Какие свойства воды позволяют ей выполнять защитную амортизационную функции кратко

Обновлено: 08.07.2024

2. Способность воды к адгезии. Ее свойство притягиваться любой поверхностью, несущей электрический заряд, позволяет ей подниматься по мелким порам в почве и по сосудам ксилемы у растений на большую высоту.

Структура воды

3. Силы сцепления между молекулами воды обеспечивают ее вязкость, поэтому вода является смазывающим веществом в биологических системах. Например, синовиальная жидкость в суставах позвоночных.

4. Вода – хороший растворитель ионных (полярных), а также некоторых неионных соединений, в молекулах которых присутствуют заряженные (полярные) группы. Любые полярные соединения в воде гидратируются (окружаются молекулами воды), при этом молекулы воды участвуют в образовании структуры молекул органических веществ. Если энергия притяжения молекул воды к молекулам какого-либо вещества больше, чем энергия притяжения между молекулами самого вещества, то вещество растворяется в воде. По отношению к воде различают: гидрофильные вещества (от греч. гидрос – вода и филео – любить), хорошо растворимые в воде, и гидрофобные вещества (от греч. гидрос и фобос – страх), практически нерастворимые в воде.

Гидрофильные (А) и гидрофобные (Б) молекулы

В молекулах гидрофильных веществ преобладают полярные группы (–ОН; С=О; –СООН; –NH2), которые способны устанавливать с молекулами воды водородные связи. Гидрофильными свойствами обладают соли, кислоты, щелочи, белки, углеводы.

Гидрофобные вещества имеют неполярные молекулы, которые отталкиваются молекулами воды. В воде не растворяются жиры, бензин, полиэтилен и другие вещества.

Свойство воды как растворителя имеет большое значение для живых организмов, так как большинство биохимических реакций может идти только в водном растворе. Кроме того, в качестве растворителя вода обеспечивает как приток веществ в клетку, так и удаление из нее продуктов жизнедеятельности.

5. Подвижность молекул воды объясняется тем, что водородные связи, связывающие соседние молекулы, слабы, что и приводит к постоянным столкновениям ее молекул в жидкой фазе. Молекулярная подвижность воды позволяет осуществляться осмосу (диффузии, направленному движению молекул через полупроницаемую мембрану в более концентрированный раствор), необходимому для поглощения и движения воды в живых системах.

Осмос

6. Среди самых распространенных в природе жидкостей вода имеет наибольшую теплоемкость, поэтому у нее высокая температура кипения (100 °С) и низкая температура замерзания (0 °С). Подобные свойства воды позволили ей стать главной составляющей внутриклеточных и внутриорганизменных жидкостей. Правда, температура замерзания воды несколько выше, чем было бы идеально для жизни, так как на Земле обширные территории имеют температуры ниже 0 °С. Если кристаллы льда образуются в живом организме, то они могут разрушить его тонкие внутренние структуры и вызвать его гибель. У озимой пшеницы, у ряда насекомых, у лягушек в организме есть природные антифризы, предотвращающие образование льда в их клетках.

9. Вода является реагентом во многих химических реакциях. Например, гидролитическое расщепление белков, углеводов, жиров и т.д. Вода играет роль источника кислорода, выделяемого при фотосинтезе, и водорода, который используется для восстановления продуктов ассимиляции углекислого газа.

10. Большая теплоемкость и теплопроводность воды способствует равномерному распределению тепла в клетке и в организме.

Таким образом, вода – самая удивительная жидкость на Земле, свойства которой превосходят всякую фантазию. Уникальные свойства воды позволяют ей выполнять не менее уникальные биологические функции.

III. Закрепление знаний

Обобщающая беседа по ходу изучения нового материала.

Таблица 3. Биологические функции воды

1. Высокая температура кипения

2. Расширение при замерзании

3. Хороший растворитель

4. Сочетание высокой теплоемкости и высокой теплопроводности

6. Высокая скрытая теплота парообразования

8. Практически полная несжимаемость

9. Подвижность молекул

Образует основу внутренней среды организмов

Лед защищает водоемы от промерзания, а водных обитателей замерзающих озер, прудов и рек от гибели

В водных растворах протекает большинство биохимических реакций

Поддержание теплового равновесия организма, обеспечение его термостабильности

Подъем воды и растворенных в ней веществ на большую высоту в почве и в теле растений

Охлаждение организма при минимальной потере воды

Возможность фотосинтеза на небольшой глубине

Поддержание формы организмов

IV. Домашнее задание

Изучить параграф учебника (строение, свойства и биологические функции воды).

