წყლის ფუნქციები უჯრედში. წყლის ბიოლოგიური როლი უჯრედში რა როლს ასრულებს წყალი უჯრედის ცხოვრებაში?

უჯრედში წყლის მაღალი შემცველობა მისი აქტივობის ყველაზე მნიშვნელოვანი პირობაა. წყლის უმეტესი ნაწილის დაკარგვით, მრავალი ორგანიზმი იღუპება და რიგი ერთუჯრედიანი და მრავალუჯრედიანი ორგანიზმები დროებით კარგავენ სიცოცხლის ყველა ნიშანს. ამ მდგომარეობას ეწოდება შეჩერებული ანიმაცია. დატენიანების შემდეგ უჯრედები იღვიძებენ და კვლავ აქტიურდებიან.

წყლის მოლეკულა ელექტრული ნეიტრალურია. მაგრამ მოლეკულის შიგნით ელექტრული მუხტი ნაწილდება არათანაბრად: წყალბადის ატომების (უფრო ზუსტად, პროტონების) რეგიონში ჭარბობს დადებითი მუხტი, იმ რეგიონში, სადაც ჟანგბადი მდებარეობს, უარყოფითი მუხტის სიმკვრივე უფრო მაღალია. მაშასადამე, წყლის ნაწილაკი დიპოლურია. წყლის მოლეკულის დიპოლური თვისება ხსნის მის უნარს ორიენტირდეს ელექტრულ ველში და მიამაგროს სხვადასხვა მოლეკულებს და მოლეკულების ნაწილებს, რომლებიც ატარებენ მუხტს. შედეგად წარმოიქმნება ჰიდრატები. წყლის უნარი შექმნას ჰიდრატები განპირობებულია მისი უნივერსალური გამხსნელი თვისებებით. თუ წყლის მოლეკულების მიზიდვის ენერგია ნივთიერების მოლეკულებზე მეტია, ვიდრე წყლის მოლეკულებს შორის მიზიდულობის ენერგია, მაშინ ნივთიერება იხსნება. აქედან გამომდინარე, განასხვავებენ წყალში მაღალ ხსნად ჰიდროფილურ (ბერძნ. hydros - წყალი და phileo - სიყვარული) ნივთიერებებს (მაგალითად, მარილები, ტუტეები, მჟავები და ა. - შიში) ნივთიერებები, რთულად ან საერთოდ არ იხსნება წყალში (ცხიმები, ცხიმის მსგავსი ნივთიერებები, რეზინი და ა.შ.). უჯრედის მემბრანების შემადგენლობა მოიცავს ცხიმის მსგავს ნივთიერებებს, რომლებიც ზღუდავენ გადასვლას გარე გარემოდან უჯრედებზე და უკან, ასევე უჯრედის ერთი ნაწილიდან მეორეზე.

უჯრედში მიმდინარე რეაქციების უმეტესობა შეიძლება მოხდეს მხოლოდ წყალხსნარში. წყალი მრავალი რეაქციის უშუალო მონაწილეა. მაგალითად, ცილების, ნახშირწყლების და სხვა ნივთიერებების დაშლა ხდება ფერმენტების მიერ კატალიზებულ წყალთან მათი ურთიერთქმედების შედეგად. ასეთ რეაქციებს ჰიდროლიზის რეაქციებს უწოდებენ (ბერძნ. hydros - წყალი და lysis - გაყოფა).

წყალს აქვს მაღალი სითბოს ტევადობა და ამავე დროს შედარებით მაღალი თბოგამტარობა სითხეებისთვის. ეს თვისებები წყალს იდეალურ სითხედ აქცევს უჯრედებისა და ორგანიზმების თერმული წონასწორობის შესანარჩუნებლად.

წყალი უჯრედის ბიოქიმიური რეაქციების მთავარი საშუალებაა. ეს არის ფოტოსინთეზის დროს გამოთავისუფლებული ჟანგბადის და წყალბადის წყარო, რომელიც გამოიყენება ნახშირორჟანგის ასიმილაციის პროდუქტების აღსადგენად. და ბოლოს, წყალი არის ნივთიერებების ტრანსპორტირების მთავარი საშუალება ორგანიზმში (სისხლისა და ლიმფის ნაკადი, ხსნარების აღმავალი და დაღმავალი დინები მცენარეთა გემების გავლით) და უჯრედში.

