Какова биологическая роль воды в клетке какие ионы содержатся

Всем известно, что вода играет одну из самых ключевых ролей в жизнедеятельности человека и что без неё жизнь на Земле немыслима. Познавая мир и изучая различные науки, люди узнают, какова биологическая роль воды в клетке и настолько вода важна для функционирования любых организмов.

Молекула воды и её функция

Вода (молекулярная формула Н2О) является самым распространённым веществом на земле. Она содержится практически везде в разных количествах. Например, в зубной эмали она занимает 10 %, а вот в развивающемся зародыше – больше 90 %. В человеческом теле содержится приблизительно 65% воды. Особенно насыщены ею ткани молодых организмов.

Так, в теле младенца содержится 70% жидкости. Существует даже гипотеза, согласно которой причиной старения считается неспособность белков в организме связывать большие объёмы воды. Все человеческие ткани и органы содержат жидкость. Даже в костях её наличие составляет приблизительно 20 %, а в мозге, печени и мышцах эта цифра увеличивается до 80%.

Одним из основных признаков жизни является обмен веществ. Все виды обмена – белковый, углеводный, жировой и другие – включают также и водный. Его суть заключается в процессе всасывания жидкости в кишечнике и желудке с последующим распределением её в тканях организма и выделением при помощи почек, кожи и лёгких.

Живые ткани состоят из клеток и межклеточных веществ, представляющих собой достаточно сложную систему, и в отдельных их частях содержится вода. Ведь она является отличным растворителем для большинства живых веществ, из которых состоит живой организм.

Благодаря ей во время водного обмена происходит процесс терморегуляции. Также с водой уходят ненужные и вредные продукты обмена.

Из вышесказанного можно сделать вывод, какова роль воды в клетке:

Поддерживается упругость клетки. При потере клеткой жидкости, например, могут высохнуть плоды или завянут листья.
Происходит перемещение веществ, в том числе удаляются ненужные элементы.
Обеспечивается ускорение химических реакций благодаря растворению веществ в жидкости.
Происходит растворение солей и сахаров.
Благодаря способности воды медленно нагреваться и остывать она участвует в терморегуляции.

Свободная и связанная вода

Роль воды в жизни клетки, пожалуй, сложно переоценить. Причём при большей интенсивности обмена веществ количество жидкости увеличивается. Вода в клетке может быть связанной или свободной. Последняя содержится в вакуолях, пространствах между клетками, полостях различных органов, сосудах. Она необходима для того, чтобы переносить вещества в клетку и из неё во внешнюю среду.

Содержание связанной воды наблюдается между волокнами, мембранами, белковыми молекулами, а также в отдельных клеточных структурах. Н2О обладает действительно уникальными свойствами – их связывают с тем, как устроена её молекула. Она содержит один атом кислорода и два атома водорода, которые соединяются между собой при помощи ковалентных полярных связей.

Благодаря тому, что электроны в данной молекуле располагаются необычно, в ней существует некая электрическая асимметрия. Поскольку кислород является более электроотрицательным, он сильнее притягивает водород.

Вода как растворитель

Благодаря полярности молекул, а также их способности к созданию водородных связей, вода оказывается очень хорошим растворителем ионных соединений, например, солей или кислот. Также неплохо растворяются в жидкости неионные (однако полярные) соединения. К таким относятся вещества, в молекулах которых содержатся заряженные (полярные) группы, – например, спирты, сахара либо аминокислоты.

Гидрофильными называют вещества, которые быстро растворяются в воде. При этом вещество, которое переходит в раствор, регулирует свободное движение молекул и ионов, что приводит к улучшению его реакционных способностей.

Роль воды в организме человека: Видео

Источник

Минеральные вещества в клетке находятся в виде солей в твёрдом состоянии, либо диссоциированы на ионы.
Неорганические ионы представлены катионами и анионами минеральных солей.

Пример:

катионы: K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH4+.

Анионы: Cl−, H2PO4−, HPO42−, HCO3−, NO3−, SO42−, PO43−, CO32−.

Вместе с растворимыми органическими соединениями неорганические ионы обеспечивают стабильные показатели осмотического давления.

