1. Яку будову має вода?
Відповідь. Молекула води має кутову будову: що входять до її складу ядра утворюють рівнобедрений трикутник, в основі якого знаходяться два водню, а в вершині - атом кисню. Меж'ядерние відстані О-Н близькі до 0,1 нм, відстань між ядрами атомів водню одно 0,15 нм. З шести електронів, складових зовнішній електронний шар атома кисню в молекулі води, дві електронні пари утворюють ковалентні зв'язки О-Н, а інші чотири електрона являють собою дві неподіленої електронної пари.
Молекула води являє собою маленький диполь, що містить позитивний і негативний заряди на полюсах. Близько ядер водню є нестача електронної густини, а на протилежному боці молекули, близько ядра кисню, спостерігається надлишок електронної щільності. Саме така структура і визначає полярність молекули води.
2. Яка кількість води (в%) міститься в різних клітинах?
3. Яка роль води в живих організмах?
1.Вода як розчинник. Багато хімічних реакцій в клітині є іонними, тому протікають тільки у водному середовищі. Речовини, що розчиняються у воді, називаються гідрофільними (спирти, цукру, альдегіди, амінокислоти), які не розчиняються - гідрофобними (жирні кислоти, целюлоза).
2.Вода як реагент. Вода бере участь у багатьох хімічних реакціях: реакціях полімеризації, гідролізу, в процесі фотосинтезу.
3.Транспортний функція. Пересування по організму разом з водою розчинених в ній речовин до різних його частинах і виведення непотрібних продуктів з організму.
4.Вода як термостабілізатор і терморегулятор. Ця функція обумовлена такими властивостями води, як висока теплоємність - пом'якшує вплив на організм значних перепадів температури в навколишньому середовищі; висока теплопровідність - дозволяє організму підтримувати однакову температуру у всьому його обсязі; висока теплота випаровування - використовується для охолодження організму при потовиділенні у ссавців і транспірації у рослин.
5.Структурная функція. Цитоплазма клітин містить від 60 до 95% води, і саме вона надає клітинам їх нормальну форму. У рослин вода підтримує тургор (пружність ендоплазматичної мембрани). у деяких тварин служить гідростатичним скелетом (медузи)
Питання після § 7
1. У чому особливість будови молекули води?
Відповідь. Унікальні властивості води визначаються структурою її молекули. Молекула води складається з атома О, пов'язаного з двома атомами Н полярними ковалентними зв'язками. Характерне розташування електронів в молекулі води надає їй електричну асиметрію. Більш електронегативний атом кисню притягує електрони атомів водню сильніше, в результаті загальні пари електронів зміщені в молекулі води в його сторону. Тому, хоча молекула води в цілому не заряджена, кожен з двох атомів водню має частково позитивним зарядом (позначається 8+), а атом кисню несе частково негативний заряд (8-). Молекула води поляризована і є диполем (має два полюси).
Частково негативний заряд атома кисню однієї молекули води притягається частково позитивними атомами водню інших молекул. Таким чином, кожна молекула води прагне зв'язатися водневої зв'язком з чотирма сусідніми молекулами води.
2. Яке значення води як розчинника?
Відповідь. Завдяки полярності молекул і здатності утворювати водневі зв'язки вода легко розчиняє іонні сполуки (солі, кислоти, підстави). Добре розчиняються у воді і деякі неіонні, але полярні сполуки, т. Е. В молекулі яких присутні заряджені (полярні) групи, наприклад цукру, прості спирти, амінокислоти. Речовини, добре розчинні у воді, називаються гідрофільними (від грец. Hygros - вологий і philia - дружба, схильність). Коли речовина переходить в розчин, його молекули або іони можуть рухатися більш вільно і, отже, реакційна здатність речовини зростає. Це пояснює, чому вода є основним середовищем, в якій протікає більшість хімічних реакцій, а всі реакції гідролізу і численні окислювально-відновні реакції йдуть при безпосередній участі води.
Речовини, погано або зовсім нерозчинні в воді, називаються гідрофобними (від грец. Phobos - страх). До них відносяться жири, нуклеїнові кислоти, деякі білки і полісахариди. Такі речовини можуть утворювати з водою поверхні розділу, на яких протікають багато хімічних реакцій. Отже, той факт, що вода не розчиняє неполярні речовини, для живих організмів також дуже важливий. До числа важливих у фізіологічному відношенні властивостей води відноситься її здатність розчиняти гази (О2, СО2 та ін.).
3. Що таке теплопровідність і теплоємність води?
Відповідь. Вода має високу теплоємність, т. Е. Здатністю поглинати теплову енергію при мінімальному підвищенні власної температури. Велика теплоємність води захищає тканини організму від швидкого і сильного підвищення температури. Багато організмів охолоджуються, випаровуючи воду (транспірація у рослин, потовиділення у тварин).
Вода має також високу теплопровідність, забезпечуючи рівномірний розподіл тепла по всьому організму. Отже, висока питома теплоємність і висока теплопровідність роблять воду ідеальної рідиною для підтримки теплового рівноваги клітини і організму.
4. Чому вважають, що вода є ідеальною рідиною для клітини?
Молекула води електронейтральна. Але електричний заряд всередині молекули розподілений нерівномірно: в області атомів водню (точніше, протонів) переважає позитивний заряд, в області, де розташований кисень, вище щільність негативного заряду. Отже, частка води - це диполь. Дипольним властивістю молекули води пояснюється здатність її орієнтуватися в електричному полі, приєднуватися до різних молекул і ділянкам молекул, що несе заряд. В результаті цього утворюються гідрати. Здатністю води утворювати гідрати обумовлені її універсальні розчиняють властивості. Якщо енергія тяжіння молекул води до молекул певної речовини більше, ніж енергія тяжіння між молекулами води, то речовина розчиняється. Залежно від цього розрізняють гідрофільні (грец. Hydros - вода і phileo - люблю) речовини, добре розчинні у воді (наприклад, солі, луги, кислоти ін.), І гідрофобні (грец. Hydros - вода і phobos - боязнь) речовини, важко або зовсім не розчинні у воді (жири, жироподібні речовини, каучук і ін.). До складу клітинних мембран входять жироподібні речовини, що обмежують перехід із зовнішнього середовища в клітини і назад, а також з одних частин клітини в інші.
Більшість реакцій, що протікають в клітині, можуть йти тільки у водному розчині. Вода - безпосередній учасник багатьох реакцій. Наприклад, розщеплення білків, вуглеводів та інших речовин відбувається в результаті катализируемого ферментами взаємодії їх з водою. Такі реакції називаються реакціями гідролізу (грец. Hydros - вода і lysis - розщеплення).
Вода має високу теплоємність і водночас відносно високу для рідин теплопровідність. Ці властивості роблять воду ідеальної рідиною для підтримки теплового рівноваги клітини і організму.
Вода - основне середовище для протікання біохімічних реакцій клітини. Вона джерело кисню, що виділяється при фотосинтезі, і водню, який використовується для відновлення продуктів асиміляції вуглекислого газу. І нарешті, вода - основний засіб пересування речовин в організмі (струм крові і лімфи, висхідні і низхідні струми розчинів по судинах у рослин) і в клітині.
5. Яка роль води в клітці
- забезпечення пружності клітини. Наслідки втрати клітиною води в'янення листя, висихання плодів;
- прискорення хімічних реакцій за рахунок розчинення речовин у воді;
- забезпечення переміщення речовин: надходження більшості речовин в клітку і видалення їх з клітки у вигляді розчинів;
- забезпечення розчинення багатьох хімічних речовин (ряду солей, цукрів);
- участь в ряді хімічних реакцій;
- участь в процесі терморегуляції завдяки здатності до повільного нагрівання і повільного охолодження.
6. Які структурні і фізико-хімічні властивості води визначають її біологічну роль в клітці?
Відповідь. Структурні фізико-хімічні властивості води визначають її біологічні функції.
Вода є добрим розчинником. Завдяки полярності молекул і здатності утворювати водневі зв'язки вода легко розчиняє іонні сполуки (солі, кислоти, підстави).
Вода має високу теплоємність, т. Е. Здатністю поглинати теплову енергію при мінімальному підвищенні власної температури. Велика теплоємність води захищає тканини організму від швидкого і сильного підвищення температури. Багато організмів охолоджуються, випаровуючи воду (транспірація у рослин, потовиділення у тварин).
Вода має також високу теплопровідність, забезпечуючи рівномірний розподіл тепла по всьому організму. Отже, висока питома теплоємність і висока теплопровідність роблять воду ідеальної рідиною для підтримки теплового рівноваги клітини і організму.
Вода мало стискається, створюючи тургорное тиск, визначаючи обсяг і пружність клітин і тканин. Так, саме гідростатичний скелет підтримує форму у круглих черв'яків, медуз і інших організмів.
Вода характеризується оптимальним для біологічних систем значенням сили поверхневого натягу, яке виникає завдяки освіті водневих зв'язків між молекулами води і молекулами інших речовин. Завдяки силі поверхневого натягу відбувається капілярний кровообіг, висхідний і спадний струми розчинів в рослинах.
У певних біохімічних процесах вода виступає як субстрат.