Биологическая роль воды

В живых организмах содержатся не только органические вещества, но и неорганические. К последним относится вода и растворенные в ней минеральные соли, находящиеся в растворе в виде анионов и катионов.

Роль воды для живых организмов и жизни огромна. Без воды жизнь невозможна.

Содержание воды в разных клетках колеблется от 10% в эмали зуба до 85% в нервных клетках и до 97% в клетках развивающегося зародыша. Количество воды в клетках зависит от характера обменных процессов: чем они интенсивнее, тем выше содержание воды. В среднем в теле многоклеточных содержится около 80% воды.

Молекула воды представляет собой диполь. На одной стороне молекулы сосредоточен положительный заряд (там, где атомы водорода), на другой стороне сосредоточен отрицательный заряд (там, где атом кислорода). Вещества, состоящие из подобных молекул, являются хорошими растворителями для соединений, способных распадаться на ионы.

Гидрофильные (растворяющиеся в воде) вещества, переходя в раствор, увеличивают свою реакционную способность. Благодаря этому осуществляется обмен веществ. Таким образом, вода создает условия для химических реакций других веществ.

Не все соединения живых организмов являются гидрофильными. Есть и гидрофобные (не растворяются в воде). Это жиры, полисахариды и др. Благодаря таким веществам поддерживается структура клеток и всего организма.

Дипольный характер строения молекулы воды позволяет ей формировать вокруг белков водную (сольватную) оболочку, препятствующую склеиванию их друг с другом. Это связанная вода, составляющая 4–5% от всего ее содержания. Остальную воду называют свободной.

Вода сама участвует во многих химических реакциях в живых организмах. Это реакции гидролиза при расщеплении белков и углеводов. Вода участвует в синтезе АТФ, а также в отщеплении от нее остатков фосфорной кислоты с высвобождением энергии. Вода необходима в реакциях фотосинтеза.

Проникновение веществ в клетку и выведение из нее продуктов диссимиляции в большинстве случаев возможно только в растворенном виде.

Вода поддерживает тепловое равновесие организма, так как имеет высокую теплоемкость и теплопроводность. Эти свойства воды связаны все с тем же строением ее молекул. Диполи разнозаряженными концами притягиваются друг к другу и образуют водородные связи. Это делает воду структурированной. Так тепло может быстро перераспределяться по всему организму.

Испаряясь с поверхности организма, вода препятствует его перегреву.

Вода поддерживает форму. Это возможно потому, что вода почти не сжимается. Вода служит гидроскелетом не только для клеток, но и для целых организмов (круглые черви), органов (стебли трав).

Вода принимает активное участие в регуляции осмотического давления в клетках. Проникновение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану в раствор вещества называется осмосом, а давление, с которым растворитель (вода) проникает через мембрану, — осмотическим. Величина осмотического давления возрастает с увеличением концентрации раствора. Осмотическое давление жидкостей организма человека и большинства млекопитающих равно давлению 0,85%-го раствора хлорида натрия. Растворы с таким осмотическим давлением называются изотоническими, более концентрированные — гипертоническими, а менее концентрированные — гипотоническими. Явление осмоса лежит в основе напряжения стенок растительных клеток (тургор).

Вода служит смазкой, так как обладает вязкостью. Например, жидкость в перикарде облегчает движение сердца.

Благодаря большой силе поверхностного натяжения вода обеспечивает восходящий и нисходящий токи растворов в растениях и крови в капиллярах животных.