Концентрация катионов и анионов в клетке и в окружающей её среде — различна. Внутри клетки преобладают катионы K+ и крупные отрицательные органические ионы, в околоклеточных жидкостях всегда больше ионов Na+ и Cl−. В результате образуется разность потенциалов между содержимым клетки и окружающей её средой, обеспечивающая такие важные процессы, как раздражимость и передача возбуждения по нерву или мышце.

Являясь компонентами буферных систем организма, ионы определяют их свойства — способность поддерживать рН на постоянном уровне (близко к нейтральной реакции), несмотря на то, что в процессе обмена веществ непрерывно образуются кислые и щелочные продукты.

Пример:

анионы фосфорной кислоты (HPO42− и H2PO4−) создают фосфатную буферную систему млекопитающих, поддерживающую рН внутриклеточной жидкости в пределах (6,9)–(7,4).
Угольная кислота и её анионы (H2CO3 и CO32−) создают бикарбонатную буферную систему и поддерживают рН внеклеточной среды (плазмы крови) на уровне (7,4).

Соединения азота, фосфора, кальция и другие неорганические вещества используются для синтеза органических молекул (аминокислот, белков, нуклеиновых кислот и др.).

Пример:

ионы некоторых металлов (Mg, Ca, Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Br, Co) являются компонентами многих ферментов, гормонов и витаминов или активируют их.

Калий — обеспечивает функционирование клеточных мембран, поддерживает кислотно-щелочное равновесие, влияет на активность и концентрацию магния.

Ионы Na+ и K+ способствуют проведению нервных импульсов и возбудимости клетки. Эти ионы входят также в состав натрий-калиевого насоса (активный транспорт) и создают трансмембранный потенциал клеток (обеспечивают избирательную проницаемость клеточной мембраны, что достигается за счёт разности концентраций ионов Na+ и K+: внутри клетки больше K+, снаружи больше Na+).

Ключевая роль в регуляции мышечного сокращения принадлежит ионам кальция (Ca2+). Миофибриллы обладают способностью взаимодействовать с АТФ и сокращаться лишь при наличии в среде определённых концентраций ионов кальция. Ионы кальция также необходимы для процесса свёртывания крови.

Железо входит в состав гемоглобина крови.

Азот входит в состав белков. Все важнейшие части клеток (цитоплазма, ядро, оболочка и др.) построены из белковых молекул.

Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот; обеспечивает нормальный рост костной и зубной тканей.

При недостатке минеральных веществ нарушаются важнейшие процессы жизнедеятельности клетки.

Источники:

Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. 9 класс // ДРОФА.
Каменский А. А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Биология. Общая биология (базовый уровень) 10–11 класс // ДРОФА.

Лернер Г. И. Биология: Полный справочник для подготовки к ЕГЭ: АСТ, Астрель.

Источник

Некоторым ученикам приходится писать в школе эссе на тему: «Какую роль в клетке играет вода?». И каждый прилежный ученик из курса общей биологии знает, что без нее жизнь человечества невозможна. Если человек теряет до 3% жидкости, то начинает испытывать жажду. При потере около 20% жидкости клетки в живом организме начинают отмирать, что приводит в конечном итоге к гибели.

…

Значение воды для жизнедеятельности клетки

На нашей планете это вещество является самым распространенным. Каждая клетка живого организма содержит его тем больше, чем интенсивнее она участвует в обменных процессах.

В организме это вещество содержится в связной и свободной форме. Свободная жидкость участвует в транспортировке из внешней среды в клетку и наоборот. Свободная жидкость выступает в роли растворителя и содержится в количестве 95% от общей массы. Содержится она в полостях органов, вакуолях, межклеточном пространстве и сосудах.

Связанная жидкость может находиться между волокнами, молекулами белка, мембранами, в клеточных структурах и образовывает соединения с некоторыми белками. Связанной жидкости в каждой клетке содержится не более 4% от общего количества.

Свойства

Это вещество для человека, как и любого другого живого организма, имеет большее значение, чем пища. Она является главным элементом жизни организма и обеспечивает:

Терморегуляцию. Достигается это благодаря медленному нагреванию и медленному остыванию.
Обменные процессы в организме.
Транспорт веществ.
Поддержание клеточной структуры. В результате потери большого количества жидкости наблюдается их увядание.
Участие в химических реакциях.

В составе любой клетки, как видно в таблице ниже, первое место занимает вода по количественному составу.

