Вода в клетке реферат

Обновлено: 05.07.2024

Клетка - единица живого: способность размножаться, видоизменяться и реагировать на раздражения. Строение и химический состав, функции внутриклеточных структур и клеток внутри организма, размножение и развитие. Неорганические вещества и их содержание.

Рубрика	Биология и естествознание
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	10.12.2015
Размер файла	15,6 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Реферат

Тема: Неорганические вещества и их роль в клетке

Введение

Наука о клетке называется цитологией (греч. "цитос" клетка, "логос" - наука).

Клетка является единицей живого: она обладает способностью размножаться, видоизменяться и реагировать на раздражения. Цитология изучает строение и химический состав клеток, функции внутриклеточных структур и клеток внутри организма, размножение и развитие клеток, приспособление клеток к условиям окружающей среды. Впервые название "клетка" применил Роберт Гук в середине XVII в. при рассмотрении под микроскопом, им сконструированным, тонкого среза пробки. Он увидел, что пробка состоит из ячеек - клеток (англ. "cell" - камера, келья). К началу XIX в., после того как появились хорошие микроскопы, были разработаны методы фиксации и окраски клетки, представления о клеточном строении организмов получили общее признание.

Современная клеточная теория включает следующие основные положения:

1. Клетка - основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого.

2. Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ.

3. Размножение клеток происходит путем их деления, т.е. каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки. Положения о генетической непрерывности относиться не только к клетке в целом, но и некоторым из её более мелких компонентов - к генам и хромосомам, а также к генетическому механизму, обеспечивающему передачу вещества наследственности следующему поколению.

4. В сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.

Клетка - это элементарная живая система, способная к самообновлению, саморегуляции и самопроизведению.

Неорганические вещества и их роль в клетке

Вода. Из неорганических веществ, входящих в состав клетки, важнейшим является вода. Количество ее составляет от 60 до 95% общей массы клетки. Вода играет важнейшую роль в жизни клеток и живых организмов в целом. Помимо того что она входит в их состав, для многих организмов это еще и среда обитания.

Роль воды в клетке определяется ее уникальными химическими и физическими свойствами, связанными главным образом с малыми размерами молекул, с полярностью ее молекул и с их способностью образовывать друг с другом водородные связи.

Вода как компонент биологических систем выполняет следующие важнейшие функции: клетка химический неорганический

Вода -- универсальный растворитель для полярных веществ, например солей, Сахаров, спиртов, кислот и др. Вещества, хорошо растворимые в воде, называются гидрофильными. Когда вещество переходит в раствор, его молекулы или ионы получают возможность двигаться более свободно; соответственно возрастает реакционная способность вещества. Именно по этой причине большая часть химических реакций в клетке протекает в водных растворах. Ее молекулы участвуют во многих химических реакциях, например при образовании или гидролизе полимеров. В процессе фотосинтеза вода является донором электронов, источником ионов водорода и свободного кислорода.

Неполярные вещества вода не растворяет и не смешивается с ними, поскольку не может образовывать с ними водородные связи. Нерастворимые в воде вещества называются гидрофобными. Гидрофобные молекулы или их части отталкиваются водой, а в ее присутствии притягиваются друг к другу. Такие взаимодействия играют важную роль в обеспечении стабильности мембран, а также многих белковых молекул, нуклеиновых кислот и ряда субклеточных структур.

Вода обладает высокой удельной теплоемкостью. Для разрыва водородных связей, удерживающих молекулы воды, требуется поглотить большое количество энергии. Это свойство обеспечивает поддержание теплового баланса организма при значительных перепадах температуры в окружающей среде. Кроме того, вода отличается высокой теплопроводностью, что позволяет организму поддерживать одинаковую температуру во всем его объеме.

Вода характеризуется высокой теплотой парообразования, т. е. способностью молекул уносить с собой значительное количество тепла при одновременном охлаждении организма. Благодаря этому свойству воды, проявляющемуся при потоотделении у млекопитающих, тепловой одышке у крокодилов и других животных, транспирации у растений, предотвращается их перегрев.

Для воды характерно исключительно высокое поверхностное натяжение. Это свойство имеет очень важное значение для адсорбционных процессов, для передвижения растворов по тканям (кровообращение, восходящий и нисходящий токи в растениях). Многим мелким организмам поверхностное натяжение позволяет удерживаться на воде или скользить по ее поверхности.

Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма.

У растений вода определяет тургор клеток, а у некоторых животных выполняет опорные функции, являясь гидростатическим скелетом (круглые и кольчатые черви, иглокожие).

