عملکرد آب در سلول نقش بیولوژیکی آب در سلول پیام نقش آب در سلول

خواص منحصر به فرد به آب اجازه می دهد تا نقش یک حلال و ترموستات را در سلول بازی کند و همچنین ساختار سلول ها و مواد انتقال دهنده را حفظ کند.

ماهیت پیوندهای هیدروژنی

مولکول H 2 O خود از نظر الکتریکی خنثی است، اما بار داخل مولکول به طور نابرابر توزیع می شود: در ناحیه اتم های هیدروژن یک بار مثبت کوچک وجود دارد و در ناحیه ای که اتم اکسیژن قرار دارد یک بار منفی کوچک وجود دارد. . به لطف این، مولکول های آب می توانند با یکدیگر تعامل کنند و به اصطلاح پیوندهای هیدروژنی تشکیل دهند.

پیوند های هیدروژنی

پیوند هیدروژنی خواص منحصر به فرد آب را تعیین می کند:

آب دمای جوش، ذوب و تبخیر بسیار بالایی دارد زیرا برای شکستن پیوندهای هیدروژنی باید انرژی اضافی صرف شود. فقط آب در هر سه حالت تجمعی همزمان است. سایر مواد با ساختار و وزن مولکولی مشابه، مانند H 2 S، HCl، NH 3، در شرایط عادی گاز هستند.

واکنش]].

مواد آبگریز در آب حل نمی شوند، اما مولکول های H 2 O می توانند ماده آبگریز را از خود ستون آب جدا کنند. به عنوان مثال، چربی ها - فسفولیپیدها، که غشای سلولی را تشکیل می دهند، می توانند به دلیل تعامل با آب، یک لایه لیپیدی تشکیل دهند.

مشارکت در واکنش های شیمیایی

آب به عنوان یک معرف در بسیاری از واکنش های شیمیایی شرکت می کند:

• در طول فتوسنتز، فتولیز آب در گیاهان اتفاق می افتد - هیدروژن از آب وارد مواد آلی می شود و اکسیژن آزاد در جو آزاد می شود.

معادله فتوسنتز:

6H 2 O + 6CO 2 = C 6 H 12 O 6 + 6O 2

• آب در هیدرولیز دخالت دارد - تخریب مواد با افزودن آب. به عنوان مثال، هیدرولیز چربی ها، پروتئین ها و کربوهیدرات ها در طول هضم غذا اتفاق می افتد و هیدرولیز ATP انرژی آزاد می کند که نیازهای سلول را برآورده می کند.
• در طول هیدرولیز نمک ها، آب منبع پروتون و الکترون است.

حفظ ساختار سلولی

آب عملا تراکم ناپذیر است و بنابراین به عنوان اسکلت هیدرواستاتیک سلول عمل می کند. به دلیل اسمز، آب فشار اضافی را در داخل واکوئل های سلول های گیاهی ایجاد می کند.

حمل و نقل مواد

• در گیاهان، به ویژه به دلیل اثر مویرگی مشخصه آب، نمک های معدنی محلول در آب از طریق رگ ها از ریشه به سایر قسمت های گیاه می رسند. همچنین به دلیل انسجام، آب موجود در خاک برای جذب از طریق موهای ریشه در دسترس است.
• حمل و نقل محصولات فتوسنتزی با حرکت محلول آبی ساکارز از طریق لوله های غربالی صورت می گیرد.
• دفع، حرکت محصولات متابولیک به صورت محلول در حیوانات.

مشارکت در تنظیم حرارت

آب به دلیل ظرفیت گرمایی بالای 4200 J/ , دمای تقریباً ثابتی را در داخل سلول تضمین می کند. آب می‌تواند مقدار زیادی گرما را حمل کند و در جایی که دمای بافت پایین‌تر است آن را از بین ببرد و در جایی که دما بالاتر است آن را از بین ببرد. همچنین هنگامی که آب تبخیر می شود، به دلیل اینکه انرژی زیادی برای شکستن پیوندهای هیدروژنی در طول انتقال از یک حالت تجمع به حالت دیگر صرف می شود، خنک شدن قابل توجهی رخ می دهد.

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 نیز به عنوان یک زیستگاه ضروری است.

1. آب ویژگی های فیزیکی سلول - حجم، کشش آن را تعیین می کند.

2. بسیاری از فرآیندهای شیمیایی فقط در یک محلول آبی رخ می دهد.

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

4. آب ظرفیت گرمایی و هدایت حرارتی بالایی دارد.

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 روی 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 آنها برای اتصال با یکدیگر از طریق پیوندهای هیدروژنی تعیین می شود.

عملکردهای بیولوژیکی آب:

حمل و نقل آب حرکت مواد در سلول و بدن، جذب مواد و حذف محصولات متابولیک را تضمین می کند. در طبیعت، آب مواد زائد را به خاک و بدنه‌های آبی می‌برد.

متابولیک آب محیطی برای تمام واکنش های بیوشیمیایی است، یک اهداکننده الکترون در طول فتوسنتز. برای هیدرولیز ماکرومولکولها به مونومرهای آنها ضروری است.

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

با استثناهای بسیار کمی (مینای استخوان و دندان)، آب جزء غالب سلول است. آب برای متابولیسم سلولی (تبادل) ضروری است، زیرا فرآیندهای فیزیولوژیکی منحصراً در یک محیط آبی رخ می دهد. 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 محدود 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 سلول را تشکیل می دهد، توسط پیوندهای هیدروژنی به پروتئین ها متصل می شود.

به دلیل توزیع نامتقارن بارها، 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 گیری خود در میدان الکتریکی و اتصال به مولکول ها و بخش های مختلف مولکول هایی که حامل بار هستند، توضیح می دهد. در نتیجه هیدرات ها تشکیل می شوند

آب به دلیل ظرفیت گرمایی بالا، گرما را جذب کرده و در نتیجه از نوسانات ناگهانی دما در سلول جلوگیری می کند. میزان آب 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 تا 80٪ آب و در استخوان ها تا 20٪ وجود دارد. 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 "روان کننده" عمل می کند، که در هر جایی که سطوح مالشی وجود دارد (به عنوان مثال، در مفاصل) ضروری است. 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.

دستورالعمل ها

یکی از خواص آب توانایی جهانی آن در انحلال مواد شیمیایی است که به همین دلیل خاصیت ارتجاعی یک سلول بیولوژیکی را حفظ می کند، آن را تغذیه می کند و در ساخت غشا شرکت می کند. تمام "آب میوه" داخلی یک فرد خون و لنف است. مایع ترشحی - بزاق، آب معده؛ ترشحات از اندام تناسلی، ادرار، عرق - اینها همه محلول های آب با مواد خاصی هستند.

یک مولکول آب دارای بار الکترونیکی خنثی است که از ترکیبی از اتم های اکسیژن و هیدروژن تشکیل شده است. بار الکترونیکی درون خود مولکول بسیار نابرابر توزیع می شود: اتم هایی با بار الکترونیکی مثبت در ناحیه هیدروژن غالب هستند و اتم هایی با بار الکترونیکی منفی در ناحیه اکسیژن غالب هستند. این یک دوقطبی است و شناخته شده است که توانایی خوبی برای ترکیب با سایر مواد و تشکیل هیدرات دارد. وقتی انرژی جذب آب به مولکول های ماده دیگر بیشتر از بین مولکول های آب باشد، ماده به سادگی در آن حل می شود.

غلظت آب در سیالات بیولوژیکی سرعت برهمکنش مواد را تعیین می کند. فرآیندهای داخلی سریعتر اتفاق می افتد: محصولات تجزیه واکنش های بیوشیمیایی حذف می شوند، فرآیندهای بازسازی و تجدید بدن فعال می شوند. هنگامی که یک ماده حل می شود، مولکول های آن با کمک آب می توانند سریعتر حرکت کنند و به همین دلیل واکنش پذیری آن افزایش می یابد. هنگامی که محتوای آب در بدن کاهش می‌یابد، خون چسبناک می‌شود، آهسته‌تر در رگ‌ها حرکت می‌کند، متابولیسم کند می‌شود، وضعیت عمومی فرد به سرعت شروع به بدتر شدن می‌کند و مغز که از 85٪ مایع تشکیل شده است، شروع به درد می‌کند. .

هنگامی که بدن کم آب می شود، مایع سلولی اولین چیزی است که آسیب می بیند، به 66٪ کاهش می یابد، سپس مایع خارج سلولی، و تنها پس از آن مقدار مایع در پلاسمای خون کاهش می یابد. طبیعت آن را به گونه ای تنظیم کرده است که حفظ ارگان اصلی زندگی - مغز - تا آخرین لحظه انجام شود. از دست دادن زیاد مایعات در یک فرد می تواند منجر به عواقب جبران ناپذیری شود. ، اسکیزوفرنی توسعه یافت، بیماران به سرعت دیوانه شدند.

با توجه به ظرفیت گرمایی آب، مشارکت آن در تنظیم دمای بدن نقش مهمی ایفا می کند، فرآیندهای تنظیم حرارت انجام می شود و دمای سلول ها در بدن برای فعالیت بیولوژیکی بهینه حفظ می شود. انتقال مواد مغذی و اکسیژن تسریع می شود.

آب همچنین در فرآیند هضم و دفع مواد زائد از بدن نقش دارد. این اوست که دیواره روده را تحریک می کند تا کار کند ، این او است که محصولات فرآوری شده را حل می کند و آنها را از طریق حالب ها خارج می کند.

عجیب است که آب در واقع مهمترین عامل محافظتی برای اندام های داخلی انسان است. به عنوان مثال، کبد، کلیه ها و طحال از نظر تئوری دارای وزن مخصوص قابل توجهی هستند، در حین فعالیت بدنی باید به سادگی جدا شوند، زیرا کانال های رسانا و رباط های نگهدارنده بسیار نازک هستند. مایعی که به نظر می رسد در آن شناور هستند آنها را از این امر محافظت می کند. مایع تأثیرات را جذب می کند، یک محیط زیستی ایجاد می کند، وزن فیزیکی آنها را تغییر می دهد و به حداقل می رسد (قانون ارشمیدس در عمل).

برخی از دانش آموزان باید در مدرسه انشا بنویسند با این موضوع: "آب در سلول چه نقشی دارد؟" و هر دانشجوی کوشا از یک درس زیست شناسی عمومی می داند که بدون آن زندگی بشر غیر ممکن است. اگر فردی تا 3 درصد مایعات خود را از دست بدهد، شروع به احساس تشنگی می کند. با از دست دادن حدود 20 درصد مایعات، سلول های موجود زنده شروع به مردن می کنند که در نهایت منجر به مرگ می شود.

در تماس با

همکلاسی ها

اهمیت آب برای حیات سلولی

در سیاره ما این ماده وجود دارد رایج ترین. هر سلول یک موجود زنده حاوی مقدار بیشتری از آن است، هر چه بیشتر در فرآیندهای متابولیک شرکت می کند.

این ماده به دو صورت محدود و آزاد در بدن یافت می شود. مایع آزاد در انتقال از محیط خارجی به سلول و بالعکس نقش دارد. مایع آزاد به عنوان یک حلال عمل می کند و در مقدار 95٪ از کل جرم موجود است. در حفره های اندام، واکوئل ها، فضای بین سلولی و عروق خونی وجود دارد.

مایع متصل را می توان بین الیاف، مولکول های پروتئین، غشاها، در ساختارهای سلولی یافت و با پروتئین های خاصی ترکیباتی را تشکیل می دهد. مایع محدود شده در هر سلول حاوی بیش از 4٪ از کل نیست.

خواص

این ماده برای انسان مانند هر موجود زنده دیگری بیش از غذا اهمیت دارد. . این عنصر اصلی زندگی بدن است و فراهم می کند:

به عنوان بخشی از هر سلول، همانطور که در جدول زیر مشاهده می شود، آب از نظر ترکیب کمی جایگاه اول را دارد.

کارکرد

همانطور که در دوره های شیمی مدرسه می دانید، آب به عنوان یک کاتالیزور برای فرآیندهای مختلف در بدن عمل می کند. واکنش های شیمیایی مختلف در داخل سلول های هر موجود زنده رخ می دهد، جایی که آب به عنوان یک واکنش دهنده شرکت می کند.

در طی فرآیند هضم، پروتئین ها، کربوهیدرات ها و چربی ها با مشارکت مولکول های آب رخ می دهند و انرژی آزاد می شود که می تواند از فرآیندهای حیاتی پشتیبانی کند.