Урок 4. Минеральные соли и их биологическая роль

Оборудование: таблицы по общей биологии, схемы строения молекулы воды и образования водородных связей.

I. Проверка знаний

Работа по карточкам

Карточка 1. Прочитайте отрывок из стихотворения М.Дудника:

Говорят, что на восемьдесят процентов
Из воды состоит человек.
Из воды – добавлю – родных его рек.
Из воды – добавлю – дождей, что его напоили.
Из воды – добавлю – из древней воды родников,
Из которых его и деды, и прадеды пили.

Как вы понимаете этот текст с точки зрения знаний о составе живого вещества и роли воды в живой природе?

Карточка 2. Если растереть в ступке таблетку фенолфталеина и добавить несколько гранул щелочи, то между этими веществами реакция не наблюдается – окрашивания не происходит. Что надо сделать, чтобы реакция происходила?

Карточка 3. Большой сосуд с водой, помещенный в погреб, предохраняет овощи от замерзания. Почему?

Карточка 4. В ясный весенний день температура воздуха 10 °С, относительная влажность воздуха 80%. Будет ли ночью заморозок? Почему перед заморозком рассаду помидоров и огурцов обильно поливают?

Карточка 5. Почему альпийские растения низкорослы? Почему во всех частях этих растений сахара накапливается больше, чем у таких же растений, находящихся вне альпийской зоны?

Карточка 7. В результате эволюции в живой природе создалась богатейшая кладовая химических соединений. Известно, что мир растений наиболее богат химическими соединениями, активно используемыми человеком. Чем можно объяснить изобилие химических веществ именно в мире растений, а не в мире животных? В каких районах Земли можно ожидать произрастание растительных сообществ, наиболее богатых химическими соединениями?

Устная проверка знаний по вопросам

2. Содержание воды в клетке.

3. Строение молекулы воды. Образование водородных связей между молекулами воды.

4. Свойства и функции воды в клетке и организме (два учащихся).

II. Изучение нового материала

1. Содержание солей в клетке

В клетке содержится 1–1,5% минеральных солей. Соли – соединения ионные, т.е. в их составе атомы с частично приобретенным положительным и отрицательным зарядом. В воде соли легко растворяются и распадаются на ионы, т.е. диссоциируют с образованием катиона металла и аниона кислотного остатка. Например:

Поэтому мы говорим, что соли содержатся в клетке в виде ионов. В наибольшей степени в клетке представлены и имеют наибольшее значение

катионы: К + , Na + , Са 2+ , Mg 2+ ;

Есть в живых тканях и соли, находящиеся в твердом состоянии, – например, фосфат кальция, входящий в состав межклеточного вещества костной ткани, в раковины моллюсков.

2. Биологическое значение катионов

Рассмотрим значение важнейших катионов в жизнедеятельности клетки и организма.

1. Катионы натрия и калия (К + и Na + ), концентрация которых в клетке и в межклеточном пространстве сильно различается – концентрация К + внутри клетки очень высокая, а Na + – низкая. Пока клетка жива, различия в концентрации этих катионов стойко поддерживаются. Благодаря разнице в концентрациях катионов натрия и калия по обе стороны клеточной мембраны на ней создается и поддерживается разница потенциалов. Также благодаря этим катионам оказывается возможной передача возбуждения по нервным волокнам.

2. Катионы кальция (Ca 2+ ) являются активатором ферментов, способствуют свертыванию крови, входят в состав костей, раковин, известковых скелетов, участвуют в механизмах мышечного сокращения.

3. Катионы магния (Mg 2+ ) также являются активаторами ферментов, входят в состав молекул хлорофилла.

4. Катионы железа (Fe 2+ ) входят в состав гемоглобина и других органических веществ.

3. Биологическое значение анионов

Несмотря на то, что в процессе жизнедеятельности клетки непрерывно образуются кислоты и щелочи, в норме реакция клетки слабощелочная, почти нейтральная (рН=7,2). Это обеспечивается содержащимися в ней анионами слабых кислот, которые связывают или отдают ионы водорода, в результате чего реакция среды клетки практически не изменяется.

Способность клетки поддерживать определенную концентрацию водородных ионов (рН) называют буферностью.

Внутри клетки буферность обеспечивается главным образом анионами H₂РО₄ – . Во внеклеточной жидкости и в крови роль буфера играют СО₃ 2– и НСО₃ – . Отчасти буферность обеспечивается и катионами, образующими слаборастворимые основания – они связывают гидроксил-ионы (ОН – ) при их избытке.