Вода - составная часть смазывающих жидкостей (синовиальной - в суставах позвоночных, плевральной - в плевральной полости, перикардиальной - в околосердечной сумке) и слизей (облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей). Она входит в состав слюны, желчи, слез, спермы и др.

Минеральные соли. солей в водном растворе распадаются на катионы и анионы. Наибольшее значение имеют катионы (К+, Na+, Са 2+, Mg:+, NH4+) и анионы (С 1, Н 2Р 04 -, НР 042-, НС 03 -, NO32--, SO4 2-) Существенным является не только содержание, но и соотношение ионов в клетке.

Разность между количеством катионов и анионов на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе возникновения нервного и мышечного возбуждения. Разностью концентрации ионов по разные стороны мембраны обусловлен активный перенос веществ через мембрану, а также преобразование энергии.

Анионы фосфорной кислоты создают фосфатную буферную систему, поддерживающую рН внутриклеточной среды организма на уровне 6,9.

Угольная кислота и ее анионы формируют бикарбонатную буферную систему, поддерживающую рН внеклеточной среды (плазма крови) на уровне 7,4.

Некоторые ионы участвуют в активации ферментов, создании осмотического давления в клетке, в процессах мышечного сокращения, свертывании крови и др.

Ряд катионов и анионов необходим для синтеза важных органических веществ (например, фосфолипидов, АТФ, нуклеотидов, гемоглобина, гемоцианина, хлорофилла и др.), а также аминокислот, являясь источниками атомов азота и серы.

Список литературы

1. Биология для поступающих в ВУЗы. Москва "Высшая школа" 1998 год.

2. Большая Советская Энциклопедия (Электронный вариант).

3. Малая Медицинская Энциклопедия (Электронный вариант).

4. Биология "Человек" 9 класс, Москва, "Дрофа", 2001 год.

5. Н.А. Лемеза Л.В. Камлюк Н.Д. Лисов "Пособие по биологии для поступающих в ВУЗы"

Подобные документы

Клетка–элементарная единица жизни на Земле. Химический состав клетки. Неорганические и органические вещества: вода, минеральные соли, белки, углеводы, кислоты. Клеточная теория строения организмов. Обмен веществ и преобразование энергии в клетке.

реферат [36,2 K], добавлен 13.12.2007

Химический состав клеток, функции внутриклеточных структур, функции клеток в организме животных и растений, размножение и развитие клеток, приспособления клеток к условиям окружающей среды. Положения клеточной теории по М. Шлейдену и Т. Шванну.

презентация [1,3 M], добавлен 17.12.2013

Признаки и уровни организации живых организмов. Химическая организация клетки. Неорганические, органические вещества и витамины. Строение и функции липидов, углеводов и белков. Нуклеиновые кислоты и их типы. Молекулы ДНК и РНК, их строение и функции.

реферат [13,5 K], добавлен 06.07.2010

Общая характеристика живой и неживой природы. Неорганические и органические вещества в клетке: макроэлементы, микроэлементы, ультрамикроэлементы, соли, вода, нуклеиновые кислоты, углеводы, белки, липиды. Понятие биогенных элементов. Свойства воды.

презентация [3,7 M], добавлен 26.04.2012

Клетка как основная единица живого. Химический состав клетки, ее элементарные частицы и характер протекающих внутри процессов. Роль и значение воды в жизнедеятельности клетки. Этапы энергетического обмена клетки, реакций расщепления (диссимиляции).

Вода как компонент биологических систем выполняет следующие важнейшие функции:

Вода—универсальный растворитель для полярных веществ, например солей, Сахаров, спиртов, кислот и др. Вещества, хорошо растворимые в воде, называются гидрофильными. Когда вещество переходит в раствор, его молекулы или ионы получают возможность двигаться более свободно; соответственно возрастает реакционная способность вещества. Именно по этой причине большая часть химических реакций в клетке протекает в водных растворах. Ее молекулы участвуют во многих химических реакциях, например при образовании или гидролизе полимеров. В процессе фотосинтеза вода является донором электронов, источником ионов водорода и свободного кислорода.

Неполярные вещества вода не растворяет и не смешивается с ними, поскольку не может образовывать с ними водородные связи. Нерастворимые в воде вещества называются гидрофобными. Гидрофобные молекулы или их части отталкиваются водой, а в ее присутствии притягиваются друг к другу. Такие взаимодействия играют важную роль в обеспечении стабильности мембран, а также многих белковых молекул, нуклеинов вых кислот и ряда субклеточных структур.

Вода — составная часть смазывающих жидкостей (синовиальной — в суставах позвоночных, плевральной — в плевральной полости, перикардиальной — в околосердечной сумке) и слизей (облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей). Она входит в состав слюны, желчи, слез, спермы и др.

