Literal din copilărie, fiecare persoană știe că apa joacă un rol foarte important pentru noi. Igienă, curățare, băutură - fiecare dintre aceste elemente integrante ale vieții este asociată cu apa. Explorând treptat lumea, copilul învață despre rolul apei în celulă. Poate că abia din acest moment devine clar cât de mare este semnificația ei: viața însăși este de neconceput fără apă. Datorită proprietăților sale, face posibilă funcționarea organismelor complexe.
Structura moleculei
Rolul apei în viața unei celule este direct legat de caracteristicile structurii acesteia. Toată lumea știe formula principalului fluid al corpului nostru. Fiecare moleculă de apă este formată dintr-un atom de oxigen și doi atomi de hidrogen. Ele sunt conectate într-un singur întreg datorită legăturilor covalente polare, bazate pe formarea unei perechi de electroni comune între doi atomi. O trăsătură caracteristică a moleculelor de apă este asimetria sa electrică. Atomul de oxigen este mai electronegativ și atrage electronii din atomii de hidrogen mai puternic. Consecința acestui lucru este o deplasare a perechilor comune de electroni către atomul de oxigen.
Dipol
Rolul apei într-o celulă depinde de caracteristicile inerente acestei substanțe. Ca urmare a deplasării unei perechi comune de electroni, acesta devine polarizat. O moleculă de apă se caracterizează prin prezența a doi poli: fiecare atom de hidrogen are o sarcină parțial pozitivă, iar fiecare atom de oxigen are o sarcină parțial negativă. Împreună creează o moleculă neutră.
Astfel, fiecare unitate structurală de apă este un dipol. Caracteristicile structurale ale moleculei determină și natura conexiunii dintre structurile învecinate. Atomul de oxigen parțial negativ este atras de atomii de hidrogen ai altor molecule. Între ele se formează așa-numitele legături de hidrogen. Fiecare moleculă de apă se străduiește să comunice într-un mod similar cu cei patru vecini ai săi. Toate aceste nuanțe structurale determină rolul biologic al apei în celulă. 
Particularități
Legăturile de hidrogen, caracteristice moleculelor de apă, determină multe dintre proprietățile acesteia. Legăturile dintre atomii de oxigen și hidrogen sunt deosebit de puternice, ceea ce înseamnă că ruperea lor necesită o cantitate impresionantă de energie. Ca urmare, apa are un punct de fierbere ridicat, precum și topire și vaporizare. Dintre substanțele similare, apa este singura substanță prezentă pe Pământ simultan în trei stări de agregare. Rolul apei într-o celulă se bazează și pe această caracteristică. 
Interacțiunea cu substanțele hidrofile
Capacitatea inerentă a particulelor de apă de a forma legături de hidrogen permite fluidului corporal principal să dizolve mulți compuși. Astfel de substanțe sunt numite hidrofile, adică „prietenoase” cu apa. Acestea includ compuși ionici: săruri, baze și acizi. Substanțele hidrofile includ și compuși neionici care au polaritate. Moleculele lor conțin grupuri încărcate. Aceștia sunt aminoacizi, zaharuri, alcooli simpli și alți compuși.
Rolul apei în viața unei celule se reduce la crearea mediului necesar pentru a accelera toate reacțiile. O soluție este o stare a unei substanțe în care toate moleculele sale se pot mișca mult mai liber, adică capacitatea de reacție devine mult mai mare decât în forma lor obișnuită.
Datorită acestor proprietăți, apa a devenit principalul mediu pentru marea majoritate a reacțiilor chimice. Mai mult, de exemplu, hidroliza și întregul set de procese redox sunt efectuate numai cu participarea directă a fluidului celular principal.
Reactiv
Rolul imens al apei în viața unei celule este de netăgăduit. Ea participă la toate procesele importante. De exemplu, apa este necesară pentru fotosinteză. Una dintre etapele sale, fotoliza apei, presupune separarea atomilor de hidrogen și includerea lor în compușii organici rezultați. În acest caz, oxigenul eliberat este eliberat în atmosferă.
Rolul apei în celulele umane și animale este asociat cu hidroliza deja menționată, distrugerea substanțelor cu adaos de apă. Una dintre cele mai importante reacții de acest fel într-o celulă este defalcarea moleculei de ATP, care are loc odată cu eliberarea de energie, care este folosită pentru alte procese vitale.
