Какое свойство воды обеспечивает поддержание теплового баланса

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.).

Биологическая роль воды. Возможна ли жизнь без воды

February 23, 2017

Вода – это неотъемлемая часть нашей жизни. Две трети всей поверхности Земли занимают моря и океаны. Все, что нас окружает, не могло бы существовать без молекулы Н2 О. Даже человек на 70 процентов состоит из этого вещества. Биологическая роль воды очень велика. Вы в этом убедитесь, если прочтете эту статью до конца.

Посмотрите в окно. Что вы видите? Люди, животные, растения, дома, машины. Все это состоит из воды, правда, ее процентное содержание везде разное. Зачем далеко ходить? Как вы думаете, в зубной эмали и костях есть те самые удивительные молекулы Н2 О? Конечно, только их процентное содержание очень маленькое. В наше технологическое время без воды людям не обойтись.

Молекула воды

В данной статье будут рассмотрены свойства воды и ее биологическая роль. Мы уже говорили о том, что функции этого вещества очень многочисленны и разнообразны. Давайте поговорим немного о том, как устроена молекула, тогда станет понятно, почему это соединение так многофункционально и универсально. Начнем с состава. Молекула воды содержит в себе 3 атома: 2 – водорода и 1 – кислорода. Форма напоминает равнобедренный треугольник. Такое вещество является диполем, поскольку обладает полярностью. Вода – это удивительное соединение, так как она может находиться в трех состояниях:

Биологическая роль воды очень велика. Сейчас мы перейдем к рассмотрению функций чудо-молекулы.

Растворитель

Биологическая роль воды заключается в том, что она может хорошо растворять в себе различные вещества. Но это одна из функций. Так как практически любое вещество способно раствориться в воде, то в чистом виде найти эту жидкость практически нереально, можно только добыть в лабораторных условиях. Любой растворитель способен взять только определенное количество вещества. Таким образом, существуют насыщенные водные растворы, то есть когда растворитель не может больше принять и растворить в себе другие вещества. Но если воду нагреть, то ее способность как растворителя сильно возрастает. Проведите эксперимент: растворите одинаковое количество сахара или соли в горячей и холодной воде. Конечно, в горячей растворение произойдет намного быстрее, и не останется осадка.

Терморегуляция

Биологическая роль воды также заключается в способности поддерживать постоянную температуру тела. То есть на морозе и в теплом помещении температура нашего тела (при условии того, что человек здоров) будет оставаться неизменной – 36,6 градуса. Это можно объяснить тем, что вода способна забирать тепло и очень медленно остывать.

Теперь немного о том, что такое теплообмен. Это обмен теплом между организмом и окружающей средой. Основной фактор – это температура тела живого существа, которая зависит от обменных процессов и отдачи тепла. Есть два вида живых существ на нашей планете:

Мы относимся ко второй группе, то есть являемся теплокровными. Наша температура не меняется с изменением температуры окружающей среды.

Упругость клеток

Теперь о том, какова биологическая роль воды в клетке. Как говорилось ранее, вода является растворителем, участвует в процессе терморегуляции. Кроме всего вышесказанного, она является основой для органоидов клетки и поддерживает ее правильную форму. Это можно объяснить следующим образом: воду очень тяжело сжать даже в лабораторных условиях, она помогает сохранять упругость клеткам. Если вы не верите словам, то проведите опыт: попробуйте сжать воду. Согласитесь, это довольно сложно.

Транспортная функция

Еще одна особенность воды заключается в способности доставлять необходимые вещества. Сейчас речь пойдет о транспортной функции. Возможность доставки необходимых веществ происходит благодаря высокому поверхностному натяжению жидкости. Так, вода может проникнуть в капилляры, межклеточное пространство. То есть она несет питание клеткам и выводит ненужные вещества. Вода обладает самыми разнообразными свойствами, именно им нужно быть благодарными за выполнение всех жизненно важных функций.

Экологическая роль

Мы рассмотрели, какова биологическая роль воды, но важно понимать и то, что экологическая ее роль не менее важна. Можно выделить 2 аспекта:

• внешний экологический фактор;
• внутренний экологический фактор.

Внешние факторы включают в себя целый ряд особенностей, таких как климат, микроклимат, среда обитания и так далее. Внутренние влияют в первую очередь на клетки живых организмов. Так, можно выделить целый ряд особенностей и процессов, в которых участвует вода. Многие из этих функций являются жизненно необходимыми для человека.

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.

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.

Источники: https://jbio.ru/funkcii-vody-i-drugix-neorganicheskix-veshhestv-v-kletke, https://fb.ru/article/296632/biologicheskaya-rol-vodyi-vozmojna-li-jizn-bez-vodyi, https://studopedia.ru/1_121121_struktura-svoystva-i-biologicheskie-funktsii-vodi.html