III. Закрепление знаний

Обобщающая беседа по ходу изучения нового материала.

IV. Домашнее задание

Изучить параграф учебника (минеральные соли их биологическая роль).

Пользуясь текстом учебника, записями, сделанными в классе и дополнительными источниками информации, заполнить табл. 4 (внести в таблицу сведения о биологической роли следующих элементов: Mg, Na, Ca, Fe, К, S, P, Cl, Zn, Сu, I, F, Mn, В, Мо, Со).

Интересные факты о воде

Роль воды в клетке для живого организма незаменима. Она составляет около 70 процентов от её массы. Остальные 30 процентов занимают органические и неорганические вещества. Недостаток жидкости приводит к истощению или гибели организма.

В данной статье мы узнаем, какие важные функции вода выполняет в клетках.

Какую роль выполняет в клетке вода

Все живые организмы состоят из клеток: человек, растения, животных, бактерии и т.д.

Клетка – это наименьшая единица строения живого организма. Они различаются, но имеют общие признаки.

Источник: Биология, Л.Н Сухорукова, В. С. Кучменко, И. Я. Колесникова

В состав всех клеток входят органические и неорганические вещества. Самое распространенное неорганическое вещество – вода.

Рассмотрим кратко её основные функции.

Растворитель. Вода выполняет в клетке функцию растворителя, большинство химических реакций протекают только в водной среде.
Транспортная функция. Помогает переносить питательные вещества из одной части в другую.
Функция регенерации. С помощью воды удаляются ненужные продукты жизнедеятельности.
Вода как реагент. Она участвует во многих химических реакциях: полимеризации, гидролиза, в процессе фотосинтеза.
Терморегуляторная. Поглощает большое количество тепловой энергии при минимальном повышении собственной температуры. Таким образом, защищает организм от перегрева и обеспечивает равномерное распределение тепла по всему организму.
Придает форму и упругость клетке. Вода практически не сжимается (в жидком состоянии) и служит гидростатическим скелетом. В составе клетке вода занимает 1 место среди всех химических соединений, определяет объем и упругость.

Химическая роль

Вода в качестве реагента участвует во многих химических реакциях:

фотосинтеза растений;
гидролизе – разрушении веществ с присоединением воды.

Химический состав клетки

Рассмотрим полный состав на рисунке № 2.

Химический состав

Органические вещества

Белки – сложные органические соединения. В одном организме может быть несколько тысяч разных видов. Самый известный белок — гемоглобин. Он осуществляет поступление кислорода ко всем клеткам. Благодаря белку Интерферону, организм человека борется с вирусными заболеваниями.
Углеводы необходимы, как источник энергии. К ним можно отнести: глюкозы, сахарозу и д. р.
Жиры являются запасным источником энергии и воды. Особенно они важны для животных, впадающих в спячку.
Нуклеиновые кислоты – высокомолекулярные соединения. Присутствуют во всех живых организмах. Передают наследственную информацию. Они хорошо растворимы в воде, практически нерастворимы в органических растворителях.

Неорганические вещества

Вода занимает 70 процентов. Она является непосредственным участником роста, размножения, питания, выделения, передвижения веществ в клетке и организме.
Минеральные соли, растворены в воде. Составляют от 1-1,5 процентов. В растворенном виде они образуют необходимую среду для химических процессов.
Углекислый газ.
Кислоты и основания.

Как образуются органические и неорганические вещества

В природе большое разнообразие клеток. Они могут отличаться размерами, функциям, формой. Могут быть свободноживущими или входить в состав многоклеточного организма. При всем многообразии они состоят из одних и тех же типов химических веществ.

Живую клетку отличают 2 особенности:

высокое содержание воды;
большое количество сложных органических веществ.

По подсчетам ученых в ней можно встретить около 70 химических элементов, правда, только 24 встречаются постоянно. Рассмотрим рисунок № 3.

По количеству элементы, содержащиеся в клетках, делят на 3 группы.

Макроэлементы. Встречаются в большом количестве. К ним относят: Кислород, Углерод, Водород, Азот, Серу, Железо, Фосфор, Кальций и т.д.
Микроэлементы. Встречаются в небольшом количестве такие элементы, как: Марганец, Медь, Кобальт, Цинк и т.д. Несмотря на малое содержание, они выполняют большую роль в обмене веществ.
Ультрамикроэлементы. Составляют менее 0, 000001 % в организме живых существ. К ним относятся: Золото, Серебро, Платина, Цезий, Селен и т. д.