უჯრედში შემავალი ყველა ნაერთი არ არის სპეციფიკური ცოცხალი ბუნებისთვის. ნივთიერებები, როგორიცაა წყალი ან მარილები, ფართოდ არის გავრცელებული ცოცხალი არსებების გარეთ. მაგრამ ორგანიზმებში და მათი სასიცოცხლო აქტივობის პროდუქტებში დიდი ხანია აღმოჩენილია ნახშირბადის შემცველი ნივთიერებების დიდი რაოდენობა, რომლებიც დამახასიათებელია მხოლოდ ცოცხალი უჯრედებისა და ორგანიზმებისთვის და ამიტომ უწოდებენ "ორგანულ ნივთიერებებს".

წყალი უნიკალური ნივთიერებაა. ის ჩვენს პლანეტაზე ყველგანაა გავრცელებული. შეეცადეთ წარმოიდგინოთ, როგორი იქნებოდა ჩვენი ცხოვრება H2O მოლეკულის გარეშე? და არაფერი წარმოსადგენია - ჩვენს პლანეტაზე სიცოცხლე არ იქნებოდა. ადამიანი 70% წყალია. რაც უფრო ახალგაზრდაა სხეული, მით მეტს შეიცავს და ასაკთან ერთად ეს რაოდენობა მცირდება. მაგალითად, ავიღოთ ემბრიონი - მასში H2O-ის პროცენტული მაჩვენებელი 90%-ია.

სტატიაში გეპატიჟებით ხაზგასმით აღვნიშნოთ ყველაფერი უჯრედში და დეტალურად განვიხილოთ თითოეული. მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ იგი შეიცავს ორ ფორმას: თავისუფალი და შეკრული. ამას ცოტა მოგვიანებით შევეხებით.

წყალი

ყველამ იცის, რომ წყალი ძალიან მნიშვნელოვან, უფრო სწორად, მთავარ როლს თამაშობს ჩვენს ცხოვრებაში. ამის გარეშე ჩვენი პლანეტა მკვდარი, უსიცოცხლო უდაბნო იქნებოდა. მეცნიერები ჯერ კიდევ სწავლობენ წყალს და მის როლს ადამიანის ორგანიზმში.

ჩვენ უკვე ვთქვით, რომ წყალი ჩვენს უჯრედებში გვხვდება თავისუფალი და შეკრული ფორმით. პირველი ემსახურება ნივთიერებების განაწილებას - უჯრედში და გარეთ გადატანას. და ბოლო შეინიშნება:

• ბოჭკოებს შორის;
• გარსები;
• ცილის მოლეკულები;
• ფიჭური სტრუქტურები.

უჯრედში თავისუფალი და შეკრული წყალი აუცილებლად ასრულებს გარკვეულ ფუნქციებს, რაზეც მოგვიანებით ვისაუბრებთ. ახლა კი რამდენიმე სიტყვა იმის შესახებ, თუ როგორ არის ორგანიზებული თავად H2O მოლეკულა.

მოლეკულა

დასაწყისისთვის, ავღნიშნოთ წყლის მოლეკულური ფორმულა: H2O. ეს არის ძალიან გავრცელებული ნივთიერება პლანეტაზე და უნდა გახსოვდეთ, რადგან წყლის მოლეკულური ფორმულა საკმაოდ ხშირად გვხვდება ცოდნის სხვადასხვა სფეროში. სხვათა შორის, ის გვხვდება ადამიანის ყველა ორგანოში, თუნდაც კბილის მინანქარსა და ძვლებში, თუმცა მისი პროცენტული მაჩვენებელი იქ ძალიან მცირეა - შესაბამისად 10% და 20%.

როგორც უკვე ვთქვით, რაც უფრო ახალგაზრდაა სხეული, მით მეტ წყალს შეიცავს. მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ ჩვენ ვიბერებით, რადგან ცილა ვერ აკავშირებს დიდი რაოდენობით წყალს. მაგრამ ეს მხოლოდ ჰიპოთეზაა.

ფუნქციები

ახლა მოდით გამოვყოთ უფრო მეტი მათგანი ქვემოთ მოცემული სიიდან:

• H2O შეიძლება იმოქმედოს როგორც გამხსნელი, რადგან თითქმის ყველა ქიმიური რეაქცია იონურია და ხდება წყალში. უნდა აღინიშნოს, რომ არსებობს ჰიდროფილური ნივთიერებები (რომლებიც ხსნიან, მაგალითად, ალკოჰოლს, შაქარს, ამინომჟავებს და ა.
• წყალს შეუძლია იმოქმედოს როგორც რეაგენტი.
• ასრულებს სატრანსპორტო, თერმორეგულატორულ და სტრუქტურულ ფუნქციებს.

ჩვენ ვთავაზობთ თითოეულ მათგანს ცალკე განხილვას. მოდით წავიდეთ თანმიმდევრობით, ჩვენს სიაში პირველი არის გამხსნელის ფუნქცია.

გამხსნელი

უჯრედში წყლის ფუნქციები მრავალრიცხოვანია, მაგრამ ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი არის მრავალი რეაქციის გაადვილება. H2O მოლეკულას შეუძლია იმოქმედოს როგორც გამხსნელი. უჯრედში წარმოქმნილი თითქმის ყველა რეაქცია იონურია, ანუ გარემო, რომელშიც ისინი შეიძლება მოხდეს არის წყალი.

Რეაგენტი

წყლის შემდეგი ფუნქციები უჯრედში არის მისი მონაწილეობა ორგანიზმში მიმდინარე ქიმიურ რეაქციებში, როგორც რეაგენტი. Ესენი მოიცავს:

• ჰიდროლიზი;
• პოლიმერიზაცია;
• ფოტოსინთეზი და ასე შემდეგ.

ახლა ცოტა ამის შესახებ ქიმიაში, ეს არის ნივთიერების სახელი, რომელიც მონაწილეობს ზოგიერთ ქიმიურ რეაქციაში. ყველაზე მნიშვნელოვანი ის არის, რომ მიუხედავად იმისა, რომ ის მონაწილეობს რეაქციაში, ის არ არის დამუშავების ობიექტი. რეაგენტები ლაბორატორიაში (ასევე უწოდებენ რეაგენტებს) საკმაოდ გავრცელებული მოვლენაა.

წყალი, როგორც რეაგენტი, მონაწილეობს ორგანიზმისთვის საჭირო სხვა ნივთიერებების შემადგენლობაში.

სატრანსპორტო ფუნქცია

რატომ ვცხოვრობთ? ჩვენი სხეული არსებობს მხოლოდ იმიტომ, რომ უჯრედები, რომლიდანაც ის შედგება, ცოცხალია. მათ უნდა მადლობა გადაუხადონ თავიანთ უნიკალურ სტრუქტურას და H2O მოლეკულის ზოგიერთ შესაძლებლობებს. უკვე აღვნიშნეთ, რომ წყალი ჩვენი სხეულის განუყოფელი ნაწილია და თითოეული უჯრედი შეიცავს ამ უნიკალურ მოლეკულებს, უფრო სწორად, პირველ ადგილზეა მისი შემადგენლობით.

წყლის სატრანსპორტო ფუნქცია უჯრედში არის H2O-ს კიდევ ერთი დანიშნულება ჩვენს ორგანიზმში. წყალს აქვს გარკვეული თვისება - შეღწევა უჯრედშორის სივრცეში, რის წყალობითაც საკვები ნივთიერებები შედის უჯრედში.

ასევე ღირს იმის ცოდნა, რომ სისხლი და ლიმფა ასევე შეიცავს წყალს და მის ნაკლებობას იწვევს გარკვეული შედეგები: სისხლჩაქცევები ან თრომბოზი.

თერმორეგულაცია

რა ფუნქციებია წყლის უჯრედში ჯერ არ გააზრებული? რა თქმა უნდა, თერმორეგულაცია. ჩვენ ვთქვით, რომ წყალს შეუძლია შეიწოვოს სითბო და შეინარჩუნოს იგი დიდი ხნის განმავლობაში. ამრიგად, H2O-ს შეუძლია დაიცვას უჯრედი ჰიპოთერმიისგან ან გადახურებისგან. თერმორეგულაციის ფუნქცია საჭიროა არა მხოლოდ ცალკეული უჯრედებისთვის, არამედ მთლიანად ორგანიზმისთვის.