Содержание в тканях	Содержание в процентах
В мышечной	65%
В костной	22%
В жировой	99%
В крови	83%
В стекловидном теле глаза	99%
В зубной эмали	0,2%
В мозговой ткани	85%

Функции

Как известно из курса школьной химии, вода служит катализатором для протекания разнообразных процессов в организме. Внутри клеток любого живого организма происходят различные химические реакции, где участие воды протекает в качестве реагента.

В процессе пищеварения происходит гидролиз белков, углеводов и жиров с участием молекул воды и высвобождается энергия, способная обеспечить процессы жизнедеятельности.

Участие в гидролизе солей позволяет ей служить источником для протонов и электронов. Главный показатель для внутриклеточных процессов — это способность вещества жидкости участвовать в обратимой ионизации и образовывать связи с водородом.

Транспортную функцию внутри органов живого организма выполняет тоже это вещество. Все продукты жизнедеятельности клетки выводятся молекулами жидкости. Питательные вещества клеткам доставляют молекулы жидкого вещества, проникая в межклеточное пространство.

Главным компонентом для лимфы и крови является жидкость. Недостаток ее в организме приводит к загустению крови и ломкости сосудов. Местно это выражается в виде тромбозов и кровоизлияний.

Постоянство структуры органов и тканей обеспечивается тем, что она в жидком виде не сжимается, образуя оптимальное внутриклеточное давление и поддерживая структуру клетки.

Постоянная температура внутри организма поддерживается благодаря тому, что молекула жидкости является теплоемкой структурой. Большое количество энергии образуется и при расщеплении жиров, что также служит для поддержки оптимальной температуры.

Роль воды в клетке

Это вещество имеет маленький размер молекул, полярность и способность молекул соединяться друг с другом при помощи водородных связей, что обуславливает ее биологическую роль.

Можно выделить две функции воды с точки зрения биологических процессов:

Метаболическую. Все биохимические реакции осуществляются в водной среде. При фотосинтезе она служит донором для электронов. Вода необходима для гидролиза макромолекул.
Транспортную. Передвижение веществ в организме осуществляется посредством жидкости. Также осуществляется и вывод продуктов метаболизма. В природных условиях вода служит для транспортировки к почве и водоемам продуктов жизнедеятельности.

Фотолиз

При фотосинтезе это вещество является источников ионов водорода. При фотосинтезе происходит фотолиз. В переводе с греческого это явление обозначает растворение, распад или разложение с участием света. Фотолиз осуществляется в период световой фазы фотосинтеза, где под действием света молекула этого вещества распадается на ионы.

В результате фотолиза молекула воды распадается на протоны и электроны и выделяет в качестве побочного продукта кислород. Именно этим кислородом и дышат все живые существа на планете.

Биологическая роль воды в клетке

Источник

Вода (H2O) — важнейшее неорганическое вещество клетки. В клетке в количественном отношении вода занимает первое место среди других химических соединений. Вода выполняет различные функции: сохранение объёма, упругости клетки, участие во всех химических реакциях. Все биохимические реакции происходят в водных растворах. Чем выше интенсивность обмена веществ в той или иной клетке, тем больше в ней содержится воды.

Обрати внимание!

Вода в клетке находится в двух формах: свободной и связанной.

Свободная вода находится в межклеточных пространствах, сосудах, вакуолях, полостях органов. Она служит для переноса веществ из окружающей среды в клетку и наоборот.
Связанная вода входит в состав некоторых клеточных структур, находясь между молекулами белка, мембранами, волокнами, и соединена с некоторыми белками.
Вода обладает рядом свойств, имеющих исключительное значение для живых организмов.

Структура молекулы воды

Уникальные свойства воды определяются структурой её молекулы.

Между отдельными молекулами воды образуются водородные связи, определяющие физические и химические свойства воды.
Характерное расположение электронов в молекуле воды придаёт ей электрическую асимметрию. Более электроотрицательный атом кислорода притягивает электроны атомов водорода сильнее, в результате молекула воды является диполем (обладает полярностью). Каждый из двух атомов водорода обладает частично положительным зарядом, а атом кислорода несёт частично отрицательный заряд.

Частично отрицательный заряд атома кислорода одной молекулы воды притягивается частично положительными атомами водорода других молекул. Таким образом, каждая молекула воды стремится связаться водородной связью с четырьмя соседними молекулами воды.

