Связанная и несвязанная вода в фосфолипидной эмульсии. Способы обезвоживания фосфолипидной эмульсии

К тканям с низким содержанием  воды относится кость (20%) и эмаль  зуба (10%).Время, необходимое для полного  обновления количества воды, равного  весу тела, колеблется в зависимости  от окружающей среды, к которой адаптирован  организм. Например, для амебы оно  составляет семь дней, для человека - 4 недели, для верблюда -3 месяца, для черепахи - 1 год, для кактуса, растения пустыни, - 29 лет. У верблюда большое количество воды образуется путем окисления жира, содержащегося в горбу.

 

Свойства воды и ее роль в клетке: [8]

На первом месте среди  веществ клетки стоит вода. Она  составляет около 80% массы клетки. Вода важна для живых организмов вдвойне, ибо она необходима не только как  компонент клеток, но для многих и как среда обитания. 
1. Вода определяет физические свойства клетки - ее объем, упругость. 
2. Многие химические процессы протекают только в водном растворе. 
3. Вода - хороший растворитель: многие вещества поступают в клетку из внешней среды в водном растворе, и в водном же растворе отработанные продукты выводятся из клетки.

4. Вода обладает высокой  теплоемкостью и теплопроводностью. 
5. Вода обладает уникальным свойством: при охлаждении ее от +4 до 0 градусов, она расширяется. Поэтому лед оказывается легче жидкой воды и остается на ее поверхности. Это очень важно для организмов, обитающих в водной среде. 
6. Вода может быть хорошим смазочным материалом. 
Биологическая роль воды определяется малыми размерами ее молекул, их полярностью и способностью соединяться друг с другом водородными связями. 

За очень немногими  исключениями (кость и эмаль зуба), вода является преобладающим компонентом  клетки. Вода необходима для метаболизма (обмена) клетки, так как физиологические  процессы происходят исключительно  в водной среде. Молекулы воды участвуют  во многих ферментативных реакциях клетки. Например, расщепление белков, углеводов и других веществ происходит в результате катализируемого ферментами (протеазами) взаимодействия их с водой. Такие реакции называются реакциями гидролиза.

Вода служит источником ионов  водорода Н⁺ при фотосинтезе. Вода в клетке находится в двух формах: свободной и связанной. Свободная вода составляет 95% всей воды в клетке и используется главным образом как растворитель и как дисперсионная среда коллоидной системы протоплазмы. Связанная вода, на долю которой приходится всего 4% всей воды клетки, соединена с белками водородными связями [8].

 Из-за асимметричного распределения зарядов молекула воды действует как диполь и потому может быть связана как положительно, так и отрицательно заряженными группами белка. Дипольным свойством молекулы воды объясняется способность ее ориентироваться в электрическом поле, присоединяться к различным молекулам и участкам молекул, несущим заряд. В результате этого образуются гидраты.

Благодаря своей высокой  теплоемкости вода поглощает тепло  и тем самым предотвращает  резкие колебания температуры в  клетке. Например, в сером веществе мозга воды до 80%, а в костях до 20%. Вода - основное средство перемещения веществ в организме (ток крови, лимфы, восходящие и нисходящие токи растворов по сосудам у растений) и в клетке. Вода служит «смазочным» материалом, необходимым везде, где есть трущиеся поверхности (например, в суставах). Вода имеет максимальную плотность при 4°С. Поэтому лед, обладающий меньшей плотностью, легче воды и плавает на ее поверхности, что защищает водоем от промерзания. Это свойство воды спасает жизнь многим водным организмам.[8]

 

Роль воды в клетке.

Вода - одно из самых распространенных веществ на нашей планете. В клетке в количественном отношении она также занимает первое место среди других химических соединений. Чем выше интенсивность обмена веществ в той или иной клетке, тем больше в ней содержится воды. Вода в клетке находится в двух формах: свободной и связанной. Свободная вода находится в межклеточных пространствах, сосудах, вакуолях, полостях органов. Она служит для переноса веществ из окружающей среды в клетку и наоборот. Связанная вода входит в состав некоторых клеточных структур, находясь между молекулами белка, мембранами, волокнами, и соединена с некоторыми белками. [8]

Вода выполняет различные функции: сохранение объема, упругости клетки, растворение различных веществ. Кроме того, в живых системах большая часть химических реакций протекает в водных растворах.

Вода обладает рядом свойств, имеющих  исключительно важное значение для  живых организмов.

 

Свойства воды.

Уникальные свойства воды определяются структурой ее молекулы. Молекула воды состоит из атома О, связанного с двумя атомами Н полярными ковалентными связями. Характерное расположение электронов в молекуле воды придает ей электрическую асимметрию. Более электроотрицательный атом кислорода притягивает электроны атомов водорода сильнее, в результате общие пары электронов смещены в молекуле воды в его сторону.

Поэтому, хотя молекула воды в целом  не заряжена, каждый из двух атомов водорода обладает частично положительным зарядом (обозначаемым δ+), а атом кислорода  несет частично отрицательный заряд (δ-). Молекула воды поляризована и является диполем (имеет два полюса) (см. рис. 2) .Частично отрицательный заряд атома кислорода одной молекулы воды притягивается частично положительными.(см. рис. 3)[8]

 

 

 

Рисунок 2. Схема строения молекулы вод

 

Рисунок 3. Водородные связи между  молекулами воды

 

Вода как растворитель.

 Благодаря полярности молекул и способности образовывать водородные связи вода легко растворяет ионные соединения (соли, кислоты, основания). Хорошо растворяются в воде и некоторые неионные, но полярные соединения, т. е. в молекуле которых присутствуют заряженные (полярные) группы, например сахара, простые спирты, аминокислоты. Вещества, хорошо растворимые в воде, называются гидрофильными (от греч. Hygros-влажный и philia - дружба, склонность). Когда вещество переходит в раствор, его молекулы или ионы могут двигаться более свободно и, следовательно, реакционная способность вещества возрастает.Это объясняет, почему вода является основной средой, в которой протекает большинство химических реакций, а все реакции гидролиза и многочисленные окислительно-восстановительные реакции идут при непосредственном участии воды. Вещества, плохо или вовсе нерастворимые в воде, называются гидрофобными (от греч.phobos - страх). К ним относятся жиры, нуклеиновые кислоты, некоторые белки. Такие вещества могут образовывать с водой поверхности раздела, на которых протекают многие химические реакции. Следовательно, тот факт, что вода не растворяет неполярные вещества, для живых организмов также очень важен. К числу важных в физиологическом отношении свойств воды относится ее способность растворять газы , например, О_2. [8]

Вода обладает высокой теплоемкостью, т. е. способностью поглощать тепловую энергию при минимальном повышении  собственной температуры. Большая  теплоемкость воды защищает ткани организма  от быстрого и сильного повышения  температуры. Многие организмы охлаждаются, испаряя воду (транспирация у растений, потоотделение у животных).

Вода обладает также высокой  теплопроводностью, обеспечивая равномерное  распределение тепла по всему  организму. Следовательно, высокая  удельная теплоемкость и высокая  теплопроводность делают воду идеальной  жидкостью для поддержания теплового  равновесия клетки и организма.

Вода практически не сжимается, создавая тургорное давление, создающееся только при наличии клеточной стенки. определяя объем и упругость клеток и тканей.  Тургорное давление - внутреннее давление, которое развивается в растительной клетке, когда в нее в результате осмоса входит вода и цитоплазма прижимается к клеточной стенке; это давление препятствует дальнейшему проникновению воды в клетку. Так, именно гидростатический скелет поддерживает форму у круглых червей, медуз и других организмов.

Вода характеризуется оптимальным  для биологических систем значением  силы поверхностного натяжения, которое  возникает благодаря образованию  водородных связей между молекулами воды и молекулами других веществ. Благодаря  силе поверхностного натяжения происходит капиллярный кровоток, восходящий и  нисходящий токи растворов в растениях.[8]

 

 

1.2. СВЯЗАННАЯ И НЕСВЯЗАННАЯ ВОДА В РАСТЕНИЯХ. [9]

 

Вода спасает жизнь  не только водным организнам, но и растениям, так как для нормальной жизнедеятельности клеток растений они должны быть постоянно насыщены водой. Поэтому большинство растений характеризуется значительным содержанием воды. Оно зависит от вида растения и условий, в которых растение произрастает. Даже в различных органах и тканях одного растения содержание воды неодинаково. Например, молодые листья содержат больше воды, чем старые. В пределах самой клетки около трети воды находится в вакуоли, остальная - в цитоплазме и клеточной оболочке.

