اهمیت آب برای سلول نقش آب در سلول رسانایی گرمایی و ظرفیت گرمایی آب چقدر است

آب به دلیل ساختاری که دارد در حیات هر سلولی نقش اساسی دارد. مسئول فرآیندهای متابولیک، تنظیم حرارت، حمل و نقل مواد و حفظ ساختار سلولی است. بدن ما به لطف حیات سلول هایمان زندگی می کند. و زندگی در آنها به دلیل ساختار و خواص منحصر به فرد مولکول آب پشتیبانی می شود. با ترکیب کمی، آب اولین جایگاه را در ترکیب هر سلول به خود اختصاص می دهد.

وجود آب در بافت ها

آب به طور نابرابر در بافت های ما توزیع می شود.

بافت عضلانی - 65٪

بافت استخوان - 22٪

بافت چربی - 99٪

خون - 83٪

بدن زجاجیه چشم - 99٪

بافت مغز - 85٪

مینای دندان -0.2%

مشارکت آب در واکنش های شیمیایی

از نقطه نظر شیمیایی، آب در سلول ها کاتالیزور لازم برای جریان است فرآیندهای مختلف. آب به عنوان یک معرف در بسیاری از واکنش های شیمیایی که در داخل سلول های بدن رخ می دهد، دخالت دارد. آب در فرآیند هیدرولیز (تخریب با افزودن یک مولکول آب) نقش دارد. هنگامی که غذا هضم می شود، چربی ها، پروتئین ها و کربوهیدرات ها هیدرولیز می شوند و انرژی آزاد می شود که فعالیت حیاتی سلول ها را تضمین می کند. در هیدرولیز نمک ها، آب منبع الکترون و پروتون است.

برای انجام فرآیندهای درون سلولی، دو ویژگی آب ضروری است - توانایی تشکیل پیوندهای هیدروژنی و یونیزاسیون برگشت پذیر.

حمل و نقل مواد

در سلول های بدن، این آب است که وظیفه انتقال را انجام می دهد. مولکول های آب در فرآیندهای دفع مواد زائد سلولی نقش دارند. مولکول های آب به دلیل خواصی که دارند، می توانند به فضای بین سلولی نفوذ کنند و مواد مغذی را به سلول ها برسانند.

آب جزء اصلی خون و لنف است. با کمبود آن، رگ شکننده می شود و خون غلیظ می شود. این منجر به خونریزی و ترومبوز موضعی می شود.

حفظ ساختار سلولی

آب مایع عملاً تراکم ناپذیر است. این خاصیت به مولکول های آب اجازه می دهد تا ساختار سلول را حفظ کنند، علاوه بر این، فشار درون سلولی بهینه ایجاد می کند. این یک ساختار دائمی از اندام ها و بافت ها را فراهم می کند.

نقش آب در تنظیم حرارت

مولکول آب دارای ظرفیت گرمایی بالایی است که به آن اجازه می دهد دمای ثابتی را در داخل سلول های بدن حفظ کند. علاوه بر این در هنگام تجزیه چربی ها مقدار زیادی انرژی آزاد می شود که برای حفظ دما نیز می رود.

آب داخل سلول

در سلول های بدن، آب در دو حالت وجود دارد:

1 مرتبط با مولکول های پروتئین - 4-5٪. چنین پیوندهایی را حلال می نامند، آنها پوسته ای را در اطراف مولکول های پروتئین تشکیل می دهند و از تعامل آنها جلوگیری می کنند. از نظر جسمی و ترکیب شیمیاییآب حل شده به شدت با آب آزاد متفاوت است. نمک ها را حل نمی کند و نقطه انجماد -40 درجه سانتیگراد است.

2 آب رایگان 95% است و در تمامی فرآیندهای فوق دخیل است.

از مدرسه می دانیم که زندگی ما بدون آب غیر ممکن است. فرد با از دست دادن 3 درصد آب احساس تشنگی می کند، اگر 20 درصد آب از دست بدهد، مرگ سلولی رخ می دهد. این امر منجر به مرگ بدن می شود. مقدار آب مصرفی و کیفیت آن را پیگیری کنید.

خواص آب و نقش آن در سلول:

در وهله اول در بین مواد سلول آب قرار دارد. حدود 80 درصد از جرم سلول را تشکیل می دهد. آب برای موجودات زنده اهمیت مضاعف دارد، زیرا نه تنها به عنوان بخشی از سلول ها، بلکه برای بسیاری و به عنوان یک زیستگاه ضروری است.

1. آب تعیین می کند مشخصات فیزیکیسلول ها - حجم، کشش آن.

2. بسیاری از فرآیندهای شیمیایی فقط در محلول آبی.