სტრუქტურული ფუნქცია

ჩვენ უკვე ჩამოვთვალეთ ისინი, მაგრამ განსახილველი რჩება კიდევ ერთი მიზანი - უჯრედების სტრუქტურის შენარჩუნება.

ოდესმე გიცდიათ თხევადი წყლის შეკუმშვა? ლაბორატორიულ პირობებშიც კი ამის მიღწევა ძალიან რთულია. წყლის ეს თვისება აუცილებელია თითოეული უჯრედის ფორმისა და სტრუქტურის შესანარჩუნებლად.

დაიმახსოვრე სამუდამოდ: წყლის გარეშე სიცოცხლე შეუძლებელია. წყურვილს ვგრძნობთ, როდესაც ორგანიზმი კარგავს წყლის დაახლოებით 3%-ს, ხოლო 20%-ის დაკარგვით უჯრედები კვდება და, შესაბამისად, ადამიანიც. დააკვირდით რამდენ წყალს სვამთ.

წყლის თვისებები და მისი როლი უჯრედში:

უჯრედის ნივთიერებებს შორის პირველ ადგილზე წყალია. ის შეადგენს უჯრედის მასის დაახლოებით 80%-ს. წყალი ორმაგად მნიშვნელოვანია ცოცხალი ორგანიზმებისთვის, რადგან ის აუცილებელია არა მხოლოდ როგორც უჯრედების კომპონენტი, არამედ ბევრისთვის, როგორც ჰაბიტატი.

1. წყალი განსაზღვრავს უჯრედის ფიზიკურ თვისებებს – მის მოცულობას, ელასტიურობას.

2. ბევრი ქიმიური პროცესი ხდება მხოლოდ წყალხსნარში.

3. წყალი კარგი გამხსნელია: მრავალი ნივთიერება უჯრედში გარე გარემოდან წყალხსნარში შედის, წყალხსნარში კი უჯრედიდან ნარჩენი პროდუქტები ამოღებულია.

4. წყალს აქვს მაღალი სითბოს ტევადობა და თბოგამტარობა.

5. წყალს აქვს უნიკალური თვისება: როცა გაცივდება +4-დან 0 გრადუსამდე, ფართოვდება. აქედან გამომდინარე, ყინული უფრო მსუბუქია ვიდრე თხევადი წყალი და რჩება მის ზედაპირზე. ეს ძალიან მნიშვნელოვანია წყლის გარემოში მცხოვრები ორგანიზმებისთვის.

6. წყალი შეიძლება იყოს კარგი ლუბრიკანტი.

წყლის ბიოლოგიურ როლს განსაზღვრავს მისი მოლეკულების მცირე ზომით, მათი პოლარობითა და წყალბადის ბმებით ერთმანეთთან დაკავშირების უნარით.

წყლის ბიოლოგიური ფუნქციები:

ტრანსპორტი. წყალი უზრუნველყოფს უჯრედსა და სხეულში ნივთიერებების მოძრაობას, ნივთიერებების შეწოვას და მეტაბოლური პროდუქტების მოცილებას. ბუნებაში, წყალი ატარებს ნარჩენ პროდუქტებს ნიადაგსა და წყლის ობიექტებში.

მეტაბოლური. წყალი არის საშუალება ყველა ბიოქიმიური რეაქციისთვის, ელექტრონის დონორი ფოტოსინთეზის დროს; აუცილებელია მაკრომოლეკულების მათი მონომერების ჰიდროლიზი.

წყალი მონაწილეობს ორგანიზმში საპოხი სითხეებისა და ლორწოს, სეკრეციისა და წვენების წარმოქმნაში.

ძალიან მცირე გამონაკლისების გარდა (ძვლისა და კბილის მინანქარი), წყალი უჯრედის უპირატესი კომპონენტია. წყალი აუცილებელია უჯრედების მეტაბოლიზმისთვის (გაცვლისთვის), ვინაიდან ფიზიოლოგიური პროცესები ხდება ექსკლუზიურად წყალში. წყლის მოლეკულები მონაწილეობენ უჯრედის მრავალ ფერმენტულ რეაქციაში. მაგალითად, ცილების, ნახშირწყლების და სხვა ნივთიერებების დაშლა ხდება ფერმენტების მიერ კატალიზებულ წყალთან მათი ურთიერთქმედების შედეგად. ასეთ რეაქციებს ჰიდროლიზის რეაქციები ეწოდება.