Свойства воды

Так как молекулы воды полярны, то вода обладает свойством растворять полярные молекулы других веществ.
Вещества, растворимые в воде, называются гидрофильными (соли, сахара, простые спирты, аминокислоты, неорганические кислоты). Когда вещество переходит в раствор, его молекулы или ионы могут двигаться более свободно и, следовательно, реакционная способность вещества возрастает.

Вещества, нерастворимые в воде, называются гидрофобными (жиры, нуклеиновые кислоты, некоторые белки). Такие вещества могут образовывать с водой поверхности раздела, на которых протекают многие химические реакции. Следовательно, тот факт, что вода не растворяет некоторые вещества, для живых организмов также очень важен.

Вода обладает высокой удельной теплоёмкостью, т. е. способностью поглощать тепловую энергию при минимальном повышении собственной температуры. Чтобы разорвать многочисленные водородные связи, имеющиеся между молекулами воды, требуется поглотить большое количество энергии. Это свойство воды обеспечивает поддержание теплового баланса в организме. Большая теплоёмкость воды защищает ткани организма от быстрого и сильного повышения температуры.
Для испарения воды необходима довольно большая энергия. Использование значительного количества энергии на разрыв водородных связей при испарении способствует его охлаждению. Это свойство воды предохраняет организм от перегрева.

Пример:

примерами этого могут являться транспирация у растений и потоотделение у животных.

Вода обладает также высокой теплопроводностью, обеспечивая равномерное распределение тепла по всему организму.

Обрати внимание!

Высокая удельная теплоёмкость и высокая теплопроводность делает воду идеальной жидкостью для поддержания теплового равновесия клетки и организма.

Вода практически не сжимается, создавая тургорное давление, определяя объём и упругость клеток и тканей.

Пример:

гидростатический скелет поддерживает форму у круглых червей, медуз и других организмов.

Благодаря силам сцепления молекул на поверхности воды создаётся плёнка, обладающая такой характеристикой, как поверхностное натяжение.

Пример:

благодаря силе поверхностного натяжения происходит капиллярный кровоток, восходящий и нисходящий токи растворов в растениях.

К числу важных в физиологическом отношении свойств воды относится её способность растворять газы (O2, CO2 и др.).

Вода является также источником кислорода и водорода, выделяемых при фотолизе в световую фазу фотосинтеза.

Биологические функции воды

Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма. В природе вода переносит продукты жизнедеятельности в почву и к водоёмам.
Вода — активный участник реакций обмена веществ.
Вода участвует в образовании смазывающих жидкостей и слизей, секретов и соков в организме (эти жидкости находятся в суставах позвоночных животных, в плевральной полости, в околосердечной сумке).
Вода входит в состав слизей, которые облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей. Водную основу имеют и секреты, выделяемые некоторыми железами и органами: слюна, слёзы, желчь, сперма и т. д.

Источники:

Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. 9 класс // ДРОФА.
Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. Общая биология (базовый уровень) 10–11 класс // ДРОФА.

Лернер Г. И. Биология: Полный справочник для подготовки к ЕГЭ: АСТ, Астрель.

https://infourok.ru/prezentaciya_po_biologii_na_temu_mineralnye_veschestva_i_voda-409343.htm

https://otvet.mail.ru/question/182353364

https://www.studfiles.ru/html/2706/741/html_fBK8q_mH0r.UWHS/htmlconvd-PYhDG9_html_1c3325a2.png

