Су – жер бетіндегі және тірі ағзалардағы ең көп таралған қосылыс. Жасушалардағы судың мөлшері зат алмасу процестерінің сипатына байланысты: олар неғұрлым қарқынды болса, соғұрлым су мөлшері жоғары болады.

Ересек адамның жасушаларында орта есеппен 60-70% су болады. Судың 20% жоғалған кезде организмдер өледі. Адам сусыз 7 күннен артық, тамақсыз 40 күннен артық өмір сүре алмайды.

Күріш. 4.1. Су молекуласының кеңістіктік құрылымы (H 2 O) және сутектік байланыстың түзілуі

Су молекуласы (H 2 O) оттегі атомдарымен ковалентті байланысқан екі сутегі атомынан тұрады. Молекула полярлы, өйткені ол бұрышта иілген және оттегі атомының ядросы ортақ электрондарды осы бұрышқа қарай тартады, осылайша оттегі ішінара теріс зарядқа, ал ашық ұштардағы сутегі атомдары жартылай оң зарядтарға ие болады. Су молекулалары бір-біріне оң және теріс зарядтар арқылы тартылып, түзуге қабілетті сутектік байланыс (4.1-сурет).

Су молекулаларының бірегей құрылымына және олардың бір-бірімен байланысу қабілетіне байланысты сутектік байланыстарсудың оны анықтайтын бірқатар қасиеттері бар маңызды рөлжасушада және денеде.

Сутегі байланыстары салыстырмалы түрде жоғары қайнау және булану температурасын, судың жоғары жылу сыйымдылығы мен жылу өткізгіштігін және әмбебап еріткіш қасиетін тудырады.

Сутектік байланыс коваленттік байланысқа қарағанда 15-20 есе әлсіз. В сұйық күйсутектік байланыстар түзіледі немесе үзіледі, бұл су молекулаларының қозғалысын, оның сұйықтығын тудырады.

H 2 O биологиялық рөлі

Су анықтайды физикалық қасиеттеріжасушалар – оның көлемі, серпімділігі (тургор). Жасушада 95-96% бос су және 4-5% байланысқан су болады.Байланысқан су белгілі бір қосылыстардың (мысалы, белоктардың) айналасында су (сольвация) қабықшаларын түзіп, олардың бір-бірімен әрекеттесуіне жол бермейді.

Тегін сукөптеген бейорганикалық және органикалық полярлы заттар үшін жақсы еріткіш болып табылады. Суда тез еритін заттар деп аталады гидрофильді. Мысалы, спирттер, қышқылдар, газдар, натрий, калий тұздарының көпшілігі және т.б. Гидрофильді заттар үшін олардың атомдары арасындағы байланыс энергиясы осы атомдардың су молекулаларына тартылу энергиясынан аз. Сондықтан олардың молекулалары немесе иондары оңай енеді ортақ жүйесудың сутектік байланыстары.

Әмбебап еріткіш ретінде су көпшілік сияқты өте маңызды рөл атқарады химиялық реакцияларсулы ерітінділерде кездеседі. Заттардың жасушаға енуі және одан қалдық өнімдерді шығару көп жағдайда тек еріген күйінде мүмкін болады.

Су полярлы емес (зарядсыз) заттарды ерітпейді, өйткені олармен сутектік байланыс түзе алмайды. Суда ерімейтін заттар деп аталады гидрофобты ... Оларға майлар, май тәрізді заттар, полисахаридтер, каучук жатады.

Кейбір органикалық молекулалардың екі жақты қасиеттері бар: олардың кейбір бөліктерінде полярлық топтар, ал басқаларында полюссіз топтар орналасқан. Мұндай заттар деп аталады амфипатикалық немесе амфифилді... Оларға ақуыздар, май қышқылдары, фосфолипидтер, нуклеин қышқылдары... Амфифилді қосылыстар биологиялық мембраналарды, күрделі супрамолекулалық құрылымдарды ұйымдастыруда маңызды рөл атқарады.

Су реакцияларға тікелей қатысады гидролиз- органикалық қосылыстардың бөлінуі. Бұл жағдайда арнайы ферменттердің әсерінен бос валенттіліктерге органикалық молекулалар OH иондарымен қосылады - және Х + су. Нәтижесінде жаңа қасиеттері бар жаңа заттар түзіледі.

Судың жоғары жылу сыйымдылығы (яғни өз температурасының шамалы өзгеруі кезінде жылуды сіңіру қабілеті) және жақсы жылу өткізгіштігі бар. Осы қасиеттердің арқасында жасушаның (және дененің) ішіндегі температура қоршаған орта температурасының айтарлықтай өзгеруімен белгілі бір деңгейде сақталады.

Маңызды биологиялық маңызыөсімдіктердің, суық қанды жануарлардың жұмыс істеуі үшін еріген заттардың (көмірсулар, глицерин) әсерінен су өзінің қасиеттерін, атап айтқанда қату және қайнау температураларын өзгерте алатын фактісі бар.

Судың қасиеттерінің тірі организмдер үшін маңыздылығы сонша, біз білетін тіршіліктің бар болуын тек Жерде ғана емес, сонымен қатар кез келген басқа планетада жеткілікті мөлшерде сусыз елестету мүмкін емес.