Процентное содержание элементов не характеризует их важность в организме. Многие элементы входят в состав биологически важных веществ, ферментов, витаминов. Например, Кобальт входит в состав Витамина В12.

Эти 70 элементов могут входить в состав клетки. Они образуют 1000 химических веществ, которые можно разделить на неорганические и органические вещества.

Вода в органах и тканях

Всем живым существам необходима вода. Тело человека состоит из воды на 60-80 процентов. Она необходима каждому органу: коже, головному мозгу, желудку, сердцу, зубной эмали, ногтям и т.д.

При недостатке жидкости происходит обезвоживание организма. В клетке человека в разных органах и тканях содержится разное количество воды.

Для наглядности представлен рисунок № 4.

Примечательной особенностью является то, что с возрастом в теле человека становится меньше жидкости.

Например, у новорожденного — 80 процентов жидкости, у пожилого человека — 60 процентов.

Функции свободной воды в бактериальных клетках

Вода в клетках живых организмах бывает двух видов.

Свободная, входит в состав цитоплазмы, заполняет межклеточные пространства, заполняет сосуды, пространства между органами. Она нужна для транспортировки веществ и для поддержания процессов жизнедеятельности
Связанная, входит в состав клеточных структур (например, белков, мембран).

Основных различием бактериальной клетки является отсутствие ядра. Вместо него в центральной части находится ядерное вещество, которое выполняет такие же функции. Рассмотрим рисунок № 5.

Бактериальная состоит из 80-90 процентов воды, 10 процентов приходится на долю сухого вещества.

Свободная вода в ее составе выполняет функции:

растворителя;
транспортировки;
обеспечивает процессы метаболизма;
способствует размножению.

Существуют организмы, не имеющие клеточного строения. К ним относят вирусы.

Заключение

В жизнедеятельности клетки вода выполняет ключевую роль. Её содержание не редко достигает 70-80 процентов. Вода необходима для каждого процесса в живом организме и содержится в каждом органе. Вода – источник жизни, ее биологическая роль бесценна для живого организма.

Роль воды в жизнедеятельности живых организмов исключительно велика. Как известно, жизнь зародилась в водной среде. Для любого живого организма вода является не только главной составной частью, но и средой, в которой протекают все жизненно важные химические процессы.

Содержание воды в организме

Содержание воды в организме взрослого человека около 60-65 % от массы тела, причем у детей эта цифра еще выше, а в стареющем организме воды меньше и её содержание может сократиться до 50 %.

При потере только 4-5 % воды возникает сильная жажда и наблюдается значительное снижение работоспособности, потеря 10-15 % воды приводит к тяжелым нарушениям обмена веществ, а потеря 20 -25 % воды уже не совместима с жизнью.

Распределение воды в организме

Распределение воды между органами и тканями организма неравномерное. Жидкости организма (кровь, лимфа, спинномозговая жидкость) содержат 80-90 % воды, во внутренних органах и мышцах содержание воды 70-80 %, в костях воды еще меньше - 20-40 %. Самое низкое содержание воды отмечается в эмали зуба - около 1 %.

Бόльшая часть воды (2/3) находится внутри клеток и называется внутриклеточной. Остальная часть воды (1/3) входит в состав внеклеточной и спинномозговой жидкости, плазмы крови, лимфы. Такая вода получила название - внеклеточная.

Физико-химические свойства воды

Вода является жидкостью, обладающей уникальным сочетанием целого ряда важных физико-химических свойств.

· Молекулы воды обладают высокой полярностью и образуют друг с другом водородные связи. В жидкой воде каждая молекула с помощью водородных связей соединяется с 3 или 4 соседними молекулами. Благодаря огромнейшему количеству водородных связей вода по сравнению с другими жидкостями имеет бóльшую теплоёмкость и теплоту испарения, высокую температуру кипения и плавления, высокую теплопроводность. Наличие таких качеств позволяет воде активно участвовать в терморегуляции.

· Вода обладает низкой вязкостью и представляет собой подвижную жидкость. Причиной высокой подвижности воды является очень малое время существования водородных связей. Поэтому в воде постоянно происходит образование и разрушение большого количества водородных связей, что обусловливает данное свойство. Вследствие высокой текучести вода легко циркулирует по различным полостям организма (кровеносным и лимфатическим сосудам, межклеточным пространствам и т.д.).

· Благодаря выраженной полярности молекул воды в ней растворяются различные органические и неорганические вещества, имеющие тоже полярные молекулы. (Большинство химических соединений, входящих в живые организмы, обладают полярностью и поэтому хорошо растворяются в воде).

Биологическая роль воды

· Вода является универсальным растворителем. Большинство химических соединений организма растворимы в воде.

· Вода вследствие низкой вязкости легко перемещается по кровеносным и лимфатическим сосудам, по межклеточным пространствам и переносит растворимые в ней вещества. Таким образом вода выполняет транспортную функцию.

· Вода участвует в поддержании постоянства температуры тела, т.е. выполняет терморегуляторную функцию.

· Вода образует гидратную оболочку у высокомолекулярных соединений (белков, полисахаридов) и тем самым способствует их стабильности.

· Вода является активным участником обмена веществ. Например, расщепление пищевых веществ в процессе переваривания происходит исключительно путем гидролиза, т.е. с участием воды. Вода также является конечным продуктом ряда химических процессов, протекающих в организме. Большое количество воды (около 400 мл в сутки) образуется в процессе тканевого дыхания.

Обмен воды

Содержание воды в организме

Распределение воды в организме

Физико-химические свойства воды

Вода является жидкостью, обладающей уникальным сочетанием целого ряда важных физико-химических свойств.

Биологическая роль воды

· Вода участвует в поддержании постоянства температуры тела, т.е. выполняет терморегуляторную функцию.

Вода ( H 2 O ) — важнейшее неорганическое вещество клетки. Её содержание превышает содержание всех остальных химических соединений. Вода является главной частью цитоплазмы, она придаёт клетке объём, обеспечивает упругость, участвует во всех биохимических процессах. Все химические реакции происходят в водных растворах. Чем интенсивнее протекает в клетке обмен веществ, тем выше в ней содержание воды.

Вода заполняет пространства между клетками, она составляет основу клеточного сока в вакуолях. Транспорт веществ в живых организмах осуществляется в виде водных растворов.

Связи между атомами водорода и кислорода в молекуле воды полярные. Из-за большей электроотрицательности атома кислорода электроны общих электронных пар сдвинуты к нему. Поэтому на атоме кислорода имеется частичный отрицательный заряд, а на атомах водорода — частичные положительные заряды. Так как молекула воды имеет угловое строение, разные заряды в ней находятся у разных полюсов. Молекула полярная, она является диполем.

Полярные молекулы воды взаимодействуют между собой с образованием водородных связей, обуславливающих многие особенности физических и химических свойств вещества.

Вода — полярный растворитель , в ней растворяются другие полярные вещества. Такие вещества называют гидрофильными. К этой группе относятся многие соли, моно- и дисахариды, аминокислоты, минеральные кислоты. В растворённом состоянии молекулы или ионы веществ могут свободно двигаться, и они легче вступают в химические реакции.

Вещества, нерастворимые в воде, называются гидрофобными. К ним относятся жиры, многие белки и нуклеиновые кислоты. Гидрофобность некоторых веществ имеет важное значение для живых организмов (например, из таких веществ формируются клеточные мембраны)

У воды высокая теплоёмкость , т. е. способностью поглощать много тепла при незначительном возрастании собственной температуры. Высокая теплоёмкость сглаживает температурные колебания и защищает организмы от быстрого и сильного охлаждения или нагревания.

Вода имеет высокую теплоту парообразования , для её испарения необходима довольно большая энергия. Использование значительного количества энергии на разрыв водородных связей при испарении воды способствует её охлаждению. Это свойство воды предохраняет организмы от перегрева. Примеры: испарение воды листьями растений и выделение пота у животных.

У воды также высокая теплопроводность , которая обеспечивает быстрое распределение тепла по всему организму.

Вода не сжимается . Она создаёт тургорное давление и поддерживается упругость тканей и органов. У некоторых беспозвоночных (например, у круглых червей) полостная жидкость выполняет функцию гидростатического скелета.

У воды высокое поверхностное натяжение . Поэтому кровь движется по капиллярам у животных и поднимается по сосудам в растениях.

1. Вода является универсальным растворителем. Благодаря разной растворимости веществ в воде формируются плазматические мембраны.

2. Вода выполняет в живых организмах транспортную функцию. Вещества поступают в клетки и организмы, а также переносятся внутри них в виде водных растворов.

3. Вода участвует в биохимических реакциях, протекающих в клетке (гидролиз веществ), является источником кислорода и водорода при фотолизе в световую фазу фотосинтеза.

5. Вода является составной частью слизей, образующихся в органах дыхания и пищеварения, а также секретов некоторых желез и органов: пищеварительных соков, желчи, слюны, пота, слёз и т. д.

Читайте также: