Fungsi air dalam sel. Peran biologis air dalam sel. Apa peran air dalam kehidupan sel?

Kandungan air yang tinggi dalam suatu sel merupakan syarat terpenting bagi aktivitasnya. Dengan hilangnya sebagian besar air, banyak organisme mati, dan sejumlah organisme uniseluler dan bahkan multiseluler kehilangan semua tanda-tanda kehidupannya untuk sementara. Keadaan ini disebut mati suri. Setelah terhidrasi, sel-sel terbangun dan menjadi aktif kembali.

Molekul air bersifat netral secara listrik. Tetapi muatan listrik di dalam molekul terdistribusi secara tidak merata: muatan positif mendominasi di wilayah atom hidrogen (lebih tepatnya proton), sedangkan di wilayah di mana oksigen berada, kerapatan muatan negatif lebih tinggi. Oleh karena itu, partikel air adalah dipol. Sifat dipol molekul air menjelaskan kemampuannya untuk mengorientasikan dirinya dalam medan listrik dan menempel pada berbagai molekul dan bagian molekul yang membawa muatan. Akibatnya, hidrat terbentuk. Kemampuan air untuk membentuk hidrat disebabkan oleh sifat pelarutnya yang universal. Jika energi tarik menarik molekul air terhadap molekul suatu zat lebih besar daripada energi tarik menarik antar molekul air, maka zat tersebut akan larut. Tergantung pada ini, perbedaan dibuat antara zat hidrofilik (Yunani hidros - air dan phileo - cinta) yang sangat larut dalam air (misalnya, garam, basa, asam, dll.), dan hidrofobik (Yunani hidros - air dan phobos - takut) zat yang sulit atau tidak larut sama sekali dalam air (lemak, zat mirip lemak, karet, dll). Komposisi membran sel meliputi zat seperti lemak yang membatasi transisi dari lingkungan luar ke sel dan sebaliknya, serta dari satu bagian sel ke bagian sel lainnya.

Kebanyakan reaksi yang terjadi di dalam sel hanya dapat terjadi dalam larutan air. Air adalah partisipan langsung dalam banyak reaksi. Misalnya, pemecahan protein, karbohidrat, dan zat lain terjadi akibat interaksinya dengan air yang dikatalisis oleh enzim. Reaksi seperti ini disebut reaksi hidrolisis (Yunani hidros - air dan lisis - pemisahan).

Air memiliki kapasitas panas yang tinggi dan pada saat yang sama konduktivitas termal yang relatif tinggi untuk cairan. Sifat-sifat ini menjadikan air sebagai cairan ideal untuk menjaga keseimbangan termal sel dan organisme.

Air adalah media utama untuk reaksi biokimia sel. Ini adalah sumber oksigen yang dilepaskan selama fotosintesis dan hidrogen, yang digunakan untuk mereduksi produk asimilasi karbon dioksida. Dan terakhir, air merupakan alat pengangkut utama zat-zat di dalam tubuh (aliran darah dan getah bening, arus naik dan turun larutan melalui pembuluh tumbuhan) dan di dalam sel.

Tidak semua senyawa yang terkandung dalam sel bersifat khusus untuk makhluk hidup. Zat seperti air atau garam tersebar luas di luar makhluk hidup. Namun dalam organisme dan produk aktivitas vitalnya, sejumlah besar zat yang mengandung karbon telah lama ditemukan, yang hanya merupakan karakteristik sel dan organisme hidup dan oleh karena itu disebut “zat organik”.

Air adalah zat yang unik. Itu didistribusikan ke mana saja di planet kita. Coba bayangkan bagaimana jadinya hidup kita tanpa molekul H2O? Dan tidak ada yang bisa dibayangkan - tidak akan ada kehidupan di planet kita. Manusia adalah 70% air. Semakin muda tubuh, semakin banyak kandungannya, dan seiring bertambahnya usia, jumlah ini semakin berkurang. Misalnya, mari kita ambil embrio - persentase H2O di dalamnya adalah 90%.

Dalam artikel tersebut, kami mengundang Anda untuk menyorot semua yang ada di sel dan mempertimbangkan masing-masing secara mendetail. Penting untuk disebutkan bahwa hal itu terkandung di sana dalam dua bentuk: bebas dan terikat. Kita akan membahasnya nanti.

Air

Semua orang tahu bahwa air memainkan peran yang sangat penting, atau lebih tepatnya, peran penting dalam kehidupan kita. Tanpanya, planet kita akan menjadi gurun yang mati dan tak bernyawa. Para ilmuwan masih mempelajari air dan perannya dalam tubuh manusia.