Interacțiunea cu substanțele hidrofobe
Unele proteine, precum și grăsimile și acizii nucleici, nu se dizolvă deloc în apă, sau acest proces este foarte dificil. Astfel de substanțe se numesc hidrofobe, adică „de teamă” de apă. Rolul apei în celulă și corp este, de asemenea, legat de interacțiunea acesteia cu compuși similari.
Moleculele de apă sunt capabile să separe substanțele hidrofobe de lichidul însuși. Ca rezultat, se formează așa-numitele interfețe. Pe ele au loc multe reacții chimice. Astfel, datorită interacțiunii fosfolipidelor care alcătuiesc membrana celulară cu apa, se formează un dublu strat lipidic.
Capacitate termica
Rolul biologic al apei în celulă constă în participarea acesteia la termoreglare. Capacitatea termică a apei este destul de mare. Aceasta înseamnă că, în timp ce absoarbe o cantitate impresionantă de energie termică, temperatura apei se modifică doar puțin. Această caracteristică ajută la menținerea unei temperaturi constante în interiorul celulei, care este necesară pentru apariția normală a multor procese și pentru menținerea unui mediu intern constant.
Distribuție uniformă a căldurii
O altă caracteristică a apei este conductivitatea termică. De asemenea, ajută la menținerea unui mediu intern constant. Apa este capabilă să transfere o cantitate impresionantă de căldură dintr-o zonă a corpului în care este în exces către acele celule și țesuturi cărora le lipsește.
În plus, termoreglarea se realizează și datorită evaporării apei. Răcirea are loc datorită faptului că în timpul trecerii de la o stare de agregare la alta, legăturile de hidrogen trebuie distruse. Și acest lucru, după cum am menționat deja, necesită cantități mari de energie.
Scheletul hidrostatic
Rolul apei în viața unei celule nu se oprește aici. Lichidul corporal principal are o altă proprietate: practic nu se comprimă. Această caracteristică permite apei să joace rolul unui schelet hidrostatic în celulă. Apa creează o presiune de turgescență, determinând astfel proprietăți ale celulelor și țesuturilor precum volumul și elasticitatea. Este ușor de înțeles rolul apei într-o celulă în acest sens dacă te uiți la copaci. Forma obișnuită a frunzei este creată datorită presiunii crescute în celule. Există multe exemple similare în lumea organică. De exemplu, forma familiară a meduzei sau a viermilor rotunzi este susținută și de un schelet hidrostatic. 
Pierderea de apă de către celule, în consecință, duce la procese inverse. Începe o schimbare de formă: frunzele se ofilesc, fructele se încrețesc, pielea își pierde elasticitatea.
Participarea la transportul substanțelor
Folosind legături de hidrogen, moleculele de apă sunt capabile să se conecteze nu numai între ele, ci și cu alte substanțe. În urma acestei interacțiuni, apare tensiunea superficială, care joacă un rol semnificativ în transportul substanțelor în organism. Astfel, consecința coeziunii (aderența moleculelor sub influența atracției, iar în cazul apei - cu ajutorul legăturilor de hidrogen) este mișcarea nutrienților în capilarele plantelor. Datorită aceleiași proprietăți, apa se deplasează din sol prin firele de păr din rădăcină în plantă.
De asemenea, forța tensiunii superficiale face posibilă fluxul sanguin capilar la animale și la oameni. Apa este implicată în mișcarea substanțelor și în îndepărtarea produselor de degradare din organism. 
Se pare că răspunsul la întrebarea „care este rolul apei în celulă?” destul de clar - este uriaș. Datorită proprietăților de bază ale structurii moleculare a acestui lichid, toate procesele de bază sunt posibile, fără de care viața este de neconceput. Apa ajută la creșterea reactivității substanțelor, menține forma celulelor și organelor, participă la furnizarea acestora cu tot ce au nevoie și face parte din multe reacții chimice. Apa este sursa vieții și cu siguranță aceasta nu este o metaforă. Toate procesele metabolice majore sunt asociate cu acesta și, de asemenea, stă la baza interacțiunii diferiților compuși. 
Din cauza acestor proprietăți, apa este substanța care este căutată mai întâi atunci când se explorează alte planete, în încercarea de a înțelege dacă sunt potrivite pentru viață.
Proprietățile unice au permis apei să joace rolul de solvent și termostat în celulă, precum și să mențină structura celulelor și a substanțelor de transport.
Natura legăturilor de hidrogen
Molecula de H 2 O în sine este neutră din punct de vedere electric, dar sarcina din interiorul moleculei este distribuită neuniform: în regiunea atomilor de hidrogen există o mică sarcină pozitivă, iar în regiunea în care se află atomul de oxigen există o mică sarcină negativă. . Datorită acestui fapt, moleculele de apă pot interacționa între ele pentru a forma așa-numitele legături de hidrogen.
Legături de hidrogen
Legăturile de hidrogen determină proprietățile unice ale apei:
Apa are temperaturi foarte ridicate de fierbere, topire și vaporizare, deoarece trebuie cheltuită energie suplimentară pentru a rupe legăturile de hidrogen. Doar apa se află în toate cele trei stări de agregare în același timp. Alte substanțe cu structură și greutate moleculară similare, precum H 2 S, HCl, NH 3, sunt gaze în condiții normale.
Reacţie]].
Substanțele hidrofobe nu se vor dizolva în apă, dar moleculele de H 2 O vor putea separa substanța hidrofobă de coloana de apă însăși. De exemplu, grăsimile - fosfolipidele, care alcătuiesc membrana celulară, pot forma un dublu strat lipidic datorită interacțiunii cu apa.
Participarea la reacții chimice
Apa ca reactiv participă la multe reacții chimice:
- În timpul fotosintezei, fotoliza apei are loc în plante - hidrogenul din apă pătrunde în substanțele organice, iar oxigenul liber este eliberat în atmosferă.
Ecuația fotosintezei:
6H 2 O+6CO 2 =C 6 H 12 O 6 + 6O 2
- Apa este implicată în hidroliză - distrugerea substanțelor cu adaos de apă. De exemplu, hidroliza grăsimilor, proteinelor și carbohidraților are loc în timpul digestiei alimentelor, iar hidroliza ATP-ului eliberează energie care satisface nevoile celulei.
- În timpul hidrolizei sărurilor, apa este o sursă de protoni și electroni.
Menținerea structurii celulare
Apa este practic incompresibilă și, prin urmare, servește drept schelet hidrostatic al celulei. Datorită osmozei, apa creează o presiune în exces în interiorul vacuolelor celulelor vegetale; această presiune de turgescență asigură elasticitatea peretelui celular și menține forma organelor.
Transport de substante
- La plante, datorită, în special, efectului capilar caracteristic apei, sărurile minerale dizolvate în apă se ridică de la rădăcină în alte părți ale plantei prin vase. De asemenea, datorită coeziunii, apa din sol este disponibilă pentru absorbție prin firele de păr din rădăcină.
- Transportul produselor fotosintetice are loc prin mutarea unei soluții apoase de zaharoză prin tuburi sită.
- Excreția, mișcarea produselor metabolice în formă dizolvată la animale.
Participarea la termoreglare
Datorită capacității sale mari de căldură 4200 J/ , apa asigură o temperatură aproximativ constantă în interiorul celulei. Apa poate transporta o cantitate mare de căldură, dând-o acolo unde temperatura țesutului este mai scăzută și luând-o acolo unde temperatura este mai mare. De asemenea, atunci când apa se evaporă, are loc o răcire semnificativă datorită faptului că se cheltuiește multă energie pentru ruperea legăturilor de hidrogen în timpul tranziției de la o stare de agregare la alta.
Instrucțiuni
Una dintre proprietățile apei este capacitatea sa universală de a dizolva substanțele chimice, datorită căreia menține elasticitatea unei celule biologice, o hrănește și participă la construcția membranei. Toate „sucurile” interne ale unei persoane sunt sânge și limfa; lichid secretor - saliva, suc gastric; secreții din organele genitale, urină, transpirație - toate acestea sunt soluții de apă cu substanțe speciale.