3. آب حلال خوبی است: بسیاری از مواد از محیط خارجی در محلول آبی وارد سلول می شود و در محلول آبی مواد زائد از سلول خارج می شود.

4. آب دارای ظرفیت گرمایی و هدایت حرارتی بالایی است.

5. آب یک خاصیت منحصر به فرد دارد: وقتی از +4 تا 0 درجه خنک شود، منبسط می شود. بنابراین یخ سبکتر از آب مایع است و در سطح آن باقی می ماند. این برای موجوداتی که در محیط آبی زندگی می کنند بسیار مهم است.

6. آب می تواند روان کننده خوبی باشد.

نقش بیولوژیکی آب با اندازه کوچک مولکول های آن، قطبیت آنها و توانایی ترکیب شدن با یکدیگر توسط پیوندهای هیدروژنی تعیین می شود.

عملکردهای بیولوژیکی آب:

حمل و نقل آب حرکت مواد در سلول و بدن، جذب مواد و دفع محصولات متابولیک را تضمین می کند. در طبیعت، آب مواد زائد را به خاک و بدنه های آبی می رساند.

متابولیک آب وسیله ای برای همه بیو است واکنش های شیمیایییک دهنده الکترون در فتوسنتز. برای هیدرولیز ماکرومولکول ها به مونومرهای آنها ضروری است.

آب در تشکیل مایعات روان کننده و مخاط، اسرار و آب میوه در بدن نقش دارد.

با استثناهای بسیار کمی (مینای استخوان و دندان)، آب جزء غالب سلول است. آب برای متابولیسم (تبادل) سلول ضروری است، زیرا فرآیندهای فیزیولوژیکی منحصراً در محیط آبی اتفاق می افتد. مولکول های آب در بسیاری از واکنش های آنزیمی سلول نقش دارند. به عنوان مثال، تجزیه پروتئین ها، کربوهیدرات ها و سایر مواد در نتیجه تعامل آنها با آب کاتالیز شده توسط آنزیم ها رخ می دهد. چنین واکنش هایی را واکنش های هیدرولیز می نامند.

آب به عنوان منبع یون هیدروژن در طول فتوسنتز عمل می کند. آب در سلول به دو صورت آزاد و مقید است. آب آزاد 95 درصد کل آب سلول را تشکیل می دهد و عمدتاً به عنوان حلال و به عنوان یک محیط پخش برای سیستم کلوئیدی پروتوپلاسم استفاده می شود. آب مقید شده که تنها 4 درصد از کل آب سلولی را تشکیل می دهد، با پیوندهای هیدروژنی به پروتئین ها متصل است.

به دلیل توزیع نامتقارن بار، مولکول آب به عنوان یک دوقطبی عمل می کند و بنابراین می تواند توسط هر دو گروه پروتئین با بار مثبت و منفی محدود شود. خاصیت دوقطبی یک مولکول آب توانایی آن را برای جهت دهی خود در یک میدان الکتریکی توضیح می دهد، تا خود را به مولکول ها و بخش های مختلف مولکول هایی که حامل بار هستند متصل شود. این منجر به تشکیل هیدرات می شود.

آب به دلیل ظرفیت حرارتی بالایی که دارد گرما را جذب می کند و در نتیجه از نوسانات ناگهانی دما در سلول جلوگیری می کند. محتوای آب در بدن به سن و فعالیت متابولیکی آن بستگی دارد. بالاترین میزان آن در جنین (90%) است و به تدریج با افزایش سن کاهش می یابد. محتوای آب بافت های مختلف بسته به فعالیت متابولیکی آنها متفاوت است. به عنوان مثال، در ماده خاکستری مغز، آب تا 80٪ و در استخوان ها تا 20٪ است. آب وسیله اصلی حرکت مواد در بدن (جریان خون، لنف، جریان صعودی و نزولی محلول ها از طریق عروق گیاهان) و در سلول است. آب به عنوان یک ماده "روان کننده" عمل می کند، لازم است در هر جایی که سطوح مالشی وجود دارد (به عنوان مثال، در مفاصل). حداکثر چگالی آب در 4 درجه سانتیگراد است. بنابراین یخی که چگالی کمتری دارد سبکتر از آب است و روی سطح آن شناور است که مخزن را از یخ زدگی محافظت می کند. این خاصیت آب جان بسیاری از موجودات آبزی را نجات می دهد.

محتوای بالای آب در سلول مهمترین شرط برای فعالیت آن است. با از دست دادن بیشتر آب، بسیاری از موجودات زنده می میرند و تعدادی از موجودات تک سلولی و حتی چند سلولی به طور موقت تمام علائم حیات را از دست می دهند. به این حالت انیمیشن معلق می گویند. پس از هیدراتاسیون، سلول ها بیدار شده و دوباره فعال می شوند.