Минеральные соли. Неорганические вещества в клетке, кроме воды, прецспавлевы минеральными солями. Молекулы солей в водном растворе распадаются на катионы и анионы. Наибольшее значение имеют катионы (К+, Na+, Са2+, Mg:+, NH4+) и анионы (С1 , Н2Р04 -, НР042- , НС03 -, NO32--, SO4 2- ) Существенным является не только содержание, но и соотношение ионов в клетке.

Ряд катионов и анионов необходим дпясинтеза важных органических веществ (например, фосфолипидов, АТФ, нуклеоти-дов, гемоглобина, гемоцианина, хлорофилла и др.), а также аминокислот, являясь источниками атомов азота и серы.

Источник : Н.А. Лемеза Л.В.Камлюк Н.Д. Лисов "Пособие по биологии для поступающих в ВУЗы"

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

ООО Учебный центр

Реферат по дисциплине:

Мелентьева Ольга Геннадьевна

Москва 2017 год

Физические и химические свойства воды ( c . 4)

Строение воды (с. 8)

Биологическая роль воды (с. 9)

Заключение (с. 12)

Список литературы (с. 14)

Без воды жизнь на нашей планете не могла бы существовать. Вода важна для живых организмов по двум причинам. Во-первых, она является необходимым компонентом живых клеток, и, во-вторых, для многих организмов она служит еще и средой обитания.

Цель данной работы – изучение воды как уникального минерального ресурса планеты, ее физико-химические свойства и как следствие значение для всех живых организмов.

Вода является основным компонентом большинства растительных клеток и тканей. Содержание воды в клетках варьирует в зависимости от типа клеток и физиологических условий. Например, в корне моркови содержится около 85 % воды, тогда как молодые листья салата на 95 % состоят из воды.

В некоторых сухих семенах и спорах содержание воды составляет всего лишь 10 %; однако, для того чтобы они стали метаболически активными, содержание воды в них должно существенно увеличиться.

Вода является средой, в которой происходит диффузия растворенных соединений по клеткам растения; представляет собой вещество, необычайно удобное для регуляции температуры; служит растворителем необходимым для протекания многих биохимических реакций; наконец, вода довольно мало сжимаема при давлениях, существующих в организме, что подчеркивает ее роль в поддержании структуры растения.

Минеральные вещества, необходимые для роста, и органические соединения, синтезируемые в ходе фотосинтеза – все они транспортируются по растению в виде водных растворов. У активно растущих растений существует непрерывный водный поток из почвы через тело растения к листьям, где вода испаряется в основном через устьица.

Вода представляет собой один из необходимых метаболитов, т.е. непосредственно участвует в метаболизме. Она служит источником кислорода, выделяемого в ходе фотосинтеза, и водорода, используемого для восстановления углекислого газа. При образовании АТФ – важного макроэргического соединения – из АДФ и фосфата происходит отщепление воды, иными словами, подобное фосфорилирование есть не что иное, как процесс дегидратации, происходящий в водном растворе в биологических условиях; вода участвует в реакциях гидролиза. Таким образом, знание уникальных свойств воды имеет громадное значение для общего понимания физиологии растений.

Если оба атома водорода заменить на атомы дейтерия ( 2 Н), то мы получим тяжелую воду, или окись дейтерия с молекулярной массой 20.

В воду можно также ввести атом трития ( 3 Н), который радиоактивен и имеет период полураспада 12,4 г. Такая вода оказалась полезным инструментом в изучении скорости ее диффузии в тканях растений. Возможно пометить воду замещая обычный изотоп воды 16 О на тяжелый изотоп 18 О. Этот тип метки был использован для доказательства того, что кислород, выделяемый в ходе фотосинтеза, происходит из воды, а не из углекислого газа. [7]

Сегодня уже не надо доказывать, какую роль играет вода в жизнедеятельности человека: от ее качества зависит состояние здоровья людей, уровень их санитарно-эпидемиологического благополучия, степень комфортности и, как следствие, социальная стабильность общества в целом.

Физические и химические свойства воды.

Молекулы воды обнаружены в межзвёздном пространстве. Вода входит в состав комет, большинства планет солнечной системы и их спутников.

Изотопный состав. Существуют девять устойчивых изотопных разновидностей воды. Содержание их в пресной воде в среднем следующее: 1Н216О – 99,73%, 1Н218О – 0,2%,

1Н217О – 0,04%, 1H2Н16О – 0,03%. Остальные пять изотопных разновидностей присутствуют в воде в ничтожно малых количествах.