Источник

I. Наиболее распространенными в клетках живых организмов элементами являются:
a) N, О, H, S; б) С, Н, N, О; в) S, Fe, О, С ; г) О, S, Н, Fe
2. Азот как элемент входит в состав:
а) только белков и нуклеиновых кислот;
б) нуклеиновых кислот, белков и АТФ;
в) только белков;
г) белков, нуклеиновых кислот и липидов;
3. Водород как элемент входит в состав:
а) только воды и некоторых белков
б) только воды, углеводов и липидов
в) всех органических соединений клетки
г) только воды, углеводов, белков и нуклеиновых кислот.
4. На каком уровне организации не наблюдается различие между органическим и неорганическим миром?
а) атомном, б) молекулярном, в) клеточном. 5.Воды содержится больше в клетках: а)эмбриона, б) молодого человека, в) старика.
6. Вода — основа жизни:
а) она может находиться в трех состояниях (жидком, твердом, газообразном);
б) является растворителем, обеспечивающим как приток веществ в клетку, так и удаление из неё продуктов обмена;
в) охлаждает поверхность при испарении.
7. Вещества, хорошо растворимые в воде, называются: а)гидрофильные, б) гидрофобные, в) амфифильные.
8. К гидрофобным соединениям клетки относятся:
а) липиды и аминокислоты;
б) липиды;
в) липиды и минеральные соли;
г) аминокислоты и минеральные соли.
9. К углеводам моносахаридам относятся:
а) крахмал; б) гликоген; в) глюкоза; г) мальтоза.
10. К углеводам полисахаридам относятся:
а) крахмал; б) дезоксирибоза; в) рибоза; г) глюкоза.
II. Основные функции жиров в клетке:
а) запасающая и структурная;
б) структурная и энергетическая;
в) энергетическая и запасающая;
г) структурная и защитная.
12.Белки — это биополимеры мономерами, которого являются: а) нуклеотиды; б)аминокислоты; в) азотистые основания. 13. Аминокислоты различаются:
а)аминогруппой, б) карбоксильной группой; в)радикалом.
12. В состав молекул белков входят:
а) только аминокислоты
б) аминокислоты и иногда ионы металлов
в) аминокислоты и иногда молекулы липидов
г) аминокислоты и иногда молекулы углеводов
13. Структура молекулы белка, которую определяет последовательность аминокислотных остатков: а) первичная; б) вторичная; в) третичная; г) четвертичная. 13. Вторичная структура белка связана с:
а) спирализацией полипептидной цепи
б) пространственной конфигурацией полипептидной цепи
в) числом и последовательностью аминокислотных остатков
г) пространственной конфигурацией спирализованной полипептидной цепи А 14. 14.Вторичная структура белка поддерживается связями:
а) только пептидными;
б) только водородными;
в) дисульфидные и водородными;
г) водородными и пептидными;
15. Наименее прочными структурными белка является:
а) первичная и вторичная
б) вторичная и троичная
в) третичная и четвертичная
г) четвертичная и вторичная
16. Белок каталаза выполняет в клетке функцию;
а) сократительную;
б) транспортную;
в) структурную;
г) католическую.
17. При неполной денатурации белка первой разрушается структура: а) первичная;
б)вторичная;
в) только третичная;
г) четвертичная, иногда третичная.
18. Мономерами молекул ДНК являются:
а) нуклеозиды;
б) нуклеотиды;
в) аминокислоты;
19 Нуклеотиды ДНК состоят из:
а) только азотистых оснований;
б) только азотистых оснований и остатков сахаров;
в) только азотистых оснований и остатков фосфорных кислот;
г ) остатков фосфорных кислот, сахаров и азотистых оснований.
20. Состав нуклеотидов ДНК отличается друг от друга содержанием:
а) только сахаров;
б) только азотистых оснований;
в) сахаров и азотистых оснований;
г) сахаров, азотистых оснований и остатков фосфорных кислот.
21. Нуклеотиды ДНК содержат азотистые основания:
а) цитозин, урацил, аденин, тимин;
б) тимин, цитозин, гуанин, аденин;
в) тимин, урацил, аденин, гуанин;
г) урацил, цитозин, аденин, тимин.
22. Нуклеотиды РНК состоят из:
1) только азотистых оснований;
2) только азотистых оснований и остатков сахаров;
3) только азотистых оснований и остатков фосфорных кислот;
4) остатков фосфорных кислот, сахаров и азотистых оснований.
23.Молекулы, при окислении которых освобождается много энергии: а) полисахариды; б) жиры; в) белки; г) моносахариды.

Вставьте в текст пропущенные слова.
Белки — сложные органические вещества,…..
Они состоят из мономеров-……
Аминокислоты располагаются в молекуле белка в определенной последовательности, чем определяется его ….структура. «
Главная биологическая функция белков в клетке
Вещества, являющиеся продуктами реакции соединения глицерина и жидких жирных кислот-….
Мономер молекулы крахмала -…..
Пятиуглеродный сахар, входящий в состав молекулы ДНК -…..

Задания со свободным ответом.
1. О чем свидетельствует сходство строения клеток организмов всех царств живой природы?
2. Почему белки стоят на первом месте по своему значению в клетке? З.Что лежит в основе способности молекулы ДНК самоудваиваться?

Источник