МИНЕРАЛДЫ ТҰЗДАР

Ерітілген немесе ерімейтін болуы мүмкін. Судағы ерітіндідегі минералды тұздардың молекулалары катиондар мен аниондарға ыдырайды.

Өсімдіктердің әртүрлі мүшелеріндегі су мөлшері өте кең шектерде өзгереді. Ол қоршаған орта жағдайларына, жасына және өсімдік түріне байланысты өзгереді. Сонымен, салат жапырақтарында су мөлшері 93-95%, жүгеріде 75-77% құрайды. Судың мөлшері әр түрлі өсімдік мүшелерінде бірдей емес: күнбағыстың жапырақтарында 80-83%, сабағында 87-89%, тамырында 73-75% болады. Судың мөлшері 6-11%-ға тең, негізінен тіршілік процестері тежелетін ауада кептірілген тұқымдарға тән.

Су тірі жасушаларда, өлі ксилема элементтерінде және жасушааралық кеңістікте болады. Жасушааралық кеңістікте су бу күйінде болады. Өсімдіктің негізгі булану мүшелері - жапырақтар. Осыған байланысты судың ең көп мөлшері жапырақтардың жасушааралық кеңістіктерін толтыратыны табиғи нәрсе. Су сұйық күйде болады әртүрлі бөліктержасушалар: жасуша мембранасы, вакуоль, протоплазма. Вакуольдер жасушаның суға ең бай бөлігі болып табылады, онда оның мөлшері 98% жетеді. Судың ең көп мөлшерімен протоплазмадағы су мөлшері 95% құрайды. Ең аз мазмұнсу жасуша мембраналарына тән. Жасуша мембраналарындағы судың мөлшерін анықтау қиын; шамасы, ол 30-дан 50% дейін ауытқиды.

Судың формалары әртүрлі бөліктерөсімдік жасушалары да әртүрлі. Вакуольді жасуша шырынында салыстырмалы түрде төмен молекулалық қосылыстар (осмостық байланысқан) және бос су ұстайтын су басым болады. Өсімдік жасушасының қабығында су негізінен жоғары полимерлі қосылыстармен (целлюлоза, гемицеллюлоза, пектинді заттар), яғни коллоидты байланысқан сумен байланысады. Цитоплазманың өзінде бос су, коллоидты және осмостық байланысқан. Белок молекуласының бетінен 1 нм-ге дейінгі қашықтықта орналасқан су берік байланысқан және дұрыс алтыбұрышты құрылымға ие емес (коллоидпен байланысқан су). Сонымен қатар протоплазмада иондардың белгілі бір мөлшері болады, сондықтан судың бір бөлігі осмостық байланыста болады.

Еркін және байланысқан судың физиологиялық маңызы әртүрлі. Зерттеушілердің көпшілігі физиологиялық процестердің қарқындылығы, оның ішінде өсу қарқыны, ең алдымен, бос судың құрамына байланысты деп санайды. Байланысқан судың құрамы мен өсімдіктердің қолайсыз сыртқы жағдайларға төзімділігі арасында тікелей байланыс бар. Бұл физиологиялық корреляциялар әрқашан байқалмайды.

Өсімдік жасушасы осмос заңдары бойынша суды сіңіреді. Осмос заттардың концентрациясы әртүрлі екі жүйенің қатысуымен, олар жартылай өткізгіш мембрана арқылы байланысқанда байқалады. Бұл жағдайда термодинамика заңдары бойынша концентрацияны нивелирлеу мембрана өткізгіш болып табылатын заттың есебінен жүреді.

Осмостық белсенді заттардың концентрациясы әртүрлі екі жүйені қарастырғанда, 1 және 2-жүйедегі концентрацияларды теңестіру тек судың қозғалысының арқасында мүмкін болатыны шығады. 1-жүйеде судың концентрациясы жоғары, сондықтан су ағыны 1-жүйеден 2-жүйеге бағытталады. Тепе-теңдікке жеткенде нақты ағын нөлге тең болады.

Өсімдік жасушасын осмостық жүйе ретінде қарастыруға болады. Жасушаны қоршап тұрған жасуша қабырғасы белгілі серпімділікке ие және созылуы мүмкін. Вакуольдерде осмостық белсенділікке ие суда еритін заттар (қант, органикалық қышқылдар, тұздар) жиналады. Тонопласт пен плазмалемма бұл жүйеде жартылай өткізгіш мембрана қызметін атқарады, өйткені бұл құрылымдар селективті өткізгіш болып табылады және су олар арқылы жасуша шырынында және цитоплазмада еріген заттарға қарағанда әлдеқайда жеңіл өтеді. Осыған байланысты, егер жасуша осмостық белсенді заттардың концентрациясы жасуша ішіндегі концентрациядан төмен болатын (немесе жасуша суға орналастырылған) қоршаған ортаға түссе, осмос заңдары бойынша су жасушаға енуі керек. .

Су молекулаларының бір жерден екінші жерге ауысу қабілеті су потенциалымен (Ψw) өлшенеді. Термодинамика заңдары бойынша су әрқашан су потенциалы жоғары аймақтан потенциалы төмен аймаққа қарай жылжиды.

