ZWIĄZKI NIEORGANICZNE KOMÓRKI19.doc

CZĄSTECZKA WODY

* między atomami H i atomem O w wodzie powstają kowalencyjne spolaryzowane wiązania H-O, co jest skutkiem wysokiej elektroujemności atomu O, czyli jego tendencji do przyciągania elektronów (kąt położenia obydwu atomów H w stosunku do O wynosi ~ 105°)

* cząsteczka jest polarna, co m.in. oznacza, że ma budowę biegunową

* zachowuje się jak dipol elektryczny – układ rozsuniętych ładunków o przeciwnym znaku

* w rezultacie takiego rozmieszczenia ładunków cząsteczki są zdolne do:

- asocjacji – dodatni biegun jednej cząsteczki wody może być przyciągany przez ujemny biegun drugiej, tworzy się międzycząsteczkowe wiązanie wodorowe

- hydratacji – gromadzenia się cząsteczek wody wokół odpowiednich jonów

POSTAĆ WODY W ORGANIZMIE

* woda związana/strukturalna

- pozostaje w ścisłym kontakcie z wielocząsteczkowymi związkami komórkowymi, np. białkami oraz z błonami biologicznymi i ścianami komórek u roślin

- woda oblewa związki lub wchodzi w jeszcze silniejsze oddziaływania chemiczne, stanowiąc składnik budulcowy komórki

* woda wewnątrzkomórkowa/niezwiązana

- wypełnia przestrzenie między strukturami komórkowymi

- wraz z wodą związaną stanowi ponad połowę wody znajdującej się w organizmie

- zmieszana jest z innymi substancjami komórkowymi i razem z nimi tworzy cytoplazmę o charakterze roztworu koloidalnego

- w roztworze woda stanowi fazę rozpraszającą, a cząsteczki o rozmiarach 1-100nm stanowią fazę rozproszoną

- woda wnętrza komórki pełni rolę środowiska procesów metabolicznych zachodzących w komórce bądź pełni funkcję substratu w licznych reakcjach chemicznych

* płyn zewnątrzkomórkowy

- otacza komórki

- występuje jako rozcieńczony wodny roztwór różnych substancji zarówno nieorganicznych, jak i organicznych

- pełni funkcję nośnika związków odżywczych i sygnałów przekazywanych między komórkami

- takie właśnie funkcje pełni płyn tkankowy, limfa (chłonka) i osocze krwi a u roślin roztwór w kanałach tkanek przewodzących

WODA

* podstawowy składnik nieorganiczny każdego organizmu i jeden z najbardziej rozpowszechnionych związków w przyrodzie

* stężenie wody w komórkach o normalnej aktywności wynosi średnio 60-70%, ale może zmieniać się np. w zależności od wieku lub stanu aktywności organizmu

* dużo wody zawierają płyny ustrojowe ssaków, w tym człowieka: limfa (95%), osocze krwi (90%)

* zasobne w wodę są soczyste liście i owoce (do 90%)

* najmniej wody zawierają kości (20%), szkliwo zębów i tkanka tłuszczowa (10%), nasiona i zarodniki roślin (10-15%) oraz wtórna ściana komórkowa roślin (10%)

ZMIANY STANU SKUPIENIA

* bardzo wysokie wartości ciepła: właściwego, parowania, topnienia i krzepnięcia powodują, że woda wolno zmienia temperaturę lub przechodzi ze stanu stałego (lód) w ciekły i odwrotnie

* aby zmiany te mogły następować woda potrzebuje znacznie większego dopływu ciepła niż jakakolwiek inna substancja

* dzięki temu temperatura organizmów zmienia się stosunkowo wolno, pomimo szybkich zmian temperatury otoczenia

* duża ilość ciepła pobierana przez wodę w czasie jej parowania wydziela się np. w trakcie pocenia, gdy ciało pozbywa się nadmiaru ciepła i ochładza

* jest to jeden z mechanizmów termoregulacji występującej u większości ssaków, porównywanej pod pewnym względem do transpiracji u roślin

* termiczne właściwości wody powodują także nieznaczne modyfikacje termiczne środowiska

* na tym samym obszarze występowania organizmy wodne podlegają znacznie słabszym wahaniom temperatury niż organizmy lądowe

* zwierzęta lądowe korzystają z modyfikujących temperaturę wpływów pobliskich zbiorników wodnych

* na obszarach przybrzeżnych powolna absorpcja ciepła przez morze w lecie i stopniowe jego uwalnianie zimą, powoduje zmniejszenie amplitud temperatury

* w miarę jak woda zamarza, następuje zwiększenie jej objętości, co sprawia, że powstający ostatecznie lód ma mniejszą gęstość niż woda

* unoszący się na powierzchni lód spowalnia zamarzanie głębszych warstw wody, co pozwala licznym organizmom wodnym przeżyć zimę

* możliwe jest to również dlatego, że w temperaturze +4°C woda ma największą gęstość i zalega przy dnie zbiornika

WŁAŚCIWOŚCI FIZYKOCHEMICZNE

* woda w temperaturze pokojowej jest cieczą, mimo że amoniak i metan (związki o masie zbliżonej do wody) są gazami

* uniwersalny rozpuszczalnik:

a) rozpuszczalnik elektrolitów/substancji hydrofilowych

- dzięki występowaniu wody w stanie ciekłym i jednocześnie bardzo wysokiej stałej dielektrycznej woda jest szczególnie silnym rozpuszczalnikiem dla elektrolitów

- dodatni biegun cząsteczki wody przyciągany jest przez anion, a ujemny przez kation, co prowadzi do hydratacji

- dzięki temu jony nie są zdolne do łączenia się ze sobą, więc następuje efekt rozpuszczania

b) rozpuszczalnik nieelektrolitów/substancji hydrofobowych

* substancja obojętna i nieszkodliwa

* bierze udział w niezbyt wielu reakcjach chemicznych (fotoliza wody, hydroliza związków pokarmowych)

* tworzy środowisko przebiegu reakcji

* woda (tzw. krew, limfa i inne płyny ustrojowe oraz sok komórkowy u roślin, w których woda jest podstawowym składnikiem) transportuje substancje odżywcze, produkty przemiany materii, hormony, witaminy, enzymy, leki

* utrzymuje odpowiednie wymiary i kształty komórek

* warunkuje odpowiedni stan uwodnienia komórek organów roślinnych

SOLE MINERALNE

* stanowią około 2-4% suchej masy organizmu

* występują w formie rozpuszczonej w soku komórkowym i płynach pozakomórkowych lub też w postaci elementów nierozpuszczalnych

* funkcje

- strukturalne (budulcowe)

- podporowe (fosforan wapnia Ca3(PO4) 2 i węglan wapnia CaCO3 współtworzą kościec zwierząt kręgowych, krzemionka (SiO2) współtworzy ściany komórkowe niektórych glonów, skrzypów, traw i turzyc)

- biochemiczne – polegają m.in. na bezpośrednim udziale jonów metali lub niemetali w reakcjach biochemicznych, ponieważ wiele z nich wchodzi w skład enzymów lub jest konieczna do ich działania

- osmotyczne i buforujące – polegają głównie na utrzymywaniu ciśnienia osmotycznego i stężenia jonów wodorowych roztworów komórkowych i pozakomórkowych

ZMIANY STANU SKUPIENIA

* bardzo wysokie wartości ciepła: właściwego, parowania, topnienia i krzepnięcia powodują, że woda wolno zmienia temperaturę lub przechodzi ze stanu stałego (lód) w ciekły i odwrotnie

* aby zmiany te mogły następować woda potrzebuje znacznie większego dopływu ciepła niż jakakolwiek inna substancja

* dzięki temu temperatura organizmów zmienia się stosunkowo wolno, pomimo szybkich zmian temperatury otoczenia

* duża ilość ciepła pobierana przez wodę w czasie jej parowania wydziela się np. w trakcie pocenia, gdy ciało pozbywa się nadmiaru ciepła i ochładza

* jest to jeden z mechanizmów termoregulacji występującej u większości ssaków, porównywanej pod pewnym względem do transpiracji u roślin

* termiczne właściwości wody powodują także nieznaczne modyfikacje termiczne środowiska

* na tym samym obszarze występowania organizmy wodne podlegają znacznie słabszym wahaniom temperatury niż organizmy lądowe

* zwierzęta lądowe korzystają z modyfikujących temperaturę wpływów pobliskich zbiorników wodnych

* na obszarach przybrzeżnych powolna absorpcja ciepła przez morze w lecie i stopniowe jego uwalnianie zimą, powoduje zmniejszenie amplitud temperatury

* w miarę jak woda zamarza, następuje zwiększenie jej objętości, co sprawia, że powstający ostatecznie lód ma mniejszą gęstość niż woda

* unoszący się na powierzchni lód spowalnia zamarzanie głębszych warstw wody, co pozwala licznym organizmom wodnym przeżyć zimę

* możliwe jest to również dlatego, że w temperaturze +4°C woda ma największą gęstość i zalega przy dnie zbiornika