O moleculă de apă are o sarcină electronică neutră; constă dintr-o combinație de atomi de oxigen și hidrogen. Sarcina electronică din interiorul moleculei în sine este distribuită foarte neuniform: atomii cu sarcină electronică pozitivă predomină în regiunea hidrogenului, iar atomii cu încărcătură electronică negativă predomină în regiunea oxigenului. Acesta este un dipol și se știe că are o bună capacitate de a se combina cu alte substanțe și de a forma hidrați. Când energia de atracție a apei către moleculele unei alte substanțe este mai mare decât între moleculele de apă, substanța pur și simplu se dizolvă în ea.
Concentrația apei în fluidele biologice determină viteza de interacțiune a substanțelor. Procesele interne au loc mai repede: produsele de descompunere ai reacțiilor biochimice sunt eliminate, procesele de restaurare și reînnoire a organismului sunt activate. Când o substanță este dizolvată, moleculele sale cu ajutorul apei se pot mișca mai repede, motiv pentru care reactivitatea acesteia crește. Când conținutul de apă din organism scade, sângele devine „vâscos”, se mișcă mai lent prin vase, metabolismul încetinește, starea generală a persoanei începe să se deterioreze rapid, iar creierul, care este format din 85% lichid, începe să sufere. .
Când organismul este deshidratat, lichidul celular este primul care suferă, scade la 66%, apoi lichidul extracelular și abia după aceea scade cantitatea de lichid din plasma sanguină. Natura a aranjat-o în așa fel încât întreținerea organului principal al vieții - creierul - să fie efectuată până la urmă. O pierdere mare de lichid la o persoană poate duce la consecințe ireversibile; medicina cunoaște cazuri nu numai de moartea oamenilor din cauza deshidratării, ci și de apariția unor boli grave, în special din cauza lipsei de apă, precum și din excesul acesteia. , schizofrenia s-a dezvoltat, pacienții au luat-o repede razna.
Datorită capacității de căldură a apei, participarea acesteia la reglarea temperaturii corpului joacă un rol important, se desfășoară procese de termoreglare, iar temperatura celulelor din corp este menținută optimă pentru activitatea biologică. Transportul nutrienților și oxigenului este accelerat.
Apa participă, de asemenea, la procesul de digestie și eliminarea deșeurilor din organism. Ea este cea care stimulează peretele intestinal să funcționeze, ea este cea care dizolvă deșeurile, eliminându-le prin uretere.
Este curios că apa, de fapt, este cel mai important factor de protecție pentru organele interne ale omului. De exemplu, ficatul, rinichii și splina au o greutate specifică foarte considerabilă; teoretic, în timpul activității fizice ar trebui să se desprindă pur și simplu, deoarece canalele conductoare și ligamentele de reținere sunt foarte subțiri. Lichidul în care par să plutească îi protejează de acest lucru. Lichidul absoarbe impacturile, creează un mediu biologic, modifică greutatea lor fizică, ducând la un minim (legea lui Arhimede în acțiune).
Cu foarte puține excepții (os și smalțul dinților), apa este componenta predominantă a celulei. Apa este necesară pentru metabolismul celular (schimb), deoarece procesele fiziologice au loc exclusiv în mediu apos. Moleculele de apă sunt implicate în multe reacții enzimatice ale celulei. De exemplu, descompunerea proteinelor, carbohidraților și a altor substanțe are loc ca urmare a interacțiunii lor cu apa catalizată de enzime. Astfel de reacții se numesc reacții hidroliză.
Apa servește ca sursă de ioni de hidrogen în timpul fotosintezei. Apa într-o celulă este sub două forme: liberă și legată.
Apa gratis reprezintă 95% din toată apa din celulă și este folosită în principal ca solvent și ca mediu de dispersie pentru sistemul coloidal al protoplasmei.
Apă legată, care reprezintă doar 4% din apa totală din celulă, este legată de proteine prin legături de hidrogen.
Polaritatea unei molecule de apă. Datorită distribuției asimetrice a sarcinii, molecula de apă acționează ca dipolși prin urmare poate fi legat atât de grupări de proteine încărcate pozitiv, cât și negativ. Proprietatea de dipol a unei molecule de apă explică capacitatea sa de a se orienta într-un câmp electric și de a se atașa de diferite molecule și secțiuni de molecule care poartă o sarcină. Ca rezultat, se formează hidrații.