Су потенциалы(Ψ c) – судың термодинамикалық күйінің көрсеткіші. Су молекулаларының кинетикалық энергиясы бар, олар сұйық және су буында ретсіз қозғалады. Молекулалардың концентрациясы жоғары және олардың жалпы мөлшері көп болатын жүйеде су потенциалы жоғары. кинетикалық энергия... Таза (дистильденген) судың максималды су потенциалы бар. Мұндай жүйенің су потенциалы шартты түрде нөл ретінде қабылданады.

Су потенциалының өлшем бірлігі қысым бірлігі: атмосфера, паскаль, бар:

1 Па = 1 Н/м 2 (Н-ньютон); 1 бар = 0,987 атм = 10 5 Па = 100 кПа;

1 атм = 1,0132 бар; 1000 кПа = 1 МПа

Суда басқа зат ерігенде судың концентрациясы төмендейді, су молекулаларының кинетикалық энергиясы төмендейді, су потенциалы төмендейді. Барлық ерітінділерде су потенциалы таза суға қарағанда төмен, яғни. стандартты жағдайларда ол теріс мән ретінде көрсетіледі. Сандық түрде бұл кему деп аталатын шамамен көрсетіледі осмостық потенциал(Ψ осм.). Осмостық потенциал – еріген заттардың болуына байланысты су потенциалының төмендеуінің өлшемі. Ерітіндіде еріген заттың молекулалары неғұрлым көп болса, осмостық потенциал соғұрлым аз болады.

Жасушаға су кірген кезде оның мөлшері ұлғаяды, жасуша ішінде гидростатикалық қысым көтеріледі, бұл плазмалемманы жасуша қабырғасына басуға мәжбүр етеді. Жасуша мембранасы, өз кезегінде, кері қысымды көрсетеді, ол сипатталады қысым потенциалы(Ψ қысым) немесе гидростатикалық потенциал, ол әдетте оң болады және неғұрлым көп болса, сол көбірек суторда.

Осылайша, жасушаның су потенциалы осмостық белсенді заттардың концентрациясына - осмостық потенциалға (Ψ осм.) және қысым потенциалына (Ψ қысым) байланысты.

Жасуша мембранасына су баспаған жағдайда (плазмолиз немесе солу күйі), жасуша мембранасының кері қысымы нөлге тең болса, су потенциалы осмостыққа тең болады:

Ψ c. = Ψ осм.

Су жасушаға енген кезде жасуша мембранасының қарсы қысымы пайда болады, су потенциалы болады айырмасына теңОсмостық потенциал мен қысым потенциалы арасында:

Ψ c. = Ψ осм. + Ψ қысым

Жасуша шырынының осмостық потенциалы мен жасуша мембранасының кері қысымы арасындағы айырмашылық кез келген уақыттағы су ағынын анықтайды.

Жасуша мембранасы шегіне дейін созылған жағдайда, осмостық потенциал жасуша мембранасының қарсы қысымымен толық теңестіріледі, су потенциалы болады. нөлге тең, су жасушаға ағуды тоқтатады:

- Ψ осм. = Ψ қысым , Ψ c. = 0

Су әрқашан теріс су потенциалының бағыты бойынша ағып тұрады: энергиясы көп жүйеден энергиясы аз жүйеге.

Ісіну күштерінің әсерінен су жасушаға да түсуі мүмкін. Оң және теріс зарядталған топтары бар ақуыздар және жасушаны құрайтын басқа заттар су дипольдерін тартады. Құрамында гемицеллюлозалар мен пектин заттары бар жасуша қабырғасы және құрғақ массаның 80% жуығын жоғары молекулалы полярлы қосылыстар құрайтын цитоплазма ісінуге қабілетті. Су ісіну құрылымына диффузия арқылы енеді, судың қозғалысы концентрация градиентімен жүреді. Ісіну күші терминмен белгіленеді матрицалық потенциал(Ψ матр.). Бұл жасушаның жоғары молекулалық құрамдас бөліктерінің болуына байланысты. Матрицалық потенциал әрқашан теріс болады. Үлкен мәнΨ матр. вакуольдер (тұқымдар, меристема жасушалары) жоқ құрылымдармен суды сіңіру кезінде болады.

Су ең көп таралған химиялық қосылысЖердегі оның массасы тірі ағзадағы ең үлкен масса. Орташа статикалық жасушаның жалпы массасының 85% су құрайды деп есептелінеді. Ал адам жасушаларында су орташа есеппен 64% құрайды. Дегенмен, әртүрлі жасушалардағы судың мөлшері айтарлықтай өзгеруі мүмкін: тіс эмалінің жасушаларында 10% -дан сүтқоректілер эмбрионының жасушаларында 90% -ға дейін. Сонымен қатар, жас жасушаларда ескіге қарағанда көбірек су бар. Сонымен, нәресте жасушаларында су 86%, қарт адамның жасушаларында 50% ғана.

Еркектерде торлардағы су мөлшері орта есеппен 63%, әйелдерде 52% -дан сәл аз. Бұған не себеп болды? Барлығы қарапайым болып шықты. Әйел денесінде майлы тіндер көп, оның жасушаларында су аз. Сондықтан әйел денесінде судың мөлшері ерлерге қарағанда шамамен 6-10% төмен.

Судың ерекше қасиеттері оның молекуласының құрылымына байланысты. Химия курсынан сіз сутегі мен оттегі атомдарының әртүрлі электртерістігі су молекуласында ковалентті полярлық байланыстың пайда болуының себебі екенін білесіз. Су молекуласы үшбұрыштың (87) пішініне ие, онда электр зарядтары ассиметриялы орналасқан және диполь болып табылады (бұл терминнің анықтамасын есте сақтаңыз).

Бір су молекуласының сутегі атомының екінші молекуланың оттегі атомына электростатикалық тартылуына байланысты су молекулалары арасында сутектік байланыстар пайда болады.

Құрылымы мен физикалық ерекшеліктері - Химиялық қасиеттерісу (судың әмбебап еріткіш болу қабілеті, тығыздығы ауыспалы, жоғары жылу сыйымдылығы, жоғары беттік керілу, аққыштық, капиллярлық және т.б.), оның биологиялық маңызын анықтайды.

Су ағзада қандай қызмет атқарады Су еріткіш. Су молекуласының полярлық құрылымы оның еріткіш ретіндегі қасиеттерін түсіндіреді. Су молекулалары элементтері электростатикалық байланысы бар химиялық заттармен әрекеттеседі және оларды аниондар мен катиондарға ыдыратады, бұл химиялық реакцияларға әкеледі. Өздеріңіз білетіндей, көптеген химиялық реакциялар тек сулы ерітіндіде жүреді. Сонымен қатар, судың өзі инертті болып қалады, сондықтан оны денеде бірнеше рет қолдануға болады. Су тасымалдаушы орта қызметін атқарады әртүрлі заттардененің ішінде. Сонымен қатар, метаболизмнің соңғы өнімдері организмнен негізінен еріген күйде шығарылады.

Тірі заттарда ерітінділердің екі негізгі түрі бар. (Ерітінділердің жіктелуін есте сақтаңыз.)

деп аталатын шынайы шешімеріткіш молекулаларының мөлшері еритін заттың молекулаларымен бірдей болғанда, олар ериді. Нәтижесінде диссоциация жүреді және иондар түзіледі. Бұл жағдайда шешім біртекті және тұрғысынан ғылыми тіл, бір – сұйық фазадан тұрады. Типтік мысалдар - минералды тұздардың, қышқылдардың немесе сілтілердің ерітінділері. Мұндай ерітінділерде зарядталған бөлшектер болғандықтан, олар өткізуге қабілетті электр тоғыжәне көптеген минералды тұздары бар омыртқалы жануарлардың қанын қоса, организмде кездесетін барлық ерітінділер сияқты электролиттер болып табылады.

Коллоидты ерітінді - бұл еріткіш молекулаларының мөлшері еріген зат молекулаларынан әлдеқайда кіші болған жағдай. Мұндай ерітінділерде заттың коллоидты деп аталатын бөлшектері су бағанында еркін қозғалады, өйткені олардың тартылу күші еріткіш молекулаларымен байланысының беріктігінен аспайды. Мұндай ерітінді гетерогенді болып саналады, яғни екі фазадан тұрады - сұйық және қатты. Барлық биологиялық сұйықтықтар шынайы және коллоидты ерітінділерді қамтитын қоспалар болып табылады, өйткені олардың құрамында минералды тұздар да, коллоидтық бөлшектердің қасиеттеріне ие үлкен молекулалар (белоктар сияқты) болады. Сондықтан кез келген жасушаның цитоплазмасында, жануарлардың қанында немесе лимфасында, сүтқоректілердің сүтінде бір мезгілде иондар мен коллоидтық бөлшектер болады.

Естеріңізде болса керек, биологиялық жүйелер физика мен химияның барлық заңдарына бағынады, сондықтан организмдер тіршілігінде маңызды рөл атқаратын биологиялық ерітінділерде физикалық құбылыстар байқалады.

Судың қасиеттері

Биологиялық ерітінділерде диффузия (лат. Diffusion – таралу, таралу, таралу) еріген заттардың (иондар мен коллоидтық бөлшектердің) құрылымдық бөлшектерінің концентрациясын теңестіру тенденциясы ретінде көрінеді, бұл ақыр соңында заттың біркелкі таралуына әкеледі. шешім. Диффузияның арқасында көптеген біржасушалы тіршілік иелері қоректенеді, оларда қан айналымы және тыныс алу жүйесі болмаған кезде оттегі мен қоректік заттар жануарлардың денесі арқылы тасымалданады (олардың қандай жануарлар екенін есте сақтаңыз). Сонымен қатар, көптеген заттардың жасушаларға тасымалдануы диффузияның арқасында дәл жүзеге асырылады.

Тағы бір физикалық құбылыс – осмос (грек тілінен. Osmosis – итеру, қысым) – еріткіштің жартылай өткізгіш мембрана арқылы қозғалуы. Осмос еріген заттардың концентрациясы төмен және H20 жоғары концентрациясы бар ерітіндідегі судың еріген заттардың жоғары концентрациясы және судың аз мөлшері бар ерітіндіден шығуын тудырады. Биологиялық жүйелерде бұл суды жасуша деңгейінде тасымалдаудан басқа ештеңе емес. Сондықтан осмос көптеген биологиялық процестерде маңызды рөл атқарады. Осмос күші өсімдік және жануарлар организмдеріндегі судың қозғалысын қамтамасыз етеді, соның арқасында олардың жасушалары қоректік заттарды алады және тұрақты пішінді сақтайды. Айта кету керек, заттың концентрациясының айырмашылығы неғұрлым көп болса, осмостық қысым соғұрлым жоғары болады. Сондықтан жасушаларды гипотоникалық ерітіндіге салса, олар судың кенеттен түсуінен ісініп, жарылып кетеді.

1. Судың қандай құрылымы бар?

Жауап. Су молекуласының бұрыштық құрылымы бар: оның құрамына кіретін ядролар тең қабырғалы үшбұрышты құрайды, оның негізінде екі сутек, ал шыңында оттегі атомы орналасқан. Ядроаралық O-N қашықтықтары 0,1 нм-ге жақын, сутегі атомдарының ядролары арасындағы қашықтық 0,15 нм. Су молекуласындағы оттегі атомының сыртқы электронды қабатын құрайтын алты электронның екі электрон жұбы ковалентті байланыс O-N, ал қалған төрт электрон екі жалғыз электрон жұбын білдіреді.

Су молекуласы - полюстерінде оң және теріс зарядтары бар шағын диполь. Сутегі ядроларының жанында электрон тығыздығы жетіспейді және одан да көп қарама-қарсы жағымолекуласы, оттегі ядросының жанында электрон тығыздығының артықтығы бар. Дәл осы құрылым су молекуласының полярлығын анықтайды.

2. Әртүрлі жасушаларда судың қандай мөлшері (%-бен) болады?

Әр түрлі ұлпалар мен мүшелерде судың мөлшері бірдей емес. Сонымен, адамдарда оның мөлшері мидың сұр затында 85%, ал сүйек тінінде - 22% құрайды. Денедегі ең жоғары су мөлшері эмбриональды кезеңде (95%) байқалады және жасына қарай бірте-бірте азаяды.

Өсімдіктердің әртүрлі мүшелеріндегі су мөлшері өте кең шектерде өзгереді. Ол қоршаған орта жағдайларына, жасына және өсімдік түріне байланысты өзгереді. Сонымен, салат жапырақтарында су мөлшері 93-95%, жүгеріде 75-77% құрайды. Судың мөлшері әр түрлі өсімдік мүшелерінде бірдей емес: күнбағыстың жапырақтарында 80-83%, сабағында 87-89%, тамырында 73-75% болады. Судың мөлшері 6-11%-ға тең, негізінен тіршілік процестері тежелетін ауада кептірілген тұқымдарға тән. Су тірі жасушаларда, өлі ксилема элементтерінде және жасушааралық кеңістікте болады. Жасушааралық кеңістікте су бу күйінде болады. Өсімдіктің негізгі булану мүшелері - жапырақтар. Осыған байланысты судың ең көп мөлшері жапырақтардың жасушааралық кеңістіктерін толтыратыны табиғи нәрсе. Сұйық күйінде су жасушаның әртүрлі бөліктерінде: жасуша қабығында, вакуольдерде, цитоплазмада болады. Вакуольдер жасушаның суға ең бай бөлігі болып табылады, онда оның мөлшері 98% жетеді. Судың ең көп мөлшерімен цитоплазмадағы су мөлшері 95% құрайды. Судың ең аз мөлшері жасуша мембраналарына тән. Жасуша мембраналарындағы судың мөлшерін анықтау қиын; шамасы, ол 30-дан 50% дейін ауытқиды. Өсімдік жасушасының әртүрлі бөліктеріндегі судың формалары да әртүрлі.

3. Судың тірі ағзалардағы рөлі қандай?

Жауап. Су барлық тірі организмдердің басым құрамдас бөлігі болып табылады. Ол өзінің құрылымдық ерекшеліктеріне байланысты ерекше қасиеттерге ие: су молекулалары диполь тәрізді және олардың арасында сутектік байланыстар пайда болады. Көптеген тірі организмдердің жасушаларындағы судың орташа мөлшері шамамен 70% құрайды. Жасушадағы су екі түрде болады: бос (барлық жасуша суының 95%-ы) және байланысқан (ақуыздармен байланысқан 4-5%).

Судың функциялары:

1. Су еріткіш ретінде. Жасушадағы көптеген химиялық реакциялар иондық, сондықтан олар тек су ортасында жүреді. Суда еритін заттар гидрофильді (спирттер, қанттар, альдегидтер, амин қышқылдары), ерімейтіндер – гидрофобтылар (май қышқылдары, целлюлоза) деп аталады.

2. Реагент ретінде су. Су көптеген химиялық реакцияларға қатысады: полимерлену реакцияларына, гидролизге, фотосинтез процесіне.

3. Тасымалдау функциясы. Ондағы еріген заттардың сумен бірге дене арқылы оның әртүрлі бөліктеріне жылжуы және денеден қажет емес өнімдердің шығарылуы.

4. Суды термостабилизатор және термостат ретінде. Бұл функция судың жоғары жылу сыйымдылығы сияқты қасиеттеріне байланысты - ол температураның айтарлықтай өзгеруінің денеге әсерін жұмсартады қоршаған орта; жоғары жылу өткізгіштік - дененің бүкіл көлемі бойынша бірдей температураны сақтауға мүмкіндік береді; жоғары булану жылуы - сүтқоректілерде терлеу және өсімдіктерде транспирация кезінде денені салқындату үшін қолданылады.