مشارکت در هیدرولیز نمک ها به آن اجازه می دهد تا به عنوان منبعی برای پروتون ها و الکترون ها عمل کند. شاخص اصلی فرآیندهای درون سلولی توانایی یک ماده مایع برای شرکت در یونیزاسیون برگشت پذیر و تشکیل پیوند با هیدروژن است.

عملکرد حمل و نقلاین ماده همچنین عملکردهایی را در اندام های یک موجود زنده انجام می دهد. تمام مواد زائد سلول توسط مولکول های مایع دفع می شوند. مواد مغذی توسط مولکول های یک ماده مایع به سلول ها می رسد و به فضای بین سلولی نفوذ می کند.

جزء اصلی لنف و خون مایع است. کمبود آن در بدن منجر به ضخیم شدن خون و شکنندگی رگ های خونی می شود. به طور محلی این به شکل ترومبوز و خونریزی بیان می شود.

ثبات ساختار اندام ها و بافت ها با این واقعیت تضمین می شود که به شکل مایع فشرده نمی شود، فشار داخل سلولی بهینه را تشکیل می دهد و ساختار سلول را حفظ می کند.

دمای ثابت در داخل بدن به دلیل این واقعیت که مولکول مایع است حفظ می شود ساختار گرما فشرده. مقدار زیادی انرژی نیز در طی تجزیه چربی ها تولید می شود که به حفظ دمای مطلوب نیز کمک می کند.

این ماده دارای اندازه مولکولی کوچک، قطبیت و قابلیت اتصال مولکول ها با یکدیگر با استفاده از پیوندهای هیدروژنی است که نقش بیولوژیکی آن را مشخص می کند.

آب دو وظیفه دارد:از دیدگاه فرآیندهای بیولوژیکی:

فتولیز

در طول فتوسنتزاین ماده منبع یون هیدروژن است. فتولیز در طول فتوسنتز اتفاق می افتد. این پدیده در ترجمه از یونانی به معنای انحلال، تجزیه یا تجزیه با مشارکت نور است. فتولیز در مرحله نوری فتوسنتز اتفاق می افتد، جایی که تحت تأثیر نور، مولکول این ماده به یون تجزیه می شود.

فتولیز یک مولکول آب را به پروتون و الکترون تجزیه می کند و اکسیژن را به عنوان یک محصول جانبی آزاد می کند. این اکسیژن است که همه موجودات زنده روی این سیاره تنفس می کنند.

با استثناهای بسیار کمی (مینای استخوان و دندان)، آب جزء غالب سلول است. آب برای متابولیسم سلولی (مبادله) ضروری است، زیرا فرآیندهای فیزیولوژیکی منحصراً در یک محیط آبی رخ می دهد. 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 می نامند هیدرولیز.

آب به عنوان منبع یون هیدروژن در طول فتوسنتز عمل می کند. آب در سلول به دو صورت آزاد و محدود است.

آب آزاد 95 درصد کل آب سلول را تشکیل می دهد و عمدتاً به عنوان حلال و به عنوان محیط پخش برای سیستم کلوئیدی پروتوپلاسم استفاده می شود.

آب مقید, که تنها 4 درصد از کل آب موجود در سلول را تشکیل می دهد، با پیوندهای هیدروژنی به پروتئین ها متصل است.

قطبیت یک مولکول آببه دلیل توزیع نامتقارن بار، مولکول آب به عنوان عمل می کند دوقطبیو 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 گیری خود در میدان الکتریکی و اتصال به مولکول ها و بخش های مختلف مولکول هایی که حامل بار هستند، توضیح می دهد. در نتیجه هیدرات ها تشکیل می شوند.

ظرفیت گرمایی.آب به دلیل ظرفیت گرمایی بالا، گرما را جذب کرده و در نتیجه از نوسانات ناگهانی دما در سلول جلوگیری می کند.

عملکرد انتقال آب اب- وسیله اصلی حرکت مواد در بدن (جریان خون، لنف، جریان های صعودی و نزولی محلول ها از طریق عروق گیاهان) و در سلول.

آب مانند یک روان کننده است.آب به عنوان یک "روان کننده" عمل می کند، که در هر جایی که سطوح مالشی وجود دارد (به عنوان مثال، در مفاصل) ضروری است.

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.