مولکول آب از نظر الکتریکی خنثی است. اما بار الکتریکی داخل مولکول به طور نابرابر توزیع شده است: در ناحیه اتم های هیدروژن (به طور دقیق تر، پروتون ها)، بار مثبت غالب است، در منطقه ای که اکسیژن در آن قرار دارد، چگالی بار منفی بیشتر است. بنابراین یک ذره آب دوقطبی است. خاصیت دوقطبی یک مولکول آب توانایی آن را برای جهت دهی خود در یک میدان الکتریکی توضیح می دهد، تا خود را به مولکول ها و بخش های مختلف مولکول هایی که حامل بار هستند متصل شود. در نتیجه هیدرات ها تشکیل می شوند. توانایی آب در تشکیل هیدرات به دلیل خاصیت انحلال جهانی آن است. اگر انرژی جذب مولکول های آب به مولکول های یک ماده بیشتر از انرژی جاذبه بین مولکول های آب باشد، آن ماده حل می شود. بسته به این، مواد آبدوست (یونانی hydros - آب و فیلئو - عشق) که در آب بسیار محلول هستند (به عنوان مثال، نمک، قلیایی، اسید و غیره) و مواد آبگریز (یونانی hydros - آب و فوبوس - ترس) متمایز می شوند. ، به سختی یا اصلاً در آب حل نمی شود (چربی ها، مواد چربی مانند، لاستیک و غیره). ترکیب غشای سلولی شامل مواد چربی مانند است که انتقال از محیط خارجی به سلول ها و بالعکس و همچنین از یک قسمت سلول به قسمت دیگر را محدود می کند.

بیشتر واکنش هایی که در یک سلول انجام می شود فقط در یک محلول آبی انجام می شود. آب در بسیاری از واکنش ها مشارکت مستقیم دارد. به عنوان مثال، تجزیه پروتئین ها، کربوهیدرات ها و سایر مواد در نتیجه تعامل آنها با آب کاتالیز شده توسط آنزیم ها رخ می دهد. چنین واکنش هایی را واکنش های هیدرولیز (هیدروس یونانی - آب و لیز - شکافتن) می نامند.

آب دارای ظرفیت گرمایی بالا و در عین حال رسانایی حرارتی نسبتاً بالایی برای مایعات است. این خواص آب را به مایعی ایده آل برای حفظ تعادل حرارتی سلول و ارگانیسم تبدیل می کند.

آب محیط اصلی برای جریان واکنش های بیوشیمیایی سلول است. این منبع اکسیژن آزاد شده در طول فتوسنتز و هیدروژن است که برای بازیابی محصولات جذب دی اکسید کربن استفاده می شود. و در نهایت آب وسیله اصلی انتقال مواد در بدن (جریان خون و لنف، جریان صعودی و نزولی محلول ها از طریق عروق گیاهان) و در سلول است.

همه ترکیبات موجود در سلول مختص حیات وحش نیستند. موادی مانند آب یا نمک ها به طور گسترده ای در خارج از موجودات زنده پخش می شوند. اما در موجودات و فرآورده های فعالیت حیاتی آنها از دیرباز تعداد زیادی مواد کربن دار کشف شده است که فقط مشخصه سلول ها و موجودات زنده است و به همین دلیل به آنها «مواد آلی» گفته می شود.

راه حل مفصل بند 7 در زیست شناسی برای دانش آموزان کلاس 10، نویسندگان Kamensky A.A.، Kriksunov E.A.، Pasechnik V.V. 2014

گدز کتاب کاردر زیست شناسی برای کلاس 10 را می توان یافت

1. ساختار آب چگونه است؟

پاسخ. مولکول آب ساختاری زاویه‌دار دارد: هسته‌های تشکیل‌دهنده آن یک مثلث متساوی الساقین را تشکیل می‌دهند که در قاعده آن دو هیدروژن و در بالا یک اتم اکسیژن قرار دارد. بین هسته ای فواصل O-Nنزدیک به 0.1 نانومتر، فاصله بین هسته اتم های هیدروژن 0.15 نانومتر است. از شش الکترونی که لایه الکترونی بیرونی اتم اکسیژن در مولکول آب را تشکیل می دهند، دو جفت الکترون کووالانسی تشکیل می دهند. اتصالات O-Nو چهار الکترون باقیمانده دو جفت الکترون مشترک هستند.