Kami telah mengatakan bahwa air ditemukan di sel kita dalam bentuk bebas dan terikat. Yang pertama berfungsi untuk mendistribusikan zat - untuk mentransfernya ke dalam dan ke luar sel. Dan yang terakhir diamati:

antar serat;
membran;
molekul protein;
struktur seluler.

Baik air bebas maupun air terikat di dalam sel memiliki fungsi tertentu, yang akan kita bahas nanti. Dan sekarang beberapa kata tentang bagaimana molekul H2O itu sendiri tersusun.

Molekul

Untuk memulainya, mari kita nyatakan rumus molekul air: H2O. Ini adalah zat yang sangat umum di planet ini, dan Anda harus mengingatnya, karena rumus molekul air cukup sering ditemukan di berbagai bidang ilmu pengetahuan. Omong-omong, ini ditemukan di semua organ manusia, bahkan di email gigi dan tulang, meskipun persentasenya sangat kecil - masing-masing 10% dan 20%.

Seperti yang sudah kami sampaikan, semakin muda tubuh, semakin banyak pula air yang dikandungnya. Para ilmuwan berpendapat bahwa kita menua karena protein tidak dapat mengikat air dalam jumlah besar. Namun ini hanyalah hipotesis.

Fungsi

Sekarang mari kita soroti lebih banyak lagi dengan jelas dari daftar di bawah ini:

H2O dapat bertindak sebagai pelarut, karena hampir semua reaksi kimia bersifat ionik dan terjadi dalam air. Perlu diperhatikan bahwa ada zat yang bersifat hidrofilik (yang larut misalnya alkohol, gula, asam amino, dan sebagainya), tetapi ada juga yang bersifat hidrofobik (asam lemak, selulosa, dan lain-lain).
Air dapat bertindak sebagai reagen.
Melakukan fungsi transportasi, termoregulasi dan struktural.

Kami mengusulkan untuk mempertimbangkan masing-masing secara terpisah. Mari kita urutkan, yang pertama dalam daftar kita adalah fungsi pelarut.

Pelarut

Fungsi air dalam sel sangat banyak, namun salah satu yang paling penting adalah membantu memfasilitasi banyak reaksi. Molekul H2O dapat bertindak sebagai pelarut. Hampir semua reaksi yang terjadi di dalam sel bersifat ionik, artinya media terjadinya reaksi tersebut adalah air.

Reagen

Fungsi air dalam sel selanjutnya adalah ikut serta dalam reaksi kimia yang terjadi di dalam tubuh sebagai reagen. Ini termasuk:

hidrolisis;
polimerisasi;
fotosintesis dan sebagainya.

Sekarang sedikit tentang itu. Dalam kimia, ini adalah nama zat yang berpartisipasi dalam beberapa reaksi kimia. Yang paling penting adalah meskipun ia ikut serta dalam reaksi, ia bukanlah objek pemrosesan. Reagen di laboratorium (disebut juga reagen) merupakan fenomena yang cukup umum terjadi.

Air, sebagai reagen, terlibat dalam komposisi zat lain yang dibutuhkan tubuh.

Fungsi transportasi

Mengapa kita hidup? Tubuh kita ada hanya karena sel-sel yang menyusunnya hidup. Dan mereka harus berterima kasih pada struktur uniknya dan beberapa kemampuan molekul H2O. Kami telah menyebutkan bahwa air adalah bagian integral dari tubuh kita, dan setiap sel mengandung molekul unik ini, atau lebih tepatnya, menempati urutan pertama dalam komposisinya.

Fungsi pengangkutan air dalam sel adalah tujuan lain H2O dalam tubuh kita. Air memiliki ciri tertentu - penetrasi ke dalam ruang antar sel, berkat nutrisi yang masuk ke dalam sel.

Perlu juga diketahui bahwa darah dan getah bening juga mengandung air, dan kekurangan air menyebabkan beberapa konsekuensi: perdarahan atau trombosis.

Termoregulasi

Apa fungsi air dalam sel yang belum kita ketahui? Tentu saja, termoregulasi. Kami mengatakan bahwa air dapat menyerap panas dan menahannya dalam waktu lama. Dengan demikian, H2O dapat melindungi sel dari hipotermia atau panas berlebih. Fungsi termoregulasi diperlukan tidak hanya untuk sel individu, tetapi juga untuk seluruh organisme secara keseluruhan.

Fungsi struktural

Kami telah mencantumkannya, tetapi tujuan lain masih harus dibahas - menjaga struktur sel.

Pernahkah Anda mencoba mengompres air cair? Bahkan dalam kondisi laboratorium hal ini sangat sulit dicapai. Sifat air ini diperlukan untuk menjaga bentuk dan struktur setiap sel.

