1. Ποια είναι η δομή του νερού;

Απάντηση. Το μόριο του νερού έχει μια γωνιακή δομή: οι πυρήνες που το αποτελούν σχηματίζουν ισοσκελές τρίγωνο, που έχει δύο υδρογόνα στη βάση του και ένα άτομο οξυγόνου στην κορυφή του. Διαπυρηνική O-N αποστάσειςκοντά στα 0,1 nm, η απόσταση μεταξύ των πυρήνων των ατόμων υδρογόνου είναι 0,15 nm. Από τα έξι ηλεκτρόνια που αποτελούν το εξωτερικό στρώμα ηλεκτρονίων του ατόμου οξυγόνου στο μόριο του νερού, δύο ζεύγη ηλεκτρονίων σχηματίζουν ομοιοπολικά Συνδέσεις O-N, και τα υπόλοιπα τέσσερα ηλεκτρόνια είναι δύο μη κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων.

Το μόριο του νερού είναι ένα μικρό δίπολο που περιέχει θετικά και αρνητικά φορτία στους πόλους. Κοντά στους πυρήνες του υδρογόνου υπάρχει έλλειψη πυκνότητας ηλεκτρονίων και στην αντίθετη πλευρά του μορίου, κοντά στον πυρήνα του οξυγόνου, υπάρχει περίσσεια ηλεκτρονιακής πυκνότητας. Αυτή η δομή είναι που καθορίζει την πολικότητα του μορίου του νερού.

2. Ποια είναι η ποσότητα νερού (σε%) που περιέχεται σε διαφορετικά κύτταρα;

Η ποσότητα του νερού ποικίλλει σε διαφορετικούς ιστούς και όργανα. Έτσι, σε ένα άτομο στη φαιά ουσία του εγκεφάλου, το περιεχόμενό του είναι 85%, και στον οστικό ιστό - 22%. Η υψηλότερη περιεκτικότητα σε νερό στον οργανισμό παρατηρείται στην εμβρυϊκή περίοδο (95%) και σταδιακά μειώνεται με την ηλικία.

Η περιεκτικότητα σε νερό σε διάφορα φυτικά όργανα ποικίλλει μέσα σε αρκετά μεγάλα όρια. Διαφέρει ανάλογα με τις περιβαλλοντικές συνθήκες, την ηλικία και τον τύπο των φυτών. Έτσι, η περιεκτικότητα σε νερό στα φύλλα μαρουλιού είναι 93-95%, καλαμπόκι - 75-77%. Η ποσότητα του νερού δεν είναι η ίδια σε διαφορετικά όργανα των φυτών: τα φύλλα του ηλίανθου περιέχουν 80-83% νερό, οι μίσχοι - 87-89%, οι ρίζες - 73-75%. Η περιεκτικότητα σε νερό, ίση με 6-11%, είναι χαρακτηριστική κυρίως για τους ξηρούς σπόρους στον αέρα, στους οποίους αναστέλλονται ζωτικές διεργασίες. Το νερό περιέχεται στα ζωντανά κύτταρα, στα νεκρά στοιχεία του ξυλώματος και στους μεσοκυττάριους χώρους. Στους μεσοκυττάριους χώρους, το νερό βρίσκεται σε κατάσταση ατμού. Τα φύλλα είναι τα κύρια εξατμιστικά όργανα ενός φυτού. Ως προς αυτό, είναι φυσικό ότι ο μεγαλύτερος αριθμόςνερό γεμίζει τους μεσοκυττάριους χώρους των φύλλων. Σε υγρή κατάσταση, το νερό βρίσκεται σε διάφορα μέρη του κυττάρου: κυτταρική μεμβράνη, κενοτόπιο, κυτταρόπλασμα. Τα κενοτόπια είναι το πιο πλούσιο σε νερό μέρος του κυττάρου, όπου η περιεκτικότητά του φτάνει το 98%. Στην υψηλότερη περιεκτικότητα σε νερό, η περιεκτικότητα σε νερό στο κυτταρόπλασμα είναι 95%. Η χαμηλότερη περιεκτικότητα σε νερό είναι χαρακτηριστικό των κυτταρικών μεμβρανών. Ο ποσοτικός προσδιορισμός της περιεκτικότητας σε νερό στις κυτταρικές μεμβράνες είναι δύσκολος. προφανώς, κυμαίνεται από 30 έως 50%. Το νερό σχηματίζει μέσα διαφορετικά μέρη φυτικό κύτταροείναι επίσης διαφορετικά.

3. Ποιος είναι ο ρόλος του νερού στους ζωντανούς οργανισμούς;

Απάντηση. Το νερό είναι το κυρίαρχο συστατικό όλων των ζωντανών οργανισμών. Έχει μοναδικές ιδιότητες λόγω των δομικών χαρακτηριστικών: τα μόρια του νερού έχουν τη μορφή διπόλου και σχηματίζονται δεσμοί υδρογόνου μεταξύ τους. Η μέση περιεκτικότητα σε νερό στα κύτταρα των περισσότερων ζωντανών οργανισμών είναι περίπου 70%. Το νερό στο κύτταρο υπάρχει σε δύο μορφές: ελεύθερο (95% του συνόλου του κυτταρικού νερού) και δεσμευμένο (4-5% σχετίζεται με πρωτεΐνες).

Λειτουργίες νερού:

1. Το νερό ως διαλύτης. Πολλές χημικές αντιδράσεις στο κύτταρο είναι ιοντικές, επομένως λαμβάνουν χώρα μόνο σε υδάτινο περιβάλλον. Οι ουσίες που διαλύονται στο νερό ονομάζονται υδρόφιλες (αλκοόλες, σάκχαρα, αλδεΰδες, αμινοξέα), αδιάλυτες - υδρόφοβες (λιπαρά οξέα, κυτταρίνη).

2. Νερό ως αντιδραστήριο. Το νερό εμπλέκεται σε πολλές χημικές αντιδράσεις: αντιδράσεις πολυμερισμού, υδρόλυση, στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης.

3. Λειτουργία μεταφοράς. Μετακίνηση μέσω του σώματος μαζί με το νερό των διαλυμένων σε αυτό ουσιών στα διάφορα μέρη του και την απομάκρυνση των περιττών προϊόντων από το σώμα.

4. Νερό ως σταθεροποιητής θερμότητας και θερμοστάτης. Αυτή η λειτουργία οφείλεται σε τέτοιες ιδιότητες του νερού όπως η υψηλή θερμοχωρητικότητα - μαλακώνει την επίδραση στο σώμα των σημαντικών αλλαγών θερμοκρασίας στο περιβάλλον. υψηλή θερμική αγωγιμότητα - επιτρέπει στο σώμα να διατηρεί την ίδια θερμοκρασία σε όλο τον όγκο του. υψηλή θερμότητα εξάτμισης - χρησιμοποιείται για την ψύξη του σώματος κατά την εφίδρωση στα θηλαστικά και τη διαπνοή στα φυτά.

5. Δομική λειτουργία. Το κυτταρόπλασμα των κυττάρων περιέχει από 60 έως 95% νερό και είναι αυτή που δίνει στα κύτταρα κανονική μορφή. Στα φυτά, το νερό διατηρεί τον στρόβιλο (την ελαστικότητα της ενδοπλασματικής μεμβράνης), σε ορισμένα ζώα χρησιμεύει ως υδροστατικός σκελετός (μέδουσες)

Ερωτήσεις μετά την § 7

1. Ποια είναι η ιδιαιτερότητα της δομής του μορίου του νερού;

Απάντηση. Οι μοναδικές ιδιότητες του νερού καθορίζονται από τη δομή του μορίου του. Το μόριο του νερού αποτελείται από ένα άτομο Ο συνδεδεμένο με δύο άτομα Η με πολικό δεσμό ομοιοπολικούς δεσμούς. Η χαρακτηριστική διάταξη των ηλεκτρονίων σε ένα μόριο νερού του δίνει μια ηλεκτρική ασυμμετρία. Όσο πιο ηλεκτραρνητικό άτομο οξυγόνου έλκει τα ηλεκτρόνια των ατόμων υδρογόνου πιο έντονα, με αποτέλεσμα τα κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων στο μόριο του νερού να μετατοπίζονται προς αυτό. Επομένως, αν και το μόριο του νερού στο σύνολό του δεν είναι φορτισμένο, καθένα από τα δύο άτομα υδρογόνου έχει ένα μερικώς θετικό φορτίο (σημαίνει 8+) και το άτομο οξυγόνου φέρει ένα μερικώς αρνητικό φορτίο (8-). Το μόριο του νερού είναι πολωμένο και είναι δίπολο (έχει δύο πόλους).

Το μερικώς αρνητικό φορτίο του ατόμου οξυγόνου ενός μορίου νερού έλκεται από τα μερικώς θετικά άτομα υδρογόνου άλλων μορίων. Έτσι, κάθε μόριο νερού τείνει να δεσμεύει υδρογόνο με τέσσερα γειτονικά μόρια νερού.

2. Ποια είναι η σημασία του νερού ως διαλύτη;

Απάντηση. Λόγω της πολικότητας των μορίων και της ικανότητας σχηματισμού δεσμών υδρογόνου, το νερό διαλύει εύκολα τις ιοντικές ενώσεις (άλατα, οξέα, βάσεις). Καλά διαλυτό στο νερό και σε ορισμένες μη ιοντικές, αλλά πολικές ενώσεις, δηλαδή στο μόριο των οποίων υπάρχουν φορτισμένες (πολικές) ομάδες, όπως σάκχαρα, απλές αλκοόλες, αμινοξέα. Οι ουσίες που είναι πολύ διαλυτές στο νερό ονομάζονται υδρόφιλες (από το ελληνικό hygros - υγρό και φιλία - φιλία, κλίση). Όταν μια ουσία μπαίνει σε διάλυμα, τα μόρια ή τα ιόντα της μπορούν να κινούνται πιο ελεύθερα και, ως εκ τούτου, η αντιδραστικότητα της ουσίας αυξάνεται. Αυτό εξηγεί γιατί το νερό είναι το κύριο μέσο στο οποίο οι περισσότεροι χημικές αντιδράσειςκαι όλες οι αντιδράσεις υδρόλυσης και οι πολυάριθμες αντιδράσεις οξειδοαναγωγής λαμβάνουν χώρα με άμεση συμμετοχή νερού.

Οι ουσίες που είναι ελάχιστα ή εντελώς αδιάλυτες στο νερό ονομάζονται υδρόφοβες (από το ελληνικό phobos - φόβος). Αυτά περιλαμβάνουν λίπη νουκλεϊκά οξέα, ορισμένες πρωτεΐνες και πολυσακχαρίτες. Τέτοιες ουσίες μπορούν να σχηματίσουν διεπαφές με το νερό, πάνω στις οποίες λαμβάνουν χώρα πολλές χημικές αντιδράσεις. Επομένως, το γεγονός ότι το νερό δεν διαλύει μη πολικές ουσίες είναι επίσης πολύ σημαντικό για τους ζωντανούς οργανισμούς. Μεταξύ των φυσιολογικά σημαντικών ιδιοτήτων του νερού είναι η ικανότητά του να διαλύει αέρια (Ο2, CO2 κ.λπ.).

3. Ποια είναι η θερμική αγωγιμότητα και η θερμοχωρητικότητα του νερού;

Απάντηση. Το νερό έχει υψηλή θερμοχωρητικότητα, δηλαδή την ικανότητα να απορροφά θερμική ενέργειαμε ελάχιστη άνοδο της θερμοκρασίας. Η υψηλή θερμοχωρητικότητα του νερού προστατεύει τους ιστούς του σώματος από μια γρήγορη και έντονη αύξηση της θερμοκρασίας. Πολλοί οργανισμοί δροσίζονται με εξάτμιση νερού (διαπνοή στα φυτά, εφίδρωση στα ζώα).

4. Γιατί να θεωρήσετε ότι το νερό είναι ιδανικό υγρόγια ένα κελί;

Απάντηση. Η υψηλή περιεκτικότητα του κυττάρου σε νερό είναι η πιο σημαντική προϋπόθεση για τη δραστηριότητά του. Με την απώλεια του μεγαλύτερου μέρους του νερού, πολλοί οργανισμοί πεθαίνουν και αρκετοί μονοκύτταροι και ακόμη και πολυκύτταροι οργανισμοί χάνουν προσωρινά όλα τα σημάδια ζωής. Αυτή η κατάσταση ονομάζεται κινούμενη εικόνα σε αναστολή. Μετά την ενυδάτωση, τα κύτταρα ξυπνούν και ενεργοποιούνται ξανά.