Строение молекулы. Как известно, свойства химических соединений зависят от того, из каких элементов состоят их молекулы, и изменяются закономерно. Воду можно рассматривать как оксид водорода или как гидрид кислорода. Атомы водорода и кислорода в молекуле воды расположены в углах равнобедренного треугольника с длиной связи О – Н 0,957 нм; валентный угол Н – О – Н 104o 27’.

Физические свойства воды аномальны, что объясняется приведёнными выше данными о взаимодействии между молекулами воды.

Вода – единственное вещество на Земле, которое существует в природе во всех трёх агрегатных состояниях – жидком, твёрдом и газообразном.

Плавление льда при атмосферном давлении сопровождается уменьшением объёма на 9%. Плотность жидкой воды при температуре, близкой к нулю, больше, чем у льда. При 00С 1 грамм льда занимает объём 1,0905 кубических сантиметров, а 1 грамм жидкой воды занимает объём 1,0001 кубических сантиметров. И лёд плавает, оттого и не промерзают обычно насквозь водоёмы, а лишь покрываются ледяным покровом.

Температурный коэффициент объёмного расширения льда и жидкой воды отрицателен при температурах соответственно ниже - 2100 С и + 3,980 С.

Теплоёмкость при плавлении возрастает почти вдвое и в интервале от 00 С до 1000 С почти не зависит от температуры.

Вода имеет незакономерно высокие температуры плавления и кипения в сравнении с другими водородными соединениями элементов главной подгруппы VI группы таблицы Менделеева.

Вода, несмотря на все её аномальные свойства, является эталоном для измерения температуры, массы ( веса), количества тепла, высоты местности.

Шведский физик Андерс Цельсий, член Стокгольмской академии наук, создал в 1742 году стоградусную шкалу термометра, которой в настоящее время пользуются почти повсеместно. Точка кипения воды обозначена 100 , а точка таяния льда 0 . [1]

Из химических свойств воды особенно важны способность её молекул диссоциировать (распадаться) на ионы и способность воды растворять вещества разной химической природы.

Роль воды как главного и универсального растворителя определяется прежде всего полярностью её молекул и, как следствие, её чрезвычайно высокой диэлектрической проницаемостью. Разноимённые электрические заряды, и в частности ионы, притягиваются друг к другу в воде в 80 раз слабее, чем притягивались бы в воздухе. Силы взаимного притяжения между молекулами или атомами погружённого в воду тела также слабее, чем в воздухе. Тепловому движению в этом случае легче разбить молекулы. Оттого и происходит растворение, в том числе многих труднорастворимых веществ: капля камень точит.

Электролитическая диссоциация воды – причина гидролиза солей слабых кислот и (или) оснований. Степень электролитической диссоциации заметно возрастает при повышении температуры.

Образование воды из элементов по реакции:

-242 кДж/моль для пара

-286 кДж/моль для жидкой воды

-при низких температурах в отсутствии катализаторов происходит крайне медленно, но скорость реакции резко возрастает при повышении температуры, и при 5500 С она происходит со взрывом. При понижении давления и повышении температуры равновесие сдвигается влево.

Под действием ультрафиолетового излучения происходит фотодиссоциация воды на ионы Н+ и ОН- .

При пропускании паров воды через раскалённый уголь она разлагается и образуется так называемый водяной газ:

При повышенной температуре в присутствии катализатора вода реагирует с СО; СН4 и другими углеводородами, например:

Н2О + СО = СО2 + Н2

Н2О + СН4 = СО + 3Н2

Эти реакции используют для промышленного получения водорода.

Фосфор при нагревании с водой под давлением в присутствии катализатора окисляется в метафосфорную кислоту:

6Н2О + 3Р = 2НРО3 + 5Н2

Вода взаимодействует со многими металлами с образованием Н2 и сответствующего гидроксида. Со щелочными и щелочно-земельными металлами ( кроме Мg ) эта реакция протекает уже при комнатной температуре. Менее активные металлы разлагают воду при повышенной температуре, например, Мg и Zn – выше 1000 С; Fe – выше 6000 С :

2Fe + 3H2O = Fe2O 3 + 3H2

При взаимодействии с водой многих оксидов образуются кислоты или основания.

Вода может служить катализатором, например, щелочные металлы и водород реагируют с CI2 только в присутствии следов воды.

Иногда вода – каталитический яд, например, для железного катализатора при синтезе NH3.

Способность молекул воды образовывать трёхмерные сетки водородных связей позволяет ей давать с инертными газами, углеводородами, СО2, CI2, (CH2)2O, CHCI3 и многими другими веществами газовые гидраты. [ 2]

Вода - уникальное вещество и все её аномальные свойства: высокая температура кипения, значительная растворяющая и диссоциирующая способность, малая теплопроводность, высокая теплота испарения и другие обусловлены строением её молекулы и пространственной структурой.

