Содержание
Вода
Среди всех веществ на первом месте по массе находится вода. Она составляет около 60-70 %, а в некоторых организмах-до 98 % содержимого. В эмали зубов — 10 %, в нервных клетках — до 85 %. Содержание воды зависит от возраста организма, его активности. Наиболее высокое содержание воды у эмбрионов (90-95 %). У эмбриона человека в 1,5 месяца вода составляет 97,5 %, у восьмимесячного — 83 %, у новорожденного ребенка 74 %, у взрослого человека — в среднем 66 %. С возрастом содержание воды постепенно уменьшается. Содержание воды в разных тканях различное и зависит от их метаболической активности: чем более интенсивные процессы обмена веществ, тем выше содержание воды.
Плотность
Вода имеет наибольшую плотность при 4 °С, а плотность льда меньше, чем плотность воды. Поэтому водоемы промерзают очень медленно, снаружи покрываясь льдом.
Вода почти не сжимается, что важно для придания формы и упругости клеткам, органам и тканям, обеспечивает тургорное давление, необходимое положение органов и частей организма в пространстве. В сравнении с другими жидкостями вода характеризуется высокой температурой кипения, плавления, большей теплотой испарения (что обеспечивает защиту организма от перегревания). Объясняется это тем, что молекулы воды более крепко связаны между собой, чем молекулы других растворителей.
Форма
Вода находится в двух формах — свободной и связанной (структурированной). Свободная вода составляет 95 % всей воды клетки. Используется преимущественно как растворитель и среда для коллоидной системы цитоплазмы. Связанная вода составляет 4-5% всей воды клетки.
Полярность
Молекулы воды полярны, состоят из двух атомов водорода, которые соединены с атомом кислорода ковалентной связью. Они способны образовывать диполя (в области водорода преобладает положительный заряд, в области кислорода — отрицательный), которые формируют вокруг веществ (белков) водную оболочку и не позволяют им склеиваться. Вода неустойчиво соединена водородными и другими связями с белками.
Молекулы воды способны притягиваться одна к другой положительным и отрицательным зарядами, образуя водородные связи. Водородные связи слабее, чем ковалентные, в 15-20 раз. В жидком состоянии молекулы воды находятся в постоянном движении. Водородные связи при этом то создаются, то разрываются, создавая текучесть.
Растворитель
Вода хороший растворитель, лучше других жидкостей. В ней хорошо растворяется много минеральных и органических веществ, газов. Свойства растворителя обусловлены особенностями ее внутренней молекулярной структуры.
Вещество растворяется, если энергия притяжения молекул воды к молекулам любого вещества большая, чем энергия притяжения между молекулами воды. Вещества делятся, в зависимости от этого, на гидрофильные (от греч. гидрос — вода и филио — люблю), которые хорошо растворяются, и гидрофобные (от греч. гидрос — вода, фобос — бояться), которые практически не растворимы. Гидрофильные вещества: большинство солей натрия, калия, некоторые белки, кислоты и т. п. Гидрофобные — преимущественно неполярные вещества: жиры, жирообразные вещества, каучук, полисахариды и т. п. Они содержат неполярные группы, которые не взаимодействуют с молекулами воды. Проникновение веществ в клетку и выведение из нее продуктов диссимиляции возможно преимущественно только в растворенном виде.
Вода является важной, основной средой, где протекают важные химические реакции.
Вода непосредственно принимает участие в биохимических реакциях — реакциях гидролиза (от греч. гидрос — вода и лизис — расщепление). Например, расщепление белков, углеводов и других веществ происходит вследствие взаимодействия их с водой с участием ферментов.
Вода образуется вследствие многих химических реакций обмена веществ.
Теплоемкость
Вода имеет большую теплоемкость (способность поглощать тепло при незначительных изменениях собственной температуры) и высокую теплопроводность. То есть она является идеальной жидкостью для поддержания теплового равновесия организма, защищает клетку от резких колебаний температуры.
Вода является источником ионов водорода и кислорода при фотосинтезе. Водород используется для восстановления продуктов ассимиляции углекислого газа.
Вода активно участвует в поддержке осмотического давления в клетке. Осмосом (от греч. осмос — давление) называется проникновение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану в раствор большей концентрации растворенного вещества. То есть осмос — это односторонняя диффузия молекул воды в направлении растворенного вещества. Переход молекул воды сквозь мембрану прекращается при выравнивании концентраций растворов или при повышении давления в более концентрированном растворе вследствие поступления в него воды. Давление, с которым вода проникает сквозь мембрану, называется осмотическим. Величина осмотического давления возрастает с увеличением концентрации раствора. Осмотическое давление жидкостей организма человека и млекопитающих равняется давлению 0,85% раствора хлорида натрия. Это — изотонический раствор. Два раствора с одинаковым осмотическим давлением, независимо от химического состава растворенных веществ, называются изотоническими (от греч. изос — равный и тонус — сила, напряжение). Более концентрированный раствор называется гипертоническим, менее — гипотоническим.
На явлениях осмоса основано движение воды проводящими тканями растений и напряженное состояние стенок растительных клеток — тургор (от лат. turgere — быть набухшим). Вода, которая всасывается корневыми волосками растений, содержит мало растворенных веществ. Вода проникает в клетки сквозь мембраны и создает в них повышенное давление, придает упругость (тургор) листьям, лепесткам цветов, стеблям травы.
Вода — это основное средство движения веществ в организме и клетке. Благодаря этому происходит обмен веществ между тканями.
Вода с растворенными в ней веществами изменяет температуру замерзания и кипения. Это свойство предотвращает замерзание клеток, организмов.