5. Құрылымдық функция. Жасушалардың цитоплазмасында 60-95% су болады, бұл жасушаларға қалыпты пішін береді. Өсімдіктерде су тургорды (эндоплазмалық мембрананың серпімділігін) сақтайды, кейбір жануарларда гидростатикалық қаңқа қызметін атқарады (медузалар)

§ 7-ден кейінгі сұрақтар

1. Су молекуласының құрылысының ерекшелігі неде?

Жауап. Судың бірегей қасиеттері оның молекуласының құрылымымен анықталады. Су молекуласы екі полярлы Н атомымен байланысқан О атомынан тұрады коваленттік байланыстар... Су молекуласындағы электрондардың сипатты орналасуы оған электрлік асимметрия береді. Неғұрлым электртеріс оттегі атомы сутегі атомдарының электрондарын күштірек тартады, соның нәтижесінде электрондардың ортақ жұптары су молекуласында өз бағытында ығысады. Демек, су молекуласы тұтас зарядталмағанымен, екі сутегі атомының әрқайсысы жартылай оң зарядты (8+ деп белгілейді), ал оттегі атомы ішінара теріс зарядты (8-) алып жүреді. Су молекуласы поляризацияланған және диполь (екі полюсі бар).

Бір су молекуласының жартылай теріс оттегі атомын басқа молекулалардың жартылай оң сутегі атомдары тартады. Осылайша, әрбір су молекуласы төрт көрші су молекуласымен сутегі байланысына бейім.

2. Судың еріткіш ретіндегі маңызы қандай?

Жауап. Молекулалардың полярлығы мен сутектік байланыс түзу қабілетіне байланысты су иондық қосылыстарды (тұздар, қышқылдар, негіздер) оңай ерітеді. Кейбір иондық емес, бірақ полярлы қосылыстар да суда жақсы ериді, яғни молекуласында зарядталған (полярлық) топтар бар, мысалы, қанттар, жай спирттер, амин қышқылдары. Суда тез еритін заттарды гидрофильді деп атайды (грек тілінен аударғанда hygros – ылғалды және philia – достық, бейімділік). Зат ерітіндіге түскенде оның молекулалары немесе иондары еркін қозғала алады, демек, заттың реактивтілігі артады. Бұл неліктен судың көптеген химиялық реакциялар жүретін негізгі орта екенін, ал барлық гидролиз реакциялары мен көптеген тотығу-тотықсыздану реакциялары судың тікелей қатысуымен өтетінін түсіндіреді.

Суда нашар немесе толық ерімейтін заттарды гидрофобты деп атайды (грек тілінен аударғанда phobos – қорқыныш). Оларға майлар, нуклеин қышқылдары, кейбір белоктар және полисахаридтер жатады. Мұндай заттар сумен байланыс түзе алады, оларда көптеген химиялық реакциялар жүреді. Сондықтан судың полярлы емес заттарды ерітпеуі де тірі организмдер үшін өте маңызды. Судың физиологиялық маңызды қасиеттерінің ішінде газдарды (О2, СО2, т.б.) еріту қабілетін атап өтуге болады.

3. Судың жылу өткізгіштігі мен жылу сыйымдылығы дегеніміз не?

Жауап. Судың жылу сыйымдылығы, яғни сіңіру қабілеті жоғары жылу энергиясыөз температурасының минималды жоғарылауымен. Судың жоғары жылу сыйымдылығы дене тіндерін температураның тез және күшті көтерілуінен қорғайды. Көптеген организмдер суды булану арқылы салқындайды (өсімдіктерде транспирация, жануарларда тер).

4. Неліктен су жасуша үшін тамаша сұйықтық деп есептеледі?

Жауап. Тордағы судың жоғары мөлшері - маңызды шартыоның қызметі. Судың көп бөлігі жоғалған кезде көптеген организмдер өледі, ал бірқатар біржасушалы, тіпті көп жасушалы организмдер өмірдің барлық белгілерін уақытша жоғалтады. Бұл шарт тоқтатылған анимация деп аталады. Ылғалдандырудан кейін жасушалар оянып, қайтадан белсенді болады.

Су молекуласы электрлік бейтарап. Бірақ электр зарядыол молекуланың ішінде біркелкі таралмаған: сутегі атомдары (дәлірек айтқанда, протондар) аймағында оң заряд басым, оттегі орналасқан аймақта тығыздық жоғары. теріс заряд... Демек, судың бөлшегі диполь болып табылады. Су молекуласының дипольдік қасиеті оның электр өрісінде бағдарлану, әртүрлі молекулаларға және зарядты тасымалдайтын молекулалардың бөліктеріне қосылу қабілетін түсіндіреді. Нәтижесінде гидраттар түзіледі. Судың гидрат түзу қабілеті оның әмбебап еріткіш қасиетіне байланысты. Егер су молекулаларының кез келген заттың молекулаларына тартылу энергиясы су молекулаларының арасындағы тартылу энергиясынан көп болса, онда зат ериді. Осыған байланысты суда оңай еритін (мысалы, тұздар, сілтілер, қышқылдар, т.б.) және гидрофобты (грекше hydros - су және phobos - қорқыныш) гидрофильді (грекше hydros - су және phileo - жақсы көремін) заттар бар. ) суда қиын немесе мүлде ерімейтін заттар (майлар, май тәрізді заттар, резеңке және т.б.). Бөлім жасуша мембраналарысыртқы ортадан жасушаларға және керісінше, сондай-ақ жасушаның бір бөлігінен екіншісіне өтуді шектейтін май тәрізді заттарды қамтиды.

Жасушада жүретін реакциялардың көпшілігі тек сулы ерітіндіде ғана жүруі мүмкін. Су көптеген реакциялардың тікелей қатысушысы. Мысалы, белоктардың, көмірсулардың және басқа заттардың ыдырауы олардың ферменттермен катализделген сумен әрекеттесуінің нәтижесінде болады. Мұндай реакциялар гидролиз реакциялары (грекше hydros – су және lysis – бөліну) деп аталады.

Судың жоғары жылу сыйымдылығы және сонымен бірге сұйықтықтар үшін салыстырмалы түрде жоғары жылу өткізгіштігі бар. Бұл қасиеттер суды жасуша мен дене арасындағы жылулық тепе-теңдікті сақтау үшін тамаша сұйықтыққа айналдырады.

Су – жасушаның биохимиялық реакцияларының негізгі ортасы. Бұл фотосинтез кезінде бөлінетін оттегінің көзі және көмірқышқыл газының ассимиляция өнімдерін қалпына келтіру үшін қолданылатын сутегі. Ал, ақырында, су организмдегі (қан мен лимфа ағыны, ерітінділердің өсімдіктердің тамырлары арқылы көтерілетін және төмендейтін ағындары) және жасушадағы заттардың қозғалысының негізгі құралы болып табылады.

5. Судың жасушадағы рөлі қандай

Жасушаның серпімділігін қамтамасыз ету. Жасушаның суды жоғалтуының салдары - жапырақтардың солуы, жемістердің кебуі;

Заттардың суда еруіне байланысты химиялық реакциялардың жылдамдауы;

Заттардың қозғалысын қамтамасыз ету: заттардың көпшілігінің жасушаға түсуі және оларды ерітінді түрінде жасушадан шығару;

Көптің ерітуін қамтамасыз ету химиялық заттар(бірқатар тұздар, қанттар);

Бірқатар химиялық реакцияларға қатысу;

Баяу қыздыру және баяу салқындату мүмкіндігіне байланысты жылуды реттеу процесіне қатысу.

6. Судың қандай құрылымдық және физика-химиялық қасиеттері оны анықтайды биологиялық рөліторда?

Жауап. Судың құрылымдық физика-химиялық қасиеттері оның биологиялық қызметтерін анықтайды.

Су жақсы еріткіш болып табылады. Молекулалардың полярлығы мен сутектік байланыс түзу қабілетіне байланысты су иондық қосылыстарды (тұздар, қышқылдар, негіздер) оңай ерітеді.

Судың жылу сыйымдылығы жоғары, яғни өзінің температурасының минималды жоғарылауымен жылу энергиясын сіңіру қабілеті. Судың жоғары жылу сыйымдылығы дене тіндерін температураның тез және күшті көтерілуінен қорғайды. Көптеген организмдер суды булану арқылы салқындайды (өсімдіктерде транспирация, жануарларда тер).

Судың да жылу өткізгіштігі жоғары, бұл бүкіл денеге жылудың біркелкі таралуын қамтамасыз етеді. Демек, жоғары меншікті жылу және жоғары жылу өткізгіштік суды жасуша мен дене арасындағы жылу тепе-теңдігін сақтау үшін тамаша сұйықтыққа айналдырады.

Су іс жүзінде қысылмайды, тургор қысымын жасайды, жасушалар мен тіндердің көлемі мен серпімділігін анықтайды. Сонымен, бұл дөңгелек құрттардағы, медузалардағы және басқа организмдерде өзінің пішінін сақтайтын гидростатикалық қаңқа.

Су биологиялық жүйелер үшін оңтайлы беттік керілу күшінің мәнімен сипатталады, ол су молекулалары мен басқа заттардың молекулалары арасында сутектік байланыстардың түзілуіне байланысты пайда болады. Өсімдіктердегі беттік керілу күшінің әсерінен капиллярлық қан ағымы, ерітінділердің көтерілу және төмендеу ағындары пайда болады.

Кейбір биохимиялық процестерде су субстрат ретінде әрекет етеді.

Өсімдіктердің әртүрлі мүшелеріндегі су мөлшері өте кең шектерде өзгереді. Ол қоршаған орта жағдайларына, жасына және өсімдік түріне байланысты өзгереді. Сонымен, салат жапырақтарында су мөлшері 93-95%, жүгеріде 75-77% құрайды. Судың мөлшері әр түрлі өсімдік мүшелерінде бірдей емес: күнбағыстың жапырақтарында 80-83%, сабағында 87-89%, тамырында 73-75% болады. Судың мөлшері 6-11%-ға тең, негізінен тіршілік процестері тежелетін ауада кептірілген тұқымдарға тән.

Су тірі жасушаларда, өлі ксилема элементтерінде және жасушааралық кеңістікте болады. Жасушааралық кеңістікте су бу күйінде болады. Өсімдіктің негізгі булану мүшелері - жапырақтар. Осыған байланысты судың ең көп мөлшері жапырақтардың жасушааралық кеңістіктерін толтыратыны табиғи нәрсе. Сұйық күйінде су жасушаның әртүрлі бөліктерінде: жасуша қабығында, вакуольдерде, цитоплазмада болады. Вакуольдер жасушаның суға ең бай бөлігі болып табылады, онда оның мөлшері 98% жетеді. Судың ең көп мөлшерімен цитоплазмадағы су мөлшері 95% құрайды. Судың ең аз мөлшері жасуша мембраналарына тән. Жасуша мембраналарындағы судың мөлшерін анықтау қиын; шамасы, ол 30-дан 50% дейін ауытқиды.

Өсімдік жасушасының әртүрлі бөліктеріндегі судың формалары да әртүрлі. Вакуольді жасуша шырынында салыстырмалы түрде төмен молекулалық қосылыстар (осмостық байланысқан) және бос су ұстайтын су басым болады. Өсімдік жасушасының қабығында су негізінен жоғары полимерлі қосылыстармен (целлюлоза, гемицеллюлоза, пектинді заттар), яғни коллоидты байланысқан сумен байланысады. Цитоплазманың өзінде бос су, коллоидты және осмостық байланысқан. Белок молекуласының бетінен 1 нм-ге дейінгі қашықтықта орналасқан су берік байланысқан және дұрыс алтыбұрышты құрылымға ие емес (коллоидпен байланысқан су). Сонымен қатар цитоплазмада иондардың белгілі бір мөлшері болады, демек, судың бір бөлігі осмостық байланыста болады.

Еркін және байланысқан судың физиологиялық маңызы әртүрлі. Көптеген зерттеушілердің пікірінше, физиологиялық процестердің қарқындылығы, оның ішінде өсу қарқыны, ең алдымен, бос судың құрамына байланысты. Байланысқан судың құрамы мен өсімдіктердің қолайсыз сыртқы жағдайларға төзімділігі арасында тікелей байланыс бар. Бұл физиологиялық корреляциялар әрқашан байқалмайды.

Олардың қалыпты өмір сүруі үшін жасушалар мен жалпы өсімдік организмінде белгілі бір мөлшерде су болуы керек. Дегенмен, бұл тек суда өсетін өсімдіктер үшін оңай орындалады. Құрлық өсімдіктері үшін бұл тапсырма өсімдік ағзасындағы судың булану процесінде үздіксіз жоғалып кетуімен қиындайды. Өсімдіктің судың булануы орасан зор мөлшерге жетеді. Мысал келтіруге болады: бір жүгері өсімдігі вегетациялық кезеңде 180 кг-ға дейін суды буландырады, ал 1 га орман Оңтүстік Америкатәулігіне орта есеппен 75 мың кг суды буландырады. Суды көп тұтыну өсімдіктердің көпшілігінің атмосферада айтарлықтай жапырақ аймағына ие болуына байланысты булармен қаныққансу. Сонымен қатар жапырақтың кең бетінің дамуы ауадағы көмірқышқыл газының шамалы концентрацияда (0,03%) қалыпты жеткізілуін қамтамасыз ету үшін ұзақ эволюция барысында қажет және дамиды. Өзінің әйгілі «Өсімдіктер құрғақшылықпен күресу» кітабында Қ.А. Тимирязев басып алу қажеттілігі арасындағы қарама-қайшылықты көрсетті көміртегі диоксидіжәне суды тұтынуды азайту үшін бүкіл өсімдік ағзасының құрылымына із қалдырды.

Булану кезінде судың жоғалуын өтеу үшін оның көп мөлшері зауытқа үздіксіз түсуі керек. Зауыттағы екі үздіксіз процесс – суды қабылдау және булану деп аталады өсімдіктердің су балансы.Өсімдіктердің қалыпты өсуі мен дамуы үшін су ағыны шамамен келуге сәйкес келуі немесе басқаша айтқанда, өсімдіктің үлкен тапшылықсыз су балансын азайтуы қажет. Ол үшін өсімдікте табиғи сұрыпталу процесінде суды сіңіруге бейімделулер дамыды (үлкен дамыған тамыр жүйесі), судың қозғалысына (арнайы өткізгіш жүйе), булануды азайту үшін (ішкі тіндердің жүйесі және стоматальды саңылауларды автоматты түрде жабу жүйесі).

Барлық осы бейімделулерге қарамастан, өсімдікте су тапшылығы жиі байқалады, яғни судың ағыны транспирация процесінде оны тұтынумен теңестірілмейді.

Физиологиялық бұзылулар әртүрлі өсімдіктерде су тапшылығының әртүрлі дәрежесінде кездеседі. Эволюция процесінде сусыздануды көшіруге әртүрлі бейімделу дамыған өсімдіктер бар (қуаңшылыққа төзімді өсімдіктер). Өсімдіктердің су тапшылығына төзімділігін анықтайтын физиологиялық ерекшеліктерін анықтау ең маңызды мәселе болып табылады, оны шешудің тек теориялық ғана емес, сонымен қатар ауылшаруашылық практикалық маңызы зор. Сонымен бірге оны шешу үшін өсімдік ағзасындағы су алмасудың барлық жақтарын білу қажет.