У отдельно взятой молекулы воды есть качество, которое проявляется только в присутствии других молекул: способность образовывать водородные мостики между атомами кислорода двух оказавшихся рядом молекул, так, что атом водорода располагается на отрезке, соединяющем атомы кислорода. Свойство образовывать такие мостики обусловлено наличием особого межмолекулярного взаимодействия, в котором существенную роль играет атом водорода. Это взаимодействие называется водородной связью. [5]

Каждая из присоединённых к данной молекул воды сама способна к присоединению дальнейших молекул. Этот процесс можно называть "полимеризацией". Если только одна из двух возможных связей участвует в присоединении следующей молекулы, а другая остаётся вакантной, то "полимеризация" приведёт к образованию либо зигзагообразной цепи, либо замкнутого кольца. Наименьшее кольцо, по-видимому, может состоять из четырёх молекул, но величина угла 90° делает водородные связи крайне напряжёнными. Практически ненапряжёнными должны быть пятизвенные кольца (угол 108° ), а шестизвенные (угол 120° ), также как и семизвенные - напряжённые. [ 2]

Рассмотрение реальных структур гидратов показывает, что, действительно, наиболее устойчиво шестизвенное кольцо, находимое в структурах льдов. Плоские кольца являются привилегией клатратных гидратов, причём во всех известных структурах чаще всего встречаются плоские пятизвенные кольца из молекул воды. Они, как правило, чередуются во всех структурах клатратных гидратов с шестизвенными кольцами, очень редко с четырёхзвенными, а в одном случае - с плоским семизвенным. [ 4]

В целом структура воды представляется как смесь всевозможных гидратных структур, которые могут в ней образоваться.

В прикладном аспекте это, например, имеет важное значение для понимания действия лекарственных веществ. Как было показано Л. Полингом структурированная клатратная форма воды в межсинаптических образованиях мозга обеспечивает, с одной стороны, передачу импульсов с нейрона на нейрон, а, с другой стороны при попадании в эти участки наркозного вещества такая передача нарушается, то есть наблюдается явление наркоза. Гидратация некоторых структур мозга является одной из основ реализации действия наркотических анальгетиков (морфина).

Биологическая роль воды.

Биологическое значение воды можно показать на примере медузы. Если высушить медузу, то остаток составит 0,1% ее живой массы. Организм форели на 84% состоит из воды, лягушки на 80%. За 9 - 10 дней вода проходит через весь организм.

Вода известна как хороший растворитель - она растворяет многие вещества. Кроме того, вода является той физико-химической средой, благодаря которой может осуществляться большинство реакций обмена веществ, обеспечивающих непрерывный процесс разрушения и восстановления живых тканей.

Таким образом, вода является основной биологической жидкостью. Она не только инертная среда, она может также вступать в соединение с другими компонентами живой материи. Необходимо особо подчеркнуть это ее значение в биологическом круговороте. Одновременно вода играет роль в регулировании температуры организма и необходима для орошения его тканей.

Взрослый человек должен выпивать около 2,5 л воды в сутки. За 60 лет своей жизни он выпивает целую цистерну пресной воды (50 т). Пить очень пресные воды вредно, ибо это вызывает выщелачивание кальция из организма, особенно детского.

Жажда является естественной потребностью, ее вызывает повышение осмотического давления внутри организма. Это так называемая " тканевая жажда ", которую невозможно утолить, смазывая слизистую оболочку рта, эту потребность можно удовлетворить только введением жидкости в организм. В течение суток в пищеварительный канал поступает 9 -10 л жидкости, которая впитывается слизистой оболочкой. Из этого количества жидкости извне поступает только 2,5 л, а остальное количество распределяется следующим образом: 1,5 л слюны, столько же желудочного сока, 3 л кишечного сока, 0,7 л сока поджелудочной железы и 0,5 л желчи. В ухе у нас есть так называемый лабиринт, наполненный жидкостью, при ходьбе он регулирует равновесие нашего тела. Питьевой центр в нашем организме - это командный пункт, ведающий водным балансом человеческого тела. Он контролирует и регулирует беспрерывный обмен воды между отдельными органами. В среднем в сутки из организма человека выделяется 2 - 2,5 л воды. Чтобы поддержать водный баланс в организме необходимо вводить в него такое же количество воды.

Отсюда, очевидно то огромное значение, которое имеет вода для всех живых существ.

1) Обеспечивает подержание структуры,

2) служит растворителем и средой для диффузии.