Ingatlah selamanya: tanpa air, kehidupan tidak mungkin terjadi. Kita mengalami rasa haus ketika tubuh kehilangan sekitar 3% air, dan dengan kehilangan 20%, sel-sel mati, dan akibatnya, manusia juga mati. Perhatikan berapa banyak air yang Anda minum.

Sifat-sifat air dan perannya dalam sel:

Yang pertama di antara zat-zat sel adalah air. Itu membuat sekitar 80% dari massa sel. Air sangat penting bagi organisme hidup, karena air diperlukan tidak hanya sebagai komponen sel, tetapi juga sebagai habitat bagi banyak organisme.

1. Air menentukan sifat fisik sel - volumenya, elastisitasnya.

2. Banyak proses kimia hanya terjadi dalam larutan air.

3. Air adalah pelarut yang baik: banyak zat masuk ke dalam sel dari lingkungan luar dalam larutan air, dan dalam larutan air, produk limbah dikeluarkan dari sel.

4. Air memiliki kapasitas panas dan konduktivitas termal yang tinggi.

5. Air memiliki sifat unik: ketika didinginkan dari +4 hingga 0 derajat, ia mengembang. Oleh karena itu, es ternyata lebih ringan dari air cair dan tetap berada di permukaannya. Hal ini sangat penting bagi organisme yang hidup di lingkungan perairan.

6. Air bisa menjadi pelumas yang baik.

Peran biologis air ditentukan oleh kecilnya ukuran molekulnya, polaritasnya, dan kemampuannya untuk terhubung satu sama lain melalui ikatan hidrogen.

Fungsi biologis air:

mengangkut. Air memastikan pergerakan zat dalam sel dan tubuh, penyerapan zat dan pembuangan produk metabolisme. Di alam, air membawa produk limbah ke dalam tanah dan badan air.

metabolik. Air adalah media untuk semua reaksi biokimia, donor elektron selama fotosintesis; perlu untuk hidrolisis makromolekul menjadi monomernya.

Air terlibat dalam pembentukan cairan pelumas dan lendir, sekresi dan cairan dalam tubuh.

Dengan sedikit pengecualian (tulang dan email gigi), air merupakan komponen utama sel. Air diperlukan untuk metabolisme (pertukaran) sel, karena proses fisiologis terjadi secara eksklusif di lingkungan berair. Molekul air terlibat dalam banyak reaksi enzimatik sel. Misalnya, pemecahan protein, karbohidrat, dan zat lain terjadi akibat interaksinya dengan air yang dikatalisis oleh enzim. Reaksi seperti ini disebut reaksi hidrolisis.

Air berfungsi sebagai sumber ion hidrogen selama fotosintesis. Air dalam sel ada dalam dua bentuk: bebas dan terikat. Air bebas membentuk 95% dari seluruh air di dalam sel dan digunakan terutama sebagai pelarut dan sebagai media pendispersi untuk sistem koloid protoplasma. Air terikat, yang hanya berjumlah 4% dari total air di dalam sel, terikat secara longgar ke protein melalui ikatan hidrogen.

Karena distribusi muatan yang asimetris, molekul air bertindak sebagai dipol dan oleh karena itu dapat diikat oleh gugus protein yang bermuatan positif dan negatif. Sifat dipol molekul air menjelaskan kemampuannya untuk mengorientasikan dirinya dalam medan listrik dan menempel pada berbagai molekul dan bagian molekul yang membawa muatan. Akibatnya, hidrat terbentuk

Karena kapasitas panasnya yang tinggi, air menyerap panas dan dengan demikian mencegah fluktuasi suhu yang tiba-tiba di dalam sel. Kandungan air dalam tubuh tergantung pada usia dan aktivitas metabolisme. Tingkat tertinggi terjadi pada embrio (90%) dan secara bertahap menurun seiring bertambahnya usia. Kadar air pada berbagai jaringan bervariasi tergantung pada aktivitas metabolismenya. Misalnya, di materi abu-abu otak terdapat hingga 80% air, dan di tulang hingga 20%. Air merupakan sarana utama pergerakan zat-zat di dalam tubuh (aliran darah, getah bening, arus naik dan turun larutan melalui pembuluh tumbuhan) dan di dalam sel. Air berfungsi sebagai “pelumas”, diperlukan dimanapun terdapat permukaan yang bergesekan (misalnya pada sambungan). Air mempunyai massa jenis maksimum pada suhu 4°C. Oleh karena itu, es, yang memiliki kepadatan lebih rendah, lebih ringan dari air dan mengapung di permukaannya, sehingga melindungi reservoir dari pembekuan. Sifat air ini menyelamatkan nyawa banyak organisme akuatik.