مولکول آب یک دوقطبی کوچک است که دارای بارهای مثبت و منفی در قطب است. در نزدیکی هسته های هیدروژن فقدان چگالی الکترون وجود دارد، و در ادامه طرف مقابلمولکول ها، در نزدیکی هسته اکسیژن، چگالی الکترون بیش از حد وجود دارد. این ساختار است که قطبیت مولکول آب را تعیین می کند.

2. مقدار آب موجود در سلول های مختلف چقدر است؟

مقدار آب در بافت ها و اندام های مختلف متفاوت است. بنابراین، در یک فرد در ماده خاکستری مغز، محتوای آن 85٪ است و در بافت استخوانی- 22 درصد بیشترین میزان آب در بدن در دوره جنینی (95%) مشاهده می شود و با افزایش سن به تدریج کاهش می یابد.

محتوای آب در اندام های مختلف گیاه در محدوده های نسبتاً گسترده ای متفاوت است. بسته به شرایط محیطی، سن و نوع گیاهان متفاوت است. بنابراین، محتوای آب در برگ های کاهو 93-95٪، ذرت - 75-77٪ است. مقدار آب در اندامهای مختلف گیاهان یکسان نیست: برگهای آفتابگردان حاوی 80-83٪ آب، ساقه - 87-89٪، ریشه - 73-75٪ است. محتوای آب، برابر با 6-11٪، عمدتاً برای دانه های خشک در هوا است، که در آن فرآیندهای حیاتی مهار می شوند. آب در سلول های زنده، در عناصر مرده آوند چوبی و در فضاهای بین سلولی وجود دارد. در فضاهای بین سلولی، آب در حالت بخار است. برگها اندامهای اصلی تبخیر گیاه هستند. در این زمینه طبیعی است که بزرگترین عددآب فضاهای بین سلولی برگ ها را پر می کند. در حالت مایع، آب در قسمت های مختلف سلول یافت می شود: غشای سلولی، واکوئل، سیتوپلاسم. واکوئل ها پرآب ترین قسمت سلول هستند که محتوای آن به 98 درصد می رسد. در بالاترین میزان آب، محتوای آب در سیتوپلاسم 95٪ است. کمترین میزان آب مشخصه غشای سلولی است. کمی سازیمحتوای آب در دیواره های سلولیدشوار؛ ظاهراً بین 30 تا 50 درصد متغیر است. آب به شکل بخش های مختلفسلول های گیاهی نیز متفاوت هستند.

3. نقش آب در موجودات زنده چیست؟

پاسخ. آب جزء غالب همه موجودات زنده است. به دلیل ویژگی های ساختاری، خواص منحصر به فردی دارد: مولکول های آب به شکل دوقطبی هستند و پیوندهای هیدروژنی بین آنها تشکیل می شود. میانگین محتوای آب در سلول های بیشتر موجودات زنده حدود 70 درصد است. آب در سلول به دو صورت وجود دارد: آزاد (95 درصد آب سلولی) و متصل (4-5 درصد مرتبط با پروتئین).

توابع آب:

1. آب به عنوان یک حلال. بسیاری از واکنش های شیمیایی در سلول یونی هستند، بنابراین آنها فقط در یک محیط آبی انجام می شوند. موادی که در آب حل می شوند آبدوست (الکل ها، قندها، آلدئیدها، اسیدهای آمینه)، نامحلول - آبگریز (اسیدهای چرب، سلولز) نامیده می شوند.

2. آب به عنوان یک معرف. آب در بسیاری از واکنش های شیمیایی نقش دارد: واکنش های پلیمریزاسیون، هیدرولیز، در فرآیند فتوسنتز.

3. عملکرد حمل و نقل. حرکت در بدن همراه با آب مواد محلول در آن به قسمت های مختلف آن و خروج مواد غیر ضروری از بدن.

4. آب به عنوان تثبیت کننده حرارت و ترموستات. این عملکرد به دلیل خواص آب مانند ظرفیت گرمایی بالا است - تأثیر تغییرات دمای قابل توجه در محیط را بر روی بدن نرم می کند. هدایت حرارتی بالا - به بدن اجازه می دهد تا دمای یکسانی را در سراسر حجم خود حفظ کند. گرمای زیاد تبخیر - برای خنک کردن بدن در هنگام تعریق در پستانداران و تعرق در گیاهان استفاده می شود.

5. عملکرد ساختاری. سیتوپلاسم سلول ها حاوی 60 تا 95 درصد آب است و این اوست که به سلول ها شکل طبیعی خود را می دهد. در گیاهان، آب تورگور (کشسانی غشای آندوپلاسمی) را حفظ می کند، در برخی از حیوانات به عنوان یک اسکلت هیدرواستاتیک عمل می کند (چتر دریایی)

سوالات بعد از § 7

1. ویژگی ساختار مولکول آب چیست؟

پاسخ. خواص بی نظیرآب توسط ساختار مولکول آن تعیین می شود. مولکول آب از یک اتم O تشکیل شده است که توسط پیوندهای کووالانسی قطبی به دو اتم H متصل شده است. آرایش مشخصه الکترون ها در یک مولکول آب به آن عدم تقارن الکتریکی می دهد. هرچه اتم اکسیژن الکترونگاتیو بیشتر، الکترون‌های اتم‌های هیدروژن را با قدرت بیشتری جذب کند، در نتیجه جفت‌های رایج الکترون‌های موجود در مولکول آب به سمت آن جابه‌جا می‌شوند. بنابراین، اگرچه مولکول آب به عنوان یک کل باردار نمی شود، اما هر یک از دو اتم هیدروژن یک بار تا حدی مثبت دارند (با 8+ مشخص می شود)، در حالی که اتم اکسیژن یک بار تا حدی منفی دارد (8-). مولکول آب قطبی شده و دوقطبی است (دارای دو قطب).

بار منفی نسبی اتم اکسیژن یک مولکول آب توسط اتم های هیدروژن تا حدی مثبت مولکول های دیگر جذب می شود. بنابراین، هر مولکول آب تمایل به پیوند هیدروژنی با چهار مولکول آب همسایه دارد.

2. اهمیت آب به عنوان یک حلال چیست؟

پاسخ. آب به دلیل قطبیت مولکول ها و توانایی تشکیل پیوندهای هیدروژنی، ترکیبات یونی (نمک ها، اسیدها، بازها) را به راحتی حل می کند. به خوبی در آب و برخی ترکیبات غیر یونی، اما قطبی محلول است، یعنی در مولکول آنها گروه های باردار (قطبی) مانند قندها، الکل های ساده، اسیدهای آمینه وجود دارد. موادی که در آب بسیار محلول هستند آبدوست نامیده می شوند (از یونانی hygros - مرطوب و philia - دوستی، تمایل). هنگامی که یک ماده وارد محلول می شود، مولکول ها یا یون های آن می توانند آزادانه تر حرکت کنند و بنابراین، واکنش پذیری ماده افزایش می یابد. این توضیح می دهد که چرا آب محیط اصلی است که بیشتر واکنش های شیمیایی در آن انجام می شود و تمام واکنش های هیدرولیز و واکنش های ردوکس متعدد با مشارکت مستقیم آب انجام می شود.

موادی که ضعیف یا کاملاً نامحلول در آب هستند آبگریز نامیده می شوند (از یونانی فوبوس - ترس). اینها شامل چربی ها، اسیدهای نوکلئیک، برخی پروتئین ها و پلی ساکاریدها هستند. چنین موادی می توانند رابط هایی با آب ایجاد کنند که واکنش های شیمیایی زیادی روی آن ها انجام می شود. بنابراین، این واقعیت که آب مواد غیر قطبی را حل نمی کند، برای موجودات زنده نیز بسیار مهم است. از جمله خواص مهم فیزیولوژیکی آب، توانایی آن در انحلال گازها (O2، CO2 و غیره) است.

3. رسانایی گرمایی و ظرفیت گرمایی آب چقدر است؟

پاسخ. آب ظرفیت گرمایی بالایی دارد، یعنی توانایی جذب انرژی حرارتی با حداقل افزایش دمای خود را دارد. ظرفیت گرمایی بالای آب از بافت های بدن در برابر افزایش سریع و شدید دما محافظت می کند. بسیاری از موجودات زنده با تبخیر آب (تعرق در گیاهان، تعریق در حیوانات) خود را خنک می کنند.

4. چرا آب را مایعی ایده آل برای سلول می دانند؟

پاسخ. محتوای بالای آب در سلول مهمترین شرط برای فعالیت آن است. با از دست دادن بیشتر آب، بسیاری از موجودات زنده می میرند و تعدادی از موجودات تک سلولی و حتی چند سلولی به طور موقت تمام علائم حیات را از دست می دهند. به این حالت انیمیشن معلق می گویند. پس از هیدراتاسیون، سلول ها بیدار شده و دوباره فعال می شوند.