3) участвует в реакциях гидролиза

4) является средой, где происходит оплодотворение,

5) обеспечивает распространение семян,

6) обуславливает осмос,

7) участвует в фотосинтезе

8) транспортирует неорганические ионы и органические молекулы

9) обеспечивает прорастание семян

10) обеспечивает транспорт веществ

11) обеспечивает осморегуляцию

12) способствует охлаждению

13) служит одним из компонентов смазки

14) служит опорой некоторым организмам

15) выполняет защитную функцию

16) способствует миграции организмов.

Вода - сок жизни. Такое определение дал воде Леонардо да Винчи. В воде зародилась жизнь, без воды не возможно вообще существование - ни растений, ни животных, ни людей. Академик Ферсман назвал воду " самым важным минералом на земле, без которого нет жизни ".

Вода - это величайшая ценность не только для жителей пустыни, но и для каждого человека. Восточная поговорка гласит: "где вода, там жизнь. Где кончается вода, там кончается земля".

Без воды человек не может жить и 3 дней. Вода составляет 60% массы человека к 50 годам. Основная часть воды, около 70%, сосредоточена внутри клеток, а 30% - это внеклеточная вода, которая разделяется на две части: меньшая часть, около 7%, - это кровь и лимфа (она является фильтром крови), а большая часть – межтканевая, омывающая клетки.

Без воды невозможно питание и развитие организма. Для жизни необходимо, чтобы питательные вещества попадали в кровь, которая разносит их по всему организму. Сама кровь, как показано, также содержит большое количество воды. В каждом органе нашего тела, в каждой живой клетке идут превращения одних веществ в другие. Из поступающей в организм пищи вырабатываются сложные вещества, необходимые для его нормальной работы. Все эти превращения возможны только тогда, когда различные вещества в организме находятся в растворе. Вот почему так много воды в нашем теле. [6]

Таким образом, очевидно, что жизнедеятельность человеческого организма прочно связана с водой.

Распределение воды в клеточных структурах. Содержание воды в растительных тканях представляет исключительно изменчивую и динамическую величину. Оно различно у разных видов растений, органах, претерпевает сезонные и суточные изменения, обуславливается возрастом ткани, доступностью почвенной влаги и соотношением поглощения воды и испарения.

Содержание работы

Файлы: 1 файл

Водный обмен клетки.docx

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение

высшего образования

Кафедра: Агрономии и экологии

Реферат на тему:

Выполнила: студентка 21 группы

Инженерно-технологического факультета

Гаврилова А.Н.

Проверила: Савина Е.А.

Смоленск 2015

1.Введение…………………………………………………… ………….……2

2.1)Понятие водного обмена клетки…………………………………….…..3

3) Метод ядерно-магнитного резонанса (ЯМР)……………………. …. 5-6

4) Осмотический механизм………………………………………….….…6- 7

4.Список используемой литературы…………………………………..…….9

Больше всего воды в растительной клетке концентрируется в вакуоли – до 98%. Содержание воды в цитоплазме может достигать 95% от ее массы. Оводненность органелл в среднем равна 50%. В ядре содержится 20 – 30% воды. вода является важным структурным компонентом мембран, которые могут содержать до 25% воды. содержание воды в клеточных стенках тургесцентных клеток может составлять более 50%. В клетках меристем, имеющих лишь малочисленные мелкие вакуоли и тонкие клеточные оболочки, основная масса воды заключена в цитоплазме.

1)Понятие водного обмена

Водный обмен – это совокупность физиологических процессов поглощения, передвижения и испарения воды растением. Содержание воды зависит от типа и возрастов органов. Зеленые части растений, сочные плоды содержат от 80 до 95%. Молодые корни 70 – 90%, а зрелые семена 5-15%. Состояние воды – жидкое, твердое, парообразное. Вода имеет высокую теплоемкость примерно в 5 – 30 раз выше чем у других веществ. Причина этого высокая когезия (слипание) молекул воды между собой. Вода поступает в клетку и выходит из нее по градиенту химического потенциала и по градиенту водного потенциала.

осмотический потенциал (ψπ )-компонент водного потанциала, характерезующий снижение активности воды частицами растворенного вещества.Всегда является величеной отрицательной.

водный потенциал клетки (ψкл )-выражает способность воды в данной системе совершать работу по сравнению с той работай,которая при тех же условиях совершала бы чистая вода.

матричный потенциал (ψm)-хар-ет снижение активности воды за счет гидратации коллоидных веществ и адсорбции на границе раздела фаз.