წყალი წყალბადის იონების წყაროს წარმოადგენს ფოტოსინთეზის დროს. საკანში წყალი ორი ფორმითაა: თავისუფალი და შეკრული. თავისუფალი წყალი შეადგენს უჯრედის მთელი წყლის 95%-ს და გამოიყენება ძირითადად როგორც გამხსნელი და როგორც დისპერსიული საშუალება პროტოპლაზმის კოლოიდური სისტემისთვის. შეკრული წყალი, რომელიც უჯრედის მთლიანი წყლის მხოლოდ 4%-ს შეადგენს, წყალბადის ბმებით თავისუფლად არის დაკავშირებული ცილებთან.

მუხტების ასიმეტრიული განაწილების გამო, წყლის მოლეკულა მოქმედებს როგორც დიპოლური და, შესაბამისად, შეიძლება იყოს შეკრული როგორც დადებითად, ასევე უარყოფითად დამუხტული ცილების ჯგუფებით. წყლის მოლეკულის დიპოლური თვისება ხსნის მის უნარს ორიენტირდეს ელექტრულ ველში და მიამაგროს სხვადასხვა მოლეკულებს და მოლეკულების ნაწილებს, რომლებიც ატარებენ მუხტს. შედეგად წარმოიქმნება ჰიდრატები

მაღალი სითბური ტევადობის გამო წყალი შთანთქავს სითბოს და ამით ხელს უშლის უჯრედში ტემპერატურის უეცარ რყევებს. ორგანიზმში წყლის შემცველობა დამოკიდებულია მის ასაკზე და მეტაბოლურ აქტივობაზე. ის ყველაზე მაღალია ემბრიონში (90%) და თანდათან მცირდება ასაკთან ერთად. სხვადასხვა ქსოვილებში წყლის შემცველობა იცვლება მათი მეტაბოლური აქტივობის მიხედვით. მაგალითად, ტვინის ნაცრისფერ ნივთიერებაში 80%-მდე წყალია, ხოლო ძვლებში 20%-მდე. წყალი არის ნივთიერებების გადაადგილების მთავარი საშუალება ორგანიზმში (სისხლის ნაკადი, ლიმფა, ხსნარების აღმავალი და დაღმავალი დინები მცენარეთა გემების გავლით) და უჯრედში. წყალი ემსახურება როგორც "საპოხი", რომელიც აუცილებელია იქ, სადაც არის ხახვიანი ზედაპირები (მაგალითად, სახსრებში). წყალს აქვს მაქსიმალური სიმკვრივე 4°C-ზე. ამიტომ ყინული, რომელსაც უფრო დაბალი სიმკვრივე აქვს, წყალზე მსუბუქია და მის ზედაპირზე ცურავს, რაც წყალსაცავს ყინვისგან იცავს. წყლის ეს თვისება იხსნის მრავალი წყლის ორგანიზმის სიცოცხლეს.

ყველამ იცის, რომ წყალი ერთ-ერთ მთავარ როლს ასრულებს ადამიანის ცხოვრებაში და რომ მის გარეშე სიცოცხლე დედამიწაზე წარმოუდგენელია. სამყაროს შესწავლით და სხვადასხვა მეცნიერებების შესწავლით, ადამიანები იგებენ, რა ბიოლოგიური როლი აქვს წყალს უჯრედში და რამდენად მნიშვნელოვანია წყალი ნებისმიერი ორგანიზმის ფუნქციონირებისთვის.

წყალი (მოლეკულური ფორმულა H2O) დედამიწაზე ყველაზე გავრცელებული ნივთიერებაა. ის თითქმის ყველგან გვხვდება სხვადასხვა რაოდენობით. მაგალითად, კბილის მინანქარში ის 10%-ს იკავებს, მაგრამ განვითარებად ემბრიონში 90%-ზე მეტს შეადგენს. ადამიანის სხეული შეიცავს დაახლოებით 65% წყალს. მისით განსაკუთრებით გაჯერებულია ახალგაზრდა ორგანიზმების ქსოვილები.