Semua orang tahu bahwa air memainkan salah satu peran paling penting dalam kehidupan manusia dan tanpa air, kehidupan di Bumi tidak akan terpikirkan. Menjelajahi dunia dan mempelajari berbagai ilmu pengetahuan, orang mempelajari apa peran biologis air dalam sel dan betapa pentingnya air bagi berfungsinya organisme apa pun.

Air (rumus molekul H2O) adalah zat yang paling melimpah di bumi. Hal ini ditemukan hampir di mana-mana dalam jumlah yang bervariasi. Misalnya, pada email gigi, ia menempati 10%, tetapi pada embrio yang sedang berkembang, ia menempati lebih dari 90%. Tubuh manusia mengandung sekitar 65% air. Jaringan organisme muda sangat jenuh dengannya.

Jadi, tubuh bayi mengandung 70% cairan. Bahkan ada hipotesis yang menyatakan bahwa penyebab penuaan adalah ketidakmampuan protein dalam tubuh untuk mengikat air dalam jumlah besar. Semua jaringan dan organ manusia mengandung cairan. Bahkan di tulang, keberadaannya kira-kira 20%, dan di otak, hati, dan otot angka ini meningkat hingga 80%.

Salah satu tanda utama kehidupan adalah metabolisme. Semua jenis metabolisme - protein, karbohidrat, lemak dan lain-lain - juga termasuk air. Esensinya terletak pada proses penyerapan cairan di usus dan lambung, dilanjutkan dengan distribusinya ke jaringan tubuh dan ekskresi melalui ginjal, kulit dan paru-paru.

Jaringan hidup terdiri dari sel dan zat antar sel, yang merupakan sistem yang agak kompleks, dan beberapa bagiannya mengandung air. Bagaimanapun, ini adalah pelarut yang sangat baik untuk sebagian besar zat hidup yang membentuk organisme hidup.

Berkat dia, proses termoregulasi terjadi selama pertukaran air. Selain itu, produk metabolisme yang tidak perlu dan berbahaya akan hilang bersama air.

Dari penjelasan di atas kita dapat menyimpulkan apa peran air dalam sel:

Elastisitas sel tetap terjaga. Ketika sel kehilangan cairan, misalnya, buah bisa mengering atau daun layu.
Zat dipindahkan, termasuk menghilangkan unsur-unsur yang tidak diperlukan.
Percepatan reaksi kimia dipastikan dengan melarutkan zat dalam cairan.
Garam dan gula larut.
Karena kemampuan air untuk memanas dan mendingin secara perlahan, ia berpartisipasi dalam termoregulasi.

Air bebas dan terikat

Peran air dalam kehidupan sel mungkin sulit ditaksir terlalu tinggi. Apalagi dengan laju metabolisme yang lebih tinggi, jumlah cairan pun meningkat. Air dalam sel dapat terikat atau bebas. Yang terakhir ini terkandung dalam vakuola, ruang antar sel, rongga berbagai organ, dan pembuluh darah. Hal ini diperlukan untuk mentransfer zat ke dalam sel dan dari sel ke lingkungan luar.

Karena susunan elektron yang tidak biasa dalam molekul ini, terdapat beberapa asimetri listrik di dalamnya. Karena oksigen lebih elektronegatif, ia menarik hidrogen lebih kuat.

Air sebagai pelarut

Karena polaritas molekulnya, serta kemampuannya untuk membentuk ikatan hidrogen, air merupakan pelarut yang sangat baik untuk senyawa ionik, seperti garam atau asam. Senyawa nonionik (tetapi polar) juga larut dengan baik dalam cairan. Ini termasuk zat yang molekulnya mengandung gugus bermuatan (polar), seperti alkohol, gula, atau asam amino.

Air (H 2 O) adalah zat anorganik terpenting dalam sel. Dalam sebuah sel, secara kuantitatif, air menempati urutan pertama di antara senyawa kimia lainnya. Air melakukan berbagai fungsi: menjaga volume, elastisitas sel, berpartisipasi dalam semua reaksi kimia. Semua reaksi biokimia terjadi dalam larutan air. Semakin tinggi laju metabolisme suatu sel, semakin banyak air yang dikandungnya.

Perhatian!

Air dalam sel ada dalam dua bentuk: bebas dan terikat.

Air gratis terletak di ruang antar sel, pembuluh darah, vakuola, dan rongga organ. Berfungsi untuk mengangkut zat dari lingkungan ke dalam sel dan sebaliknya.
Air terikat adalah bagian dari beberapa struktur seluler, terletak di antara molekul protein, membran, serat dan terhubung ke beberapa protein.
Air memiliki sejumlah sifat yang sangat penting bagi organisme hidup.

Struktur molekul air

Sifat unik air ditentukan oleh struktur molekulnya.

Ikatan hidrogen terbentuk antara molekul air individu, yang menentukan sifat fisik dan kimia air.
Susunan karakteristik elektron dalam molekul air menyebabkan asimetri listrik. Atom oksigen yang lebih elektronegatif menarik elektron atom hidrogen lebih kuat, sehingga menghasilkan molekul air dipol(memiliki polaritas). Masing-masing dari dua atom hidrogen mempunyai muatan positif sebagian, dan atom oksigen membawa muatan sebagian negatif.

Muatan sebagian negatif atom oksigen suatu molekul air ditarik oleh atom hidrogen sebagian positif dari molekul lain. Jadi, setiap molekul air cenderung terhubung ikatan hidrogen dengan empat molekul air yang berdekatan.

Sifat-sifat air

Karena molekul air bersifat polar, air mempunyai sifat melarutkan molekul polar zat lain.
Zat yang larut dalam air disebut hidrofilik(garam, gula, alkohol sederhana, asam amino, asam anorganik). Ketika suatu zat dimasukkan ke dalam larutan, molekul atau ionnya dapat bergerak lebih bebas sehingga reaktivitas zat tersebut meningkat.

Zat yang tidak larut dalam air disebut hidrofobik(lemak, asam nukleat, beberapa protein). Zat-zat tersebut dapat membentuk antarmuka dengan air di mana banyak reaksi kimia terjadi. Oleh karena itu, fakta bahwa air tidak melarutkan zat tertentu juga sangat penting bagi organisme hidup.

Air mempunyai kekhususan yang tinggi kapasitas panas, yaitu kemampuan menyerap energi panas dengan peningkatan minimal suhunya sendiri. Untuk memutus banyak ikatan hidrogen yang ada di antara molekul air, sejumlah besar energi harus diserap. Sifat air ini memastikan terpeliharanya keseimbangan termal dalam tubuh. Kapasitas panas air yang besar melindungi jaringan tubuh dari kenaikan suhu yang cepat dan kuat.
Untuk menguapkan air diperlukan energi yang cukup besar. Penggunaan sejumlah besar energi untuk memutus ikatan hidrogen selama penguapan membantu mendinginkannya. Sifat air ini melindungi tubuh dari panas berlebih.

Contoh:

Contohnya termasuk transpirasi pada tumbuhan dan keringat pada hewan.

Air juga memiliki konduktivitas termal yang tinggi, memastikan distribusi panas yang merata ke seluruh tubuh.

Perhatian!

Kapasitas panas spesifik yang tinggi dan konduktivitas termal yang tinggi menjadikan air sebagai cairan ideal untuk menjaga keseimbangan termal sel dan organisme.

Air praktis tidak menyusut, menciptakan tekanan turgor, menentukan volume dan elastisitas sel dan jaringan.

Contoh:

Kerangka hidrostatik mempertahankan bentuknya pada cacing gelang, ubur-ubur, dan organisme lainnya.

Berkat kekuatan perekat molekul, sebuah film tercipta di permukaan air, yang memiliki karakteristik seperti tegangan permukaan.

Contoh:

Karena kekuatan tegangan permukaan, aliran darah kapiler, arus naik dan turun larutan pada tumbuhan terjadi.

Di antara sifat-sifat air yang penting secara fisiologis adalah sifatnya kemampuan untuk melarutkan gas(O 2, CO 2, dll).

Air juga merupakan sumber oksigen dan hidrogen yang dilepaskan selama fotolisis selama fase cahaya fotosintesis.

Fungsi biologis air

Air memastikan pergerakan zat dalam sel dan tubuh, penyerapan zat dan pembuangan produk metabolisme. Di alam, air membawa produk limbah ke dalam tanah dan badan air.
Air adalah peserta aktif dalam reaksi metabolisme.
Air terlibat dalam pembentukan cairan pelumas dan lendir, sekresi dan cairan dalam tubuh (cairan ini ditemukan di persendian vertebrata, di rongga pleura, di kantung perikardial).
Air merupakan bagian dari lendir yang memperlancar pergerakan zat melalui usus dan menciptakan lingkungan lembab pada selaput lendir saluran pernafasan. Sekresi yang dikeluarkan oleh beberapa kelenjar dan organ juga berbahan dasar air: air liur, air mata, empedu, sperma, dll.