2) Формы воды в клетке

Для функционирования живых организмов важны не только и даже не столько их общая Оводненность, сколько то состояние, в котором находится содержащаяся в них вода – ее концентрация (как всякое другое вещество, вода в гетерогенной среде обладает той или иной концентрацией), подвижность и т.д. Должно быть совершенно очевидным, что свойства внутриклеточной воды, в том числе структурные и физико-химические, изменены по сравнению с дистиллированной (чистой) водой, что в клетке существуют различные по своей подвижности и другим параметрам водные фракции. Иными словами наряду со свободной существует и связанная вода. Понятие о свободной и связанной воде заимствовано из физической химии. Свободная – это чистая, лишенная каких-либо примесей вода с высокой подвижностью. Под связанной понимают содержащуюся в гетерогенных системах воду, которая не может служить растворителем, имеет ограниченную подвижность, более плотную упаковку (то есть повышенную упорядоченность пространственной организации) молекул, пониженную температуру замерзания и повышенную температуру кипения.

Различают три формы связанного состояния воды: осмотически связанную, коллоидно-связанную и капиллярно связанную. Осмотически связанная вода участвует в гидратации растворенных низкомолекулярных веществ (ионов и молекул). Коллоидно-связанная вода включает интромицеллярную воду, находящуюся внутри коллоидной системы (в том числе и иммобилизованную воду) и интермицеллярную воду на поверхности коллоидов и между ними. В коллоидах вода может связываться белками и полисахаридами. Даже при сильном обезвоживании растительного организма очень большие количества воды удерживаются внутри клеток гидратированными коллоидами, ионами и другими осмотически активными веществами. Капиллярно связанная вода находится в клеточных стенках и сосудах поводящей системы. Клеточные стенки удерживают воду за счет высокой гидрофильности пектиновых веществ и целлюлозных компонентов. Они содержат две фракции воды: подвижную и малоподвижную. Вода, удерживаемая в микрокапиллярах, а также связанная Н-связями с полисахаридами, малоподвижна. Свободная вода легче перемещается в крупных капиллярах между микрофибриллами целлюлозы. Передвижение воды вне проводящих пучков происходит, главным образом, по клеточным стенкам.

Состояние воды в разных частях клетки неодинаково. В цитоплазме находится в основном коллоидно-связанная вода, но имеется свободная и осмотически связанная. В клеточном соке преобладает осмотически связанная и свободная вода.

Физиологическое значение свободной и связанной воды различно. Скорость химических реакций, интенсивность физиологических процессов зависят от состояния и структуры воды и, в первую очередь, от содержания свободной воды. с другой стороны, имеется положительная корреляция между содержанием связанной воды и устойчивостью клеток к неблагоприятным условиям.

3) Метод ядерно-магнитного резонанса (ЯМР). Метод ЯМР используется для определения соединений, содержащих ядра с нечетным количеством протонов и нейтронов. Водород как раз входит в их число. Такие ядра обладают магнитным моментом, обусловленным их вращательным моментом (спином). При помещении в постоянное магнитное поле эти магнитные моменты поляризуются, располагаясь вдоль силовых линий. Если затем подействовать переменнымполем, то при определенной частоте будет наблюдаться поглощение энергии переменного поля исследуемыми ядрами (резонансное поглощение). В результате ядерные спины переходят с более низкого энергетического уровня на более высокий. Это поглощение энергии ядрами регистрируется специальными спектрометрами ЯМР – получаются то более суженные, то более широкие полосы поглощения. В твердых телах, где атомы фиксированы, эти полосы частот поглощения широкие, а в жидкостях, из-за быстрых хаотических тепловых движений атомов, линия поглощения узка. Таким образом, ширина линии резонанса в спектре ЯМР находится в обратной зависимости от подвижности атомов и молекул. Изменение подвижности молекул воды также отражается на ширине линии резонанса: чем шире, тем менее подвижны молекулы воды (то есть она каким-то образом связана).

Для исследования состояния воды в биологических объектах применяют импульсный метод ЯМР – метод спинового эха. Импульсный метод предполагает кратковременное воздействие переменным полем. Метод позволяет с достаточной точностью определить время протонной релаксации (термодинамического равновесия системы), а также коэффициент самодиффузии, характеризующий интенсивность поступательного движения молекул воды.