ამრიგად, ბავშვის სხეული შეიცავს 70% სითხეს. არსებობს ჰიპოთეზაც კი, რომლის მიხედვითაც დაბერების მიზეზი არის ორგანიზმში არსებული ცილების უუნარობა დიდი მოცულობის წყლის შეკვრაში. ადამიანის ყველა ქსოვილი და ორგანო შეიცავს სითხეს. ძვლებშიც კი მისი არსებობა არის დაახლოებით 20%, ხოლო თავის ტვინში, ღვიძლში და კუნთებში ეს მაჩვენებელი 80%-მდე იზრდება.

სიცოცხლის ერთ-ერთი მთავარი ნიშანი მეტაბოლიზმია. ყველა სახის ნივთიერებათა ცვლა - ცილები, ნახშირწყლები, ცხიმები და სხვა - ასევე შეიცავს წყალს. მისი არსი მდგომარეობს ნაწლავებში და კუჭში სითხის შეწოვის პროცესში, რასაც მოჰყვება მისი განაწილება სხეულის ქსოვილებში და გამოიყოფა თირკმელების, კანისა და ფილტვების მეშვეობით.

ცოცხალი ქსოვილები შედგება უჯრედებისა და უჯრედშორისი ნივთიერებებისგან, რომლებიც წარმოადგენენ საკმაოდ რთულ სისტემას და მათი ნაწილი შეიცავს წყალს. ყოველივე ამის შემდეგ, ეს არის შესანიშნავი გამხსნელი ცოცხალი ნივთიერებების უმეტესობისთვის, რომლებიც ქმნიან ცოცხალ ორგანიზმს.

მისი წყალობით, წყლის გაცვლის დროს ხდება თერმორეგულაციის პროცესი. ასევე, არასაჭირო და მავნე მეტაბოლური პროდუქტები წყალთან ერთად ქრება.

ზემოაღნიშნულიდან შეგვიძლია დავასკვნათ, რა როლი აქვს წყალს უჯრედში:

1. უჯრედის ელასტიურობა შენარჩუნებულია. როდესაც უჯრედი კარგავს სითხეს, მაგალითად, ხილი შეიძლება გაშრეს ან ფოთლები გახმება.
2. ხდება ნივთიერებების გადაადგილება, მათ შორის არასაჭირო ელემენტების მოცილება.
3. ქიმიური რეაქციების დაჩქარება უზრუნველყოფილია ნივთიერებების სითხეში გახსნით.
4. მარილები და შაქარი იხსნება.
5. წყლის ნელ-ნელა გაცხელებისა და გაგრილების უნარის გამო იგი მონაწილეობს თერმორეგულაციაში.

თავისუფალი და შეკრული წყალი

წყლის როლი უჯრედის ცხოვრებაში, ალბათ, რთულია გადაჭარბებული. უფრო მეტიც, მეტაბოლიზმის უფრო მაღალი სიჩქარით, სითხის რაოდენობა იზრდება. საკანში წყალი შეიძლება იყოს შეკრული ან თავისუფალი. ეს უკანასკნელი შეიცავს ვაკუოლებს, უჯრედებს შორის არსებულ სივრცეებს, სხვადასხვა ორგანოების ღრუებსა და გემებს. ეს აუცილებელია იმისათვის, რომ ნივთიერებები გადავიდეს უჯრედში და მისგან გარე გარემოში.

ამ მოლეკულაში ელექტრონების უჩვეულო განლაგების გამო, მასში არის გარკვეული ელექტრული ასიმეტრია. იმის გამო, რომ ჟანგბადი უფრო ელექტროუარყოფითია, ის უფრო ძლიერად იზიდავს წყალბადს.

წყალი, როგორც გამხსნელი

მოლეკულების პოლარობის გამო, ისევე როგორც წყალბადის ბმების შექმნის უნარის გამო, წყალი ძალიან კარგი გამხსნელია იონური ნაერთებისთვის, როგორიცაა მარილები ან მჟავები. არაიონური (მაგრამ პოლარული) ნაერთები ასევე კარგად იხსნება სითხეში. ეს მოიცავს ნივთიერებებს, რომელთა მოლეკულები შეიცავს დამუხტულ (პოლარულ) ჯგუფებს, როგორიცაა ალკოჰოლი, შაქარი ან ამინომჟავები.

წყალი (H 2 O) არის უჯრედის ყველაზე მნიშვნელოვანი არაორგანული ნივთიერება. უჯრედში, რაოდენობრივი თვალსაზრისით, წყალი პირველ ადგილზეა სხვა ქიმიურ ნაერთებს შორის. წყალი ასრულებს სხვადასხვა ფუნქციას: ინარჩუნებს უჯრედის მოცულობას, ელასტიურობას, მონაწილეობს ყველა ქიმიურ რეაქციაში. ყველა ბიოქიმიური რეაქცია ხდება წყალხსნარებში. რაც უფრო მაღალია მეტაბოლური მაჩვენებელი კონკრეტულ უჯრედში, მით მეტ წყალს შეიცავს იგი.

Ყურადღებით!

საკანში წყალი ორი ფორმითაა: თავისუფალი და შეკრული.

უფასო წყალიმდებარეობს უჯრედშორის სივრცეებში, ჭურჭელში, ვაკუოლებში და ორგანოთა ღრუებში. ის ემსახურება ნივთიერებების გადატანას გარემოდან უჯრედში და პირიქით.
შეკრული წყალიარის ზოგიერთი უჯრედული სტრუქტურის ნაწილი, რომელიც მდებარეობს ცილის მოლეკულებს, გარსებს, ბოჭკოებს შორის და უკავშირდება ზოგიერთ ცილას.
წყალს აქვს მთელი რიგი თვისებები, რომლებიც ძალზე მნიშვნელოვანია ცოცხალი ორგანიზმებისთვის.

წყლის მოლეკულის სტრუქტურა

წყლის უნიკალური თვისებები განისაზღვრება მისი მოლეკულის სტრუქტურით.

წყლის ცალკეულ მოლეკულებს შორის იქმნება წყალბადის ბმები, რომლებიც განსაზღვრავენ წყლის ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებს.
ელექტრონების დამახასიათებელი განლაგება წყლის მოლეკულაში აძლევს მას ელექტრულ ასიმეტრიას. რაც უფრო ელექტროუარყოფითი ჟანგბადის ატომი იზიდავს წყალბადის ატომების ელექტრონებს უფრო ძლიერად, რის შედეგადაც წარმოიქმნება წყლის მოლეკულა. დიპოლი(აქვს პოლარობა). წყალბადის ორი ატომიდან თითოეულს აქვს ნაწილობრივ დადებითი მუხტი, ხოლო ჟანგბადის ატომს აქვს ნაწილობრივ უარყოფითი მუხტი.

ერთი წყლის მოლეკულის ჟანგბადის ატომის ნაწილობრივ უარყოფით მუხტს იზიდავს სხვა მოლეკულების წყალბადის ნაწილობრივ დადებითი ატომები. ამრიგად, თითოეული წყლის მოლეკულა მიდრეკილია დაკავშირებისკენ წყალბადის ბმაოთხი მეზობელი წყლის მოლეკულით.

წყლის თვისებები

ვინაიდან წყლის მოლეკულები პოლარულია, წყალს აქვს სხვა ნივთიერებების პოლარული მოლეკულების დაშლის თვისება.
წყალში ხსნად ნივთიერებებს უწოდებენ ჰიდროფილური(მარილები, შაქარი, მარტივი სპირტები, ამინომჟავები, არაორგანული მჟავები). როდესაც ნივთიერება გადადის ხსნარში, მისი მოლეკულები ან იონები უფრო თავისუფლად მოძრაობენ და, შესაბამისად, ნივთიერების რეაქტიულობა იზრდება.

წყალში უხსნად ნივთიერებებს უწოდებენ ჰიდროფობიური(ცხიმები, ნუკლეინის მჟავები, ზოგიერთი ცილა). ასეთ ნივთიერებებს შეუძლიათ შექმნან ინტერფეისები წყალთან, სადაც მრავალი ქიმიური რეაქცია ხდება. ამიტომ, ის ფაქტი, რომ წყალი არ ხსნის ზოგიერთ ნივთიერებას, ასევე ძალიან მნიშვნელოვანია ცოცხალი ორგანიზმებისთვის.

წყალს აქვს მაღალი სპეციფიკა სითბოს ტევადობა, ე.ი. თერმული ენერგიის შთანთქმის უნარი საკუთარი ტემპერატურის მინიმალური ზრდით. წყლის მოლეკულებს შორის არსებული მრავალრიცხოვანი წყალბადის ბმის დასაშლელად, დიდი რაოდენობით ენერგია უნდა შეიწოვოს. წყლის ეს თვისება უზრუნველყოფს ორგანიზმში თერმული ბალანსის შენარჩუნებას. წყლის დიდი სითბოს ტევადობა იცავს სხეულის ქსოვილებს ტემპერატურის სწრაფი და ძლიერი მატებისგან.
წყლის აორთქლებას საკმაოდ დიდი ენერგია სჭირდება. აორთქლების დროს წყალბადის ბმების გასატეხად მნიშვნელოვანი რაოდენობის ენერგიის გამოყენება ხელს უწყობს მის გაგრილებას. წყლის ეს თვისება იცავს ორგანიზმს გადახურებისგან.

მაგალითი:

ამის მაგალითებია ტრანსპირაცია მცენარეებში და ოფლიანობა ცხოველებში.

წყალს ასევე აქვს მაღალი თბოგამტარობა, რაც უზრუნველყოფს სითბოს ერთგვაროვან განაწილებას მთელს სხეულში.

Ყურადღებით!

მაღალი სპეციფიკური სითბოს ტევადობა და მაღალი თბოგამტარობაწყალს იდეალურ სითხედ აქცევს უჯრედებისა და ორგანიზმების თერმული წონასწორობის შესანარჩუნებლად.

წყალი პრაქტიკულად არ იკუმშება, ტურგორული წნევის შექმნა, უჯრედებისა და ქსოვილების მოცულობის და ელასტიურობის განსაზღვრა.

მაგალითი:

ჰიდროსტატიკური ჩონჩხი ინარჩუნებს ფორმას მრგვალ ჭიებში, მედუზაში და სხვა ორგანიზმებში.

მოლეკულების წებოვანი ძალების წყალობით, წყლის ზედაპირზე იქმნება ფილმი, რომელსაც აქვს ისეთი მახასიათებელი, როგორიცაა ზედაპირული დაძაბულობა.

მაგალითი:

ზედაპირული დაძაბულობის ძალის გამო ხდება კაპილარული სისხლის ნაკადის, მცენარეებში ხსნარების აღმავალი და დაღმავალი დინებები.

წყლის ფიზიოლოგიურად მნიშვნელოვან თვისებებს შორის არის მისი აირების დაშლის უნარი(O 2, CO 2 და ა.შ.).

წყალი ასევე არის ჟანგბადისა და წყალბადის წყარო, რომელიც გამოიყოფა ფოტოლიზის დროს ფოტოსინთეზის მსუბუქი ფაზის დროს.

წყლის ბიოლოგიური ფუნქციები

• წყალი უზრუნველყოფს უჯრედსა და სხეულში ნივთიერებების მოძრაობას, ნივთიერებების შეწოვას და მეტაბოლური პროდუქტების მოცილებას. ბუნებაში, წყალი ატარებს ნარჩენ პროდუქტებს ნიადაგსა და წყლის ობიექტებში.
• წყალი მეტაბოლური რეაქციების აქტიური მონაწილეა.
• წყალი მონაწილეობს ორგანიზმში საპოხი სითხეებისა და ლორწოს, სეკრეციისა და წვენების წარმოქმნაში (ეს სითხეები გვხვდება ხერხემლიანების სახსრებში, პლევრის ღრუში, პერიკარდიუმის პარკში).
• წყალი ლორწოს ნაწილია, რომელიც აადვილებს ნივთიერებების მოძრაობას ნაწლავებში და ქმნის ტენიან გარემოს სასუნთქი გზების ლორწოვან გარსებზე. ზოგიერთი ჯირკვლისა და ორგანოს მიერ გამოყოფილი სეკრეცია ასევე წყალზეა: ნერწყვი, ცრემლი, ნაღველი, სპერმა და ა.შ.