Capacitate termica. Datorită capacității sale mari de căldură, apa absoarbe căldură și astfel previne fluctuațiile bruște de temperatură în celulă.
Funcția de transport a apei. Apă- principalele mijloace de deplasare a substanțelor în organism (fluxul sanguin, limfa, curenții ascendenți și descendenți de soluții prin vasele plantelor) și în celulă.
Apa este ca un lubrifiant. Apa servește ca „lubrifiant”, necesar oriunde există suprafețe de frecare (de exemplu, în articulații).
Apa are densitatea maximă la 4°C. Prin urmare, gheața, care are o densitate mai mică, este mai ușoară decât apa și plutește pe suprafața ei, ceea ce protejează rezervorul de îngheț. Această proprietate a apei salvează viețile multor organisme acvatice.
Datorită structurii sale, apa joacă un rol vital în viața oricărei celule. Este responsabil de procesele metabolice, de termoreglare, asigură transportul substanțelor și menține structura celulară. Corpul nostru trăiește datorită vieții celulelor noastre. Și viața în ele este susținută datorită structurii și proprietăților unice ale moleculei de apă. În ceea ce privește compoziția cantitativă, apa se află pe primul loc în compoziția oricărei celule.
Prezența apei în țesuturi
Apa este distribuită neuniform în țesuturile noastre.
țesut muscular - 65%
țesut osos - 22%
Țesut adipos – 99%
Sânge – 83%
Corpul vitros al ochiului – 99%
țesut cerebral – 85%
Smalțul dinților -0,2%
Participarea apei la reacțiile chimice
Din punct de vedere chimic, apa din celule este un catalizator necesar pentru producerea diferitelor procese. Ca reactiv, apa este implicată în multe reacții chimice care au loc în interiorul celulelor corpului. Apa participă la procesul de hidroliză (distrugere prin adăugarea unei molecule de apă). Când alimentele sunt digerate, are loc hidroliza grăsimilor, proteinelor și carbohidraților, eliberând energie care asigură activitatea vitală a celulelor. În timpul hidrolizei sărurilor, apa este o sursă de electroni și protoni.
Pentru ca procesele intracelulare să aibă loc, sunt necesare două proprietăți ale apei - capacitatea de a forma legături de hidrogen și ionizarea reversibilă.
Transport de substante
În celulele corpului, apa este cea care îndeplinește funcția de transport. Moleculele de apă sunt implicate în procesele de îndepărtare a deșeurilor din celulă. Datorită proprietăților lor, moleculele de apă sunt capabile să pătrundă în spațiul intercelular, aducând nutrienți celulelor.
Apa este componenta principală a sângelui și a limfei. Dacă lipsește, vasul devine casant și sângele devine gros. Acest lucru duce la hemoragie locală și tromboză.
Menținerea structurii celulare
Apa lichidă este practic incompresibilă. Această proprietate permite moleculelor de apă să mențină structura celulei și, de asemenea, creează o presiune intracelulară optimă. Acest lucru asigură o structură constantă a organelor și țesuturilor.
Participarea apei la termoreglare
Molecula de apă are o capacitate ridicată de căldură, ceea ce îi va permite să mențină o temperatură constantă în interiorul celulelor corpului. În plus, atunci când grăsimile sunt descompuse, se eliberează o cantitate mare de energie, care merge și pentru menținerea temperaturii.
Apa din interiorul celulei
În celulele corpului, apa există în două stări:
1 Asociat cu molecule de proteine - 4-5%. Astfel de legături se numesc solvat; ele formează o înveliș în jurul moleculelor de proteine, împiedicând interacțiunea lor. În compoziția sa fizică și chimică, apa solvată diferă puternic de apa liberă. Nu dizolvă sărurile, iar punctul de îngheț este -40C.
2 Apă gratuită. Reprezintă 95% și participă la toate procesele enumerate.
De la școală știm că viața noastră este imposibilă fără apă. O persoană are sete dacă pierde 3% din apă; dacă pierde 20%, se va produce moartea celulei. Acest lucru va duce la moartea corpului. Monitorizați cantitatea de apă pe care o consumați și calitatea acesteia.
Se încarcă...