Методом ЯМР можно оценить не только подвижность воды (количество свободной и связанной воды), но и наблюдать за изменением проницаемости клеточных мембран под влиянием различных факторов; оценить распределение внутриклеточных структур; определить количество незамерзающей воды; исследовать пути движения воды при межклеточном транспорте. Исследуя методом ЯМР высушенную биомассу некоторых микроорганизмов и низших растений, обнаружили (Аксёнов, 1979) оставшуюся в них воду с подвижностью, сниженной на один порядок (Д = 0,25 * 10-5 см2/с), и энергией активации такой же, как у чистой воды (Еа = 4.4 ккал/моль). Количество ее достигало 20 – 30% от веса высушенной биомассы. Эта вода сохранилась потому, что она была полностью окружена липидным слоем (в результате перестройки мембран при обезвоживании). Извлечение ее из клеток возможно лишь при воздействии внешней воды, восстанавливающей нормальную структуру мембран, или при разрушении мембран нагреванием до 150 – 2000 С. Эту воду С.И. Аксёнов назвал изолированной.

4) Осмотический механизм. Поглоще ние воды из внешней среды – обязательное условие существования живых организмов. Вода может поступать в клетки благодаря набуханию биоколлоидов, то есть увеличению степени их гидратации. Такое поступление оды характерно для сухих семян, помещенных в воду. Однако главным способом воды в живые клетки является ее осмотическое поглощение.

Осмосом (от греч. оsmos – давление, толчок) называется односторонняя диффузия молекул воды или другого растворителя в раствор через полупроницаемую мембрану, которая пропускает молекулы растворителя, но не растворенных веществ.

Первый осмометр был сконструирован в 1826 году французским физиологом Анри Дютроше. К кончику стеклянной трубки он привязал мешочек из пергамента, заполненный раствором соли или сахара, и опустил его в стакан с водой. При этом воды поступала в мешочек и раствор поднимался по трубке. Это была простейшая модель клетки, которую назвали осмометром Дютроше.

В 1877 году немецкий ботаник В. Пфеффер создал более совершенную модель растительной клетки. Роль клеточной стенки играл пористый фарфоровый сосуд. Полупроницаемую мембрану получили, налив внутрь фарфорового сосуда раствор медного купороса и погрузив этот сосуд в другой, с раствором ферроцианида калия. В результате в порах фарфорового сосуда возникла полупроницаемая мембрана из ферроцианида меди – Cu2[Fe(CN)6]. Затем сосуд наполнили раствором сахара, играющего роль клеточного сока, и поместили в сосуд с водой. Вода стала поступать в сосуд. То же самое наблюдается и в клетке если поместить ее в воду – вода поступает в вакуоль (рис. 1).

Соединив свой прибор с трубкой, В. Пфеффер установил, что в результате поступления воды в фарфоровый сосуд с раствором сахара концентрация раствора уменьшается и движение воды замедляется. Поступление воды приводит к увеличению объема жидкости в осмометре и поднятию ее по трубке. Вода будет подниматься до тех пор пока давление водяного столба в ней не станет равным силе, с которой молекулы воды поступают в осмометр. В достигнутом состоянии равновесия полупроницаемая мембрана в единицу времени пропускает в обоих направлениях одинаковое количество воды. давление столба жидкости в трубке служит мерой осмотического давления раствора.

5) Тургороное давление

В 1918 году А. Уршпрунг и Г. Блюм доказали, что поступление воды зависит не только от разности осмотического давления. Поступая в клетку вода давит на протоплазму, клеточная оболочка растягивается, отчего клетка переходит в напряженное состояние – тургор. Давление протоплазмы на оболочку клетки называется тургорным давлением. Из-за небольшой эластичности клеточная стенка начинает давить на протопласт – возникает тургорное натяжение. Тургорное натяжение равно по величине тургорному давлению, но противоположно по знаку.

Осмотическое поступление воды приводит к возникновению гидростатического (тургорного) давления. Разность между ними определяет поступление воды в клетку в каждый данный момент.

Такое явление происходит в живой растительной и животной ткани. Здесь создается разность осмотических давлений в клетке и межклеточном пространстве эта разность играет решающую роль в прижизненном обмене веществ. В мертвой ткани не происходит обмена веществ, следовательно, не может быть различных концентраций водного раствора неорганических иорганических веществ в клетке и межклеточном пространстве, т. е.различных температур замерзания.

При завядании растительных тканей значительно ухудшаются условияобразования органических веществ и активизируются ферментативные процессы гидролиза, распада. Такие изменения углеводного и белкового обменов приводят к изменениям биологических функций организма. Приферментативном распаде крупиомолекулярных орг анических соединенийзначительно повышается осмотическое давление в клетках, которое задерживает фотосиитетическую деятельность. У засухоустойчивых растений такое нарушение процесса обмена при водном дефицитенезначительно, а у неустойчивых к засухе форм гидролизкрупномолекулярных веществ может происходить до конца, вследствие чего резко повышается осмотическое давление, которое при недостаточном водоснабжении может привести к гибели растения.

Читайте также: