekapasitet og termiske ledningsevne deltar vann i termoregulering, og fremmer varmeoverføring (svette, fordampning, termisk kortpustethet, vannlating).

Vann er en deltaker i mange metabolske reaksjoner, spesielt hydrolyse. Det stabiliserer strukturen til mange høymolekylære forbindelser, intracellulære formasjoner, celler, vev og organer, gir støttefunksjonene til vev og organer, bevarer deres turgor, forlyse og
posisjon (hydrostatisk skjelett). Vann er en bærer av metabolitter. hormoner, elektrolytter, deltar i transporten av stoffer gjennom cellemembraner og karveggen som helhet. Ved hjelp av vann fjernes giftige metabolske produkter fra kroppen.

Kilder til vann og utskillelsesveier fra kroppen

En voksen bruker i gjennomsnitt 2,5 liter vann per dag. Av disse er 1,2 i form av drikkevann, drikke osv.; 1 liter med innkommende mat; 0,3 liter dannes i kroppen som følge av omsetningen av proteiner, fett og karbohydrater, det såkalte metabolske eller endogene vannet. Den samme mengden vann fjernes fra kroppen.

1,5 liter spytt, 3,5 liter magesaft, 0,7 liter bukspyttkjerteljuice, 3 liter tarmsaft og ca. 0,5 liter galle skilles ut i fordøyelseskanalens hulrom per dag.

Ca 1-1,5 liter skilles ut av nyrene i form av urin, 0,2-0,5 liter - med svette gjennom huden, ca 1 liter - gjennom tarmen med avføring. Settet med prosesser av vann og salter som kommer inn i kroppen, deres fordeling i indre miljøer og utskillelse kalles vann-saltmetabolisme.

Typer vann i kroppen

Det er tre typer vann i menneske- og dyrekropper - fritt, bundet og konstitusjonelt.

Fritt, eller mobilt vann, danner grunnlaget for ekstracellulære, intracellulære og transcellulære væsker.

Bundet vann holdes tilbake av ioner i form av et hydreringsskall og av hydrofile kolloider (proteiner) i blodet og vevsproteiner i form av svellende vann.

konstitusjonelt (intramolekylært) vann er en del av molekyler, proteiner, fett og karbohydrater og frigjøres under deres oksidasjon. Vann beveger seg mellom ulike deler av kroppens væsker på grunn av kreftene fra hydrostatisk og osmotisk trykk.

Intracellulære og ekstracellulære væsker er elektrisk nøytrale og osmotisk balanserte.

Vann er et unikt stoff. Det er distribuert overalt på planeten vår. Prøv å forestille deg hvordan livet vårt ville vært uten H2O-molekylet? Og det er ingenting å forestille seg - det ville ikke være noe liv på planeten vår. Mennesker er 70% vann. Jo yngre kroppen er, jo mer inneholder den, og med alderen avtar denne mengden. La oss for eksempel ta et embryo - prosentandelen av H2O i det er 90%.

I artikkelen inviterer vi deg til å fremheve alt i cellen og vurdere hver enkelt i detalj. Det er viktig å nevne at det finnes der i to former: fri og bundet. Vi skal ta for oss dette litt senere.

Vann

Alle vet at vann spiller en veldig viktig, eller rettere sagt, nøkkelrolle i livene våre. Uten den ville planeten vår vært en død, livløs ørken. Forskere studerer fortsatt vann og dets rolle i menneskekroppen.

Vi har allerede sagt at vann finnes i cellene våre i frie og bundne former. Den første tjener til å distribuere stoffer - å overføre dem inn og ut av cellen. Og den siste er observert:

• mellom fibre;
• membraner;
• protein molekyler;
• cellulære strukturer.

Både fritt og bundet vann i cellen utfører nødvendigvis noen funksjoner, som vi vil snakke om senere. Og nå noen få ord om hvordan selve H2O-molekylet er organisert.

Molekyl

Til å begynne med, la oss betegne molekylformelen for vann: H2O. Dette er et veldig vanlig stoff på planeten, og du bør huske det, fordi molekylformelen for vann finnes ganske ofte i forskjellige kunnskapsfelt. Forresten finnes det i alle menneskelige organer, selv i tannemalje og bein, selv om prosentandelen der er veldig liten - henholdsvis 10% og 20%.

Som vi allerede har sagt, jo yngre kroppen er, jo mer vann inneholder den. Forskere har antydet at vi eldes fordi protein ikke kan binde store mengder vann. Men dette er imidlertid bare en hypotese.

Funksjoner

La oss nå fremheve flere av dem tydelig fra listen nedenfor:

• H2O kan fungere som et løsemiddel, siden nesten alle kjemiske reaksjoner er ioniske og skjer i vann. Det skal bemerkes at det er hydrofile stoffer (som løser opp for eksempel alkohol, sukker, aminosyrer og så videre), men det er også hydrofobe (fettsyrer, cellulose og andre).
• Vann kan fungere som et reagens.
• Utfører transport-, termoregulerende og strukturelle funksjoner.

Vi foreslår å vurdere hver av dem separat. La oss gå i rekkefølge, den første på listen vår er løsemiddelfunksjonen.

Løsemiddel

Funksjonene til vann i cellen er mange, men en av de viktigste er å bidra til å lette mange reaksjoner. H2O-molekylet kan fungere som et løsemiddel. Nesten alle reaksjoner som skjer i en celle er ioniske, det vil si at mediet de kan finne sted i er vann.

Reagens

De neste funksjonene til vann i en celle er dets deltakelse i kjemiske reaksjoner som finner sted i kroppen som et reagens. Disse inkluderer:

• hydrolyse;
• polymerisering;
• fotosyntese og så videre.

Nå litt om det I kjemi er dette navnet på et stoff som deltar i noen kjemiske reaksjoner. Det viktigste er at selv om den deltar i reaksjonen, er den ikke gjenstand for bearbeiding. Reagenser i laboratoriet (også kalt reagenser) er et ganske vanlig fenomen.

Vann, som et reagens, er involvert i sammensetningen av andre stoffer som kroppen trenger.

Transportfunksjon

Hvorfor lever vi? Kroppen vår eksisterer bare fordi cellene den består av er i live. Og de bør takke deres unike struktur og noen av egenskapene til H2O-molekylet. Vi har allerede nevnt at vann er en integrert del av kroppen vår, og hver celle inneholder disse unike molekylene, eller rettere sagt, er i utgangspunktet i sin sammensetning.

Transportfunksjonen til vann i cellen er et annet formål med H2O i kroppen vår. Vann har en viss funksjon - penetrasjon i det intercellulære rommet, takket være hvilke næringsstoffer som kommer inn i cellen.

Det er også verdt å vite at blod og lymfe også inneholder vann, og mangelen fører til noen konsekvenser: blødninger eller trombose.

Termoregulering

Hvilke funksjoner til vann i en celle har vi ennå ikke funnet ut? Selvfølgelig, termoregulering. Vi sa at vann kan absorbere varme og holde på den i lang tid. Dermed kan H2O beskytte cellen mot hypotermi eller overoppheting. Funksjonen til termoregulering er nødvendig ikke bare for individuelle celler, men også for hele organismen som helhet.

Strukturell funksjon

Vi har allerede listet dem opp, men enda et formål gjenstår å diskutere - å opprettholde cellestrukturen.

Har du noen gang prøvd å komprimere flytende vann? Selv under laboratorieforhold er dette ekstremt vanskelig å oppnå. Denne egenskapen til vann er nødvendig for å opprettholde formen og strukturen til hver celle.

Husk for alltid: uten vann er livet umulig. Vi opplever tørste når kroppen mister omtrent 3 % av vann, og med et tap på 20 % dør cellene, og følgelig personen også. Se hvor mye vann du drikker.

... (Philipp Niethammer) søkte etter metoder for å oppdage hydrogenperoksid i kroppen og om eksistensen av dens immunforsvar funksjoner Jeg skjønte det ikke engang. Biologer har lenge visst at hydrogenperoksid er et stoff med en ganske sterk... funksjon hydrogenperoksid ved å bruke fisk som eksempel, har en gruppe forskere nå til hensikt å gå over til forskning på lignende funksjoner av denne forbindelsen i menneskekroppen - til tross for noe genetisk slektskap, er fisk fortsatt for langt fra mennesker biologisk ...

https://www.site/journal/122320

... , vann er det viktigste biologiske flytende. Ikke bare er det et inert medium, det kan også kombineres med andre komponenter av levende materie. Vann spiller en termoregulerende rolle - opprettholder den nødvendige kroppstemperaturen. Det gjør den med sin store varmekapasitet når temperaturen synker og ved fordampning fra kroppens overflate når den overopphetes. Transportere funksjon vann gjennomført...

https://www.site/journal/19228

Bare for dette trenger du å ha mye positiv energi. Utrolig sammensetning av frossen bønn ladet vann. Regelmessig vann fryser, og molekylene folder seg i en kaotisk rekkefølge. Belastet vann har en tydelig struktur i form av ulike stjerner og mønstre. Vann Vi legger den om natten under høyttalere med klassisk musikk. Som et resultat ble forskjellige mønstre registrert avhengig av hva...

https://www.site/journal/11206

Organisme. Vi har allerede sagt at vi trenger ca 2-2,5 liter vann daglig. Del vann refundert fra drikke, ca. 1,5 liter per dag ( vann, melk, fruktjuice, te, kaffe, suppe, etc.). Slå en liten del av tapet... av kefir i en mikser. Alle disse cocktailene er gode med tilsetning av isbiter. Og avslutningsvis vil jeg si det vann gir ikke bare metabolisme for å opprettholde balansen, men er også et unikt rensemiddel for kroppen vår. Foruten mat...

https://www.site/journal/15103

Fra den tette melketåken strømmet det jevne lave brølet fra Yol-Ichta-fossen inn i dalen. Fallenes syrlige, beroligende ståhei vann omfavnet dalen, klemte ham forsiktig i armene og lullet ham i lavlandselvens rolige strømninger. ...Akta, smilende, holdt ut... steinene. Hun kastet hodet bakover og lukket øynene og prøvde å kjenne pusten av fuktighet. Noen ganger klarte hun faktisk å høre den forsiktige samtalen vann, men oftere - bare en følelse av rolig avvisning, som hun skalv fra. Akta var ikke opprørt: hun var...

https://www..html

Etter dette ble de plassert i analysatorkammeret. vann Dette var nødvendig slik at en del av den frosne vann. "Mars gir oss overraskelser. En av overraskelsene er hvordan jorda oppfører seg i åpent rom ... det øverste laget av jord. Imidlertid sier forskere at tilstedeværelsen på Mars betyr ikke tilstedeværelsen av liv i det hele tatt. Årsaken er både temperatur og mulig fravær av dette næringsstoffer karbonelementer som er nødvendige for enhver organisk form ...