Вода поступает в растение из почвы. Различают свободную воду и связанную. Свободная вода доступна растениям.    Связанная вода очень прочно соединена с почвенными частицами и не может быть использована растениями.

Поступление воды в растение происходит в основном через корневые волоски по закону осмоса. Осмос - проникновение частиц жидкости или газа через растительную или животную перепонку.[9]

 

Растительные клетки обладают осмотическим давлением. Оно-заключается  в давлении молекул веществ, растворенных в клеточном соке, на цитоплазму и эластичную оболочку. Этому давлению противостоит давление клеточной оболочки на цитоплазму и клеточный сок - тургорное давление. Такое напряженное состояние клеточной оболочки называется тургором.

Когда осмотическое давление превышает тургорное, возникает  сосущая сила клетки, благодаря которой  происходит поглощение клеткой воды. Если осмотическое давление станет равным тургорному, вода перестает поступать  в клетку. Но стоит клетке сократить  содержание воды, как оболочка теряет прежнее напряжение, находящийся  в клетке клеточный сок становится более концентрированным и начинает всасывать воду в клетку, пока оболочка снова    не   растянется    и   не уравновесится осмотическое давление.

Следовательно, сосущая сила, т. е. сила, с которой клетки всасывают  воду, представляет собой разность между осмотическим и тургорным  давлением.

Если поместить клетку в концентрированный раствор  поваренной соли .или сахара, то находящаяся  в пей вода перейдет в раствор. Цитоплазма при этом отстанет от оболочки, и наступит состояние плазмолиза. Если эту клетку снова поместить  в чистую воду, то тургор ее восстановится, произойдет деплазмолиз.

Поступившая в корневой волосок  вода передвигается по корню благодаря  разности осмотического и тургорного давления в паренжимных клетках  первичной коры. В сосуды вода поступает  под давлением образующегося  водного тока. При этом сила корневого  давления у древесных растений нередко превышает 1 - 2 атм, а скорость передвижения водного тока достигает 1-2 м в час.

Кормовое давление - это нижний двигатель водного тока в растении.

Действие корневого давления проявляется в теплую влажную  погоду, когда при большом насыщении  воздуха водяными парами транспирация затрудняется и на листьях растения появляются капельки жидкости. Это  явление получило название гуттации.

В растении действует также  верхний двигатель водного тока - сосущая сила листьев. Она возникает благодаря трамопирации, т. е. особой биологической форме испарения, осуществляемого и регулируемого самим растительным организмом с помощью устьиц (через кутикулу испарение идет гораздо слабее).

При непрерывном испарении .воды через устьица создается  возможность нового притока воды к листьям. Сосущая сила листьев достигает у деревьев 15-20 атм.

Ток воды но сосудам не прерывается  благодаря действию еще одной  силы, участвующей в передвижении воды,— силы сцепления частиц воды между собой и со стенками сосудов. Таким образом, движение воды в растении обусловливается силой корневого давления, сосущей силой листьев и силой сцепления частиц воды.[9]

 

Исключительно важное значение для растений имеет также передвижение органических веществ. Они передвигаются 'не только от листьев к корням, но и от корней вверх по растению, где  они образуются в результате синтеза  азотистых и фосфорных соединений, а также превращения запасного  крахмала в сахар. Идет шриток органических веществ к точкам роста, молодым  побегам, плодам и семенам.

 

 

Метаболизм воды в растительном организме. Функции  воды. [9]

Для процессов жизнедеятельности  растений главными экологическими факторами  являются:

1) Энергия солнечного  света;

2) Наличие в атмосфере  углекислого газа;

3) Наличие в атмосфере  кислорода;

4) Наличие в окружающей  среде растворимых минеральных  веществ;

5) Наличие в окружающей  среде воды.

Размножение и существование  в океане организмов ограничивалось главным образом наличием в окружающей среде необходимых минеральных  веществ. В связи с этим автотрофные  организмы в процессе эволюции более  интенсивно начали развитие у берега. В прибрежной зоне было ряд преимуществ, которые способствовали эволюционному  развитию автотрофных организмов:

- вода обогащена  минеральными солями, которые приносятся  с суши;

- действует гораздо больше  экологических факторов, под влиянием  которых организмы эволюционируют  в сторону усложнения структуры  и увеличения разнообразия.