مولکول آب از نظر الکتریکی خنثی است. اما بار الکتریکی داخل مولکول به طور نابرابر توزیع شده است: در ناحیه اتم های هیدروژن (به طور دقیق تر، پروتون ها)، بار مثبت غالب است، در منطقه ای که اکسیژن در آن قرار دارد، چگالی بار منفی بیشتر است. بنابراین یک ذره آب دوقطبی است. خاصیت دوقطبی یک مولکول آب توانایی آن را برای جهت دهی خود در یک میدان الکتریکی توضیح می دهد، تا خود را به مولکول ها و بخش های مختلف مولکول هایی که حامل بار هستند متصل شود. در نتیجه هیدرات ها تشکیل می شوند. توانایی آب در تشکیل هیدرات به دلیل خاصیت انحلال جهانی آن است. اگر انرژی جذب مولکول های آب به مولکول های یک ماده بیشتر از انرژی جاذبه بین مولکول های آب باشد، آن ماده حل می شود. بسته به این، مواد آبدوست (یونانی hydros - آب و فیلئو - عشق) که در آب بسیار محلول هستند (به عنوان مثال، نمک، قلیایی، اسید و غیره) و مواد آبگریز (یونانی hydros - آب و فوبوس - ترس) متمایز می شوند. ، به سختی یا اصلاً در آب حل نمی شود (چربی ها، مواد چربی مانند، لاستیک و غیره). ترکیب غشای سلولی شامل مواد چربی مانندی است که انتقال از محیط خارجی به سلول ها و بالعکس و همچنین از بخشی از سلول به قسمت دیگر را محدود می کند.

5. نقش آب در سلول چیست؟

اطمینان از خاصیت ارتجاعی سلول پیامدهای از دست دادن آب توسط سلول پژمرده شدن برگ ها، خشک شدن میوه ها است.

تسریع واکنش های شیمیایی به دلیل انحلال مواد در آب؛

حصول اطمینان از جابجایی مواد: ورود بیشتر مواد به داخل سلول و خروج آنها از سلول به صورت محلول.

تضمین انحلال بسیاری مواد شیمیایی(تعدادی نمک، قند)؛

مشارکت در تعدادی از واکنش های شیمیایی؛

مشارکت در فرآیند تنظیم حرارت به دلیل قابلیت کند شدن گرمایش و سرمایش کند.

6. ساختاری و خواص فیزیکوشیمیاییآب نقش بیولوژیکی آن را در سلول تعیین می کند؟

پاسخ. خواص فیزیکی و شیمیایی ساختاری آب عملکردهای بیولوژیکی آن را تعیین می کند.

آب یک حلال خوب است. آب به دلیل قطبیت مولکول ها و توانایی تشکیل پیوندهای هیدروژنی، ترکیبات یونی (نمک ها، اسیدها، بازها) را به راحتی حل می کند.

آب ظرفیت گرمایی بالایی دارد، یعنی توانایی جذب انرژی حرارتی با حداقل افزایش دمای خود را دارد. ظرفیت گرمایی بالای آب از بافت های بدن در برابر افزایش سریع و شدید دما محافظت می کند. بسیاری از موجودات زنده با تبخیر آب (تعرق در گیاهان، تعریق در حیوانات) خود را خنک می کنند.

آب همچنین دارای رسانایی حرارتی بالایی است که توزیع یکنواخت گرما را در سراسر بدن تضمین می کند. در نتیجه، ظرفیت گرمایی ویژه بالا و هدایت حرارتی بالا، آب را به مایعی ایده آل برای حفظ تعادل حرارتی سلول و ارگانیسم تبدیل می کند.

آب عملا فشرده نمی شود، فشار تورور ایجاد می کند، حجم و کشش سلول ها و بافت ها را تعیین می کند. بنابراین، این اسکلت هیدرواستاتیک است که شکل کرم های گرد، چتر دریایی و سایر موجودات را حفظ می کند.

آب با مقدار بهینه نیروی کشش سطحی برای سیستم های بیولوژیکی مشخص می شود که به دلیل تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین مولکول های آب و مولکول های دیگر مواد ایجاد می شود. به دلیل نیروی کشش سطحی، جریان خون مویرگی، جریان های صعودی و نزولی محلول ها در گیاهان رخ می دهد.

در برخی فرآیندهای بیوشیمیایی، آب به عنوان یک بستر عمل می کند.

به معنای واقعی کلمه از دوران کودکی، هر فردی می داند که آب نقش بسیار مهمی برای ما دارد. بهداشت، تمیز کردن، نوشیدن - هر یک از این عناصر ضروری زندگی با آب مرتبط است. به تدریج با مطالعه جهان، کودک با نقش آب در سلول آشنا می شود. شاید فقط از این لحظه مشخص شود که اهمیت آن چقدر است: زندگی خود بدون آب غیرقابل تصور است. به دلیل خواصی که دارد، عملکرد موجودات پیچیده را ممکن می کند.

ساختار مولکول

نقش آب در حیات یک سلول ارتباط مستقیمی با ویژگی های ساختار آن دارد. همه فرمول مایع اصلی بدن ما را می دانند. هر کدام از یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن تشکیل شده است. آنها به لطف واحدهای قطبی بر اساس تشکیل یک جفت الکترون مشترک در دو اتم به یک کل واحد متصل می شوند. یکی از ویژگی های مولکول های آب عدم تقارن الکتریکی آن است. اتم اکسیژن الکترونگاتیو تر است، الکترون های اتم های هیدروژن را قوی تر جذب می کند. پیامد این جابجایی جفت های مشترک الکترون ها به سمت اتم اکسیژن است.

دوقطبی

اینکه آب در سلول چه نقشی دارد به ویژگی های ذاتی این ماده بستگی دارد. در نتیجه جابجایی یک جفت الکترون مشترک، قطبش پیدا می کند. مولکول آب با حضور دو قطب مشخص می شود: هر اتم هیدروژن دارای بار تا حدی مثبت و اکسیژن دارای بار تا حدی منفی است. آنها با هم یک مولکول خنثی ایجاد می کنند.

بنابراین، هر یک واحد ساختاریآب یک دوقطبی است ویژگی ساختار مولکول نیز ماهیت پیوند بین ساختارهای همسایه را تعیین می کند. اتم اکسیژن نیمه منفی به اتم های هیدروژن مولکول های دیگر جذب می شود. به اصطلاح پیوندهای هیدروژنی بین آنها تشکیل می شود. هر مولکول آب تمایل دارد از این طریق با چهار همسایه خود ارتباط برقرار کند. تمام این تفاوت های ظریف ساختار نقش بیولوژیکی آب را در سلول تعیین می کند.

ویژگی های خاص

پیوندهای هیدروژنی مشخصه مولکول های آب بسیاری از خواص آن را تعیین می کند. پیوندهای بین اتم های اکسیژن و هیدروژن به ویژه قوی است، یعنی برای شکستن آنها، باید مقدار قابل توجهی انرژی صرف شود. در نتیجه آب دارد درجه حرارت بالاجوشیدن، و همچنین ذوب و تبخیر. در میان مواد مشابه، آب تنها ماده ای است که روی زمین به طور همزمان در سه حالت تجمع وجود دارد. اینکه آب در سلول چه نقشی دارد بر اساس همین ویژگی است.

برهمکنش با مواد آبدوست

توانایی ذاتی ذرات آب برای تشکیل پیوندهای هیدروژنی به مایع پایه بدن اجازه می دهد تا بسیاری از ترکیبات را حل کند. چنین موادی آبدوست نامیده می شوند، یعنی "دوستانه" با آب. اینها شامل ترکیبات یونی: نمک ها، بازها و اسیدها هستند. مواد آبدوست نیز شامل ترکیبات غیر یونی با قطبیت هستند. مولکول های آنها حاوی گروه های باردار است. اینها اسیدهای آمینه، قندها، الکل های ساده و برخی ترکیبات دیگر هستند.
نقش آب در حیات سلول به ایجاد محیط لازم برای تسریع تمام واکنش ها کاهش می یابد. محلول حالتی از ماده است که در آن تمام مولکول های آن می توانند بسیار آزادتر حرکت کنند، یعنی توانایی واکنش بسیار بالاتر از شکل معمول آن می شود.

با توجه به این خواص، آب به رسانه اصلی برای اکثریت قریب به اتفاق واکنش های شیمیایی تبدیل شده است. علاوه بر این، به عنوان مثال، هیدرولیز و کل مجموعه فرآیندهای ردوکس تنها با مشارکت مستقیم مایع سلولی اصلی انجام می شود.

معرف

نقش عظیم آب در حیات سلول غیرقابل انکار است. او در تمام فرآیندهای مهم شرکت می کند. به عنوان مثال، آب برای فتوسنتز ضروری است. یکی از مراحل آن، فتولیز آب، شامل جداسازی اتم های هیدروژن و ترکیب آنها در ترکیبات آلی حاصل است. در این حالت اکسیژن آزاد شده در جو آزاد می شود.

انسان و حیوانات با هیدرولیز قبلا ذکر شده، تخریب مواد با افزودن آب همراه است. یکی از مهمترین واکنش های این نوع در سلول، تجزیه مولکول ATP است که با آزاد شدن انرژی رخ می دهد که برای سایر فرآیندهای حیاتی استفاده می شود.

برهمکنش با مواد آبگریز

برخی از پروتئین ها و همچنین چربی ها و اسیدهای نوکلئیک به هیچ وجه در آب حل نمی شوند یا این فرآیند بسیار دشوار است. به چنین موادی آبگریز می گویند، یعنی «ترس» از آب. نقش آب در سلول و بدن نیز با برهمکنش آن با ترکیبات مشابه همراه است.

مولکول های آب می توانند از خود مایع جدا شوند. در نتیجه به اصطلاح رابط ها شکل می گیرند. آنها واکنش های شیمیایی زیادی را انجام می دهند. بنابراین، به دلیل تعامل فسفولیپیدهایی که غشای سلولی را تشکیل می دهند، یک لایه دولایه لیپیدی با آب تشکیل می شود.

ظرفیت گرمایی

سلول همچنین در مشارکت آن در تنظیم حرارت نهفته است. به اندازه کافی بالا به این معنی که وقتی مقدار قابل توجهی جذب شود، دمای آب کمی تغییر می کند. این ویژگی به نگهداری کمک می کند دمای ثابتدر داخل سلول، که برای روند طبیعی بسیاری از فرآیندها و حفظ ثبات محیط داخلی ضروری است.

توزیع یکنواخت حرارت

یکی دیگه ویژگی برجستهآب - هدایت حرارتی. همچنین به حفظ ثبات محیط داخلی کمک می کند. آب قادر است مقدار قابل توجهی از گرما را از قسمتی از بدن که در آن بیش از حد است به سلول ها و بافت هایی که فاقد آن هستند، منتقل کند.

علاوه بر این، تنظیم حرارت نیز به دلیل خنک شدن انجام می شود، زیرا در طی انتقال از یک حالت تجمع به حالت دیگر، پیوندهای هیدروژنی باید شکسته شوند. و برای این، همانطور که قبلا ذکر شد، هزینه زیادی انرژی مورد نیاز است.

اسکلت هیدرواستاتیک

نقش آب در حیات سلول به همین جا ختم نمی شود. مایع اصلی بدن دارای خاصیت دیگری است: عملاً فشرده نمی شود. این ویژگی به آب اجازه می دهد تا نقش یک اسکلت هیدرواستاتیک را در سلول بازی کند. آب فشار تورگر ایجاد می کند و در نتیجه خواص سلول ها و بافت ها مانند حجم و خاصیت ارتجاعی را تعیین می کند. اگر به درختان نگاه کنید به راحتی می توان فهمید که نقش آب در سلول از این نظر چیست. شکل همیشگی برگ ها توسط فشار خون بالادر سلول ها نمونه های مشابه زیادی در دنیای ارگانیک وجود دارد. به عنوان مثال، شکل آشنای چتر دریایی یا کرم های گرد نیز توسط اسکلت هیدرواستاتیک پشتیبانی می شود.

از دست دادن آب توسط سلول ها به ترتیب منجر به فرآیندهای معکوس می شود. تغییر شکل شروع می شود: برگ ها پژمرده می شوند، میوه ها چروک می شوند، پوست خاصیت ارتجاعی خود را از دست می دهد.

مشارکت در حمل و نقل مواد

مولکول های آب از طریق پیوندهای هیدروژنی قادرند نه تنها با یکدیگر، بلکه با سایر مواد نیز ترکیب شوند. در نتیجه این فعل و انفعال، به نظر می رسد که نقش بسزایی در انتقال مواد در بدن دارد. بنابراین، پیامد انسجام (چسبندگی مولکول ها تحت عمل و در مورد آب - با کمک پیوندهای هیدروژنی) حرکت است. مواد مغذیدر مویرگ های گیاهی به لطف همین خاصیت، آب از خاک از طریق موهای ریشه وارد گیاه می شود.

همچنین نیروی کشش سطحی جریان خون مویرگی را در حیوانات و انسان ممکن می سازد. آب در حرکت مواد و حذف مواد پوسیدگی از بدن نقش دارد.

معلوم می شود که در پاسخ به این سوال که نقش آب در سلول چیست؟ کاملاً بدون ابهام - بزرگ است. با توجه به ویژگی های اساسی ساختار مولکولی این مایع، تمام فرآیندهای اصلی امکان پذیر است که بدون آنها زندگی غیرقابل تصور است. آب به افزایش واکنش‌پذیری مواد کمک می‌کند، شکل سلول‌ها و اندام‌ها را حفظ می‌کند، در تهیه آن‌ها با همه چیز لازم شرکت می‌کند و بخشی از بسیاری از واکنش‌های شیمیایی است. آب منبع حیات است و این قطعاً یک استعاره نیست. تمام فرآیندهای متابولیک اصلی با آن مرتبط است، همچنین بر تعامل ترکیبات مختلف است.

به دلیل همین ویژگی‌ها است که آب ماده‌ای است که در وهله اول در مطالعه سایر سیارات برای درک مناسب بودن آنها برای زندگی جستجو می‌شود.