Το μόριο του νερού είναι ηλεκτρικά ουδέτερο. Αλλά ηλεκτρικό φορτίομέσα στο μόριο κατανέμεται άνισα: στην περιοχή των ατόμων υδρογόνου (ακριβέστερα, πρωτόνια), κυριαρχεί ένα θετικό φορτίο, στην περιοχή όπου βρίσκεται το οξυγόνο, η πυκνότητα του αρνητικού φορτίου είναι μεγαλύτερη. Επομένως, ένα σωματίδιο νερού είναι δίπολο. Η διπολική ιδιότητα ενός μορίου νερού εξηγεί την ικανότητά του να προσανατολίζεται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, να προσκολλάται σε διάφορα μόρια και τμήματα μορίων που φέρουν φορτίο. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζονται υδρίτες. Η ικανότητα του νερού να σχηματίζει υδρίτες οφείλεται στις καθολικές διαλυτικές του ιδιότητες. Εάν η ενέργεια έλξης των μορίων του νερού στα μόρια μιας ουσίας είναι μεγαλύτερη από την ενέργεια έλξης μεταξύ των μορίων του νερού, τότε η ουσία διαλύεται. Ανάλογα με αυτό, διακρίνονται οι υδρόφιλες (ελληνικά hydros - νερό και phileo - αγάπη) ουσίες, οι οποίες είναι πολύ διαλυτές στο νερό (π.χ. άλατα, αλκάλια, οξέα κ. ) ουσίες, ελάχιστα ή καθόλου διαλυτές στο νερό (λίπη, ουσίες που μοιάζουν με λίπος, καουτσούκ κ.λπ.). Η σύνθεση των κυτταρικών μεμβρανών περιλαμβάνει ουσίες που μοιάζουν με λίπος που περιορίζουν τη μετάβαση από το εξωτερικό περιβάλλον στα κύτταρα και αντίστροφα, καθώς και από το ένα μέρος του κυττάρου στο άλλο.

Οι περισσότερες από τις αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα σε ένα κύτταρο μπορούν να πραγματοποιηθούν μόνο σε ένα υδατικό διάλυμα. Το νερό είναι άμεσος συμμετέχων σε πολλές αντιδράσεις. Για παράδειγμα, η διάσπαση πρωτεϊνών, υδατανθράκων και άλλων ουσιών συμβαίνει ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασής τους με το νερό που καταλύεται από ένζυμα. Τέτοιες αντιδράσεις ονομάζονται αντιδράσεις υδρόλυσης (ελληνικά υδρός - νερό και λύση - διάσπαση).

Το νερό έχει υψηλή θερμοχωρητικότητα και ταυτόχρονα σχετικά υψηλή θερμική αγωγιμότητα για τα υγρά. Αυτές οι ιδιότητες κάνουν το νερό ιδανικό υγρό για τη διατήρηση της θερμικής ισορροπίας του κυττάρου και του οργανισμού.

Το νερό είναι το κύριο περιβάλλον για τη ροή των βιοχημικών αντιδράσεων του κυττάρου. Είναι μια πηγή οξυγόνου που απελευθερώνεται κατά τη φωτοσύνθεση και υδρογόνου, το οποίο χρησιμοποιείται για την αποκατάσταση των προϊόντων αφομοίωσης. διοξείδιο του άνθρακα. Και τέλος, το νερό είναι το κύριο μέσο μεταφοράς ουσιών στο σώμα (ροή αίματος και λέμφου, ανερχόμενα και καθοδικά ρεύματα διαλυμάτων μέσω των αγγείων των φυτών) και στο κύτταρο.

5. Ποιος είναι ο ρόλος του νερού στο κύτταρο

Διασφάλιση της ελαστικότητας των κυττάρων. Οι συνέπειες της απώλειας νερού από το κύτταρο είναι μαρασμός των φύλλων, ξήρανση των καρπών.

Επιτάχυνση χημικών αντιδράσεων λόγω της διάλυσης ουσιών στο νερό.

Εξασφάλιση της κίνησης των ουσιών: η είσοδος των περισσότερων ουσιών στο κύτταρο και η απομάκρυνσή τους από το κύτταρο με τη μορφή διαλυμάτων.

Εξασφάλιση της διάλυσης πολλών ΧΗΜΙΚΕΣ ΟΥΣΙΕΣ(μια σειρά από άλατα, σάκχαρα)?

Συμμετοχή σε μια σειρά από χημικές αντιδράσεις.

Συμμετοχή στη διαδικασία της θερμορύθμισης λόγω της ικανότητας επιβράδυνσης της θέρμανσης και της αργής ψύξης.

6. Ποιες δομικές και φυσικοχημικές ιδιότητες του νερού το καθορίζουν βιολογικό ρόλοσε ένα κλουβί;

Απάντηση. Οι δομικές φυσικές και χημικές ιδιότητες του νερού καθορίζουν τις βιολογικές του λειτουργίες.

Το νερό είναι καλός διαλύτης. Λόγω της πολικότητας των μορίων και της ικανότητας σχηματισμού δεσμών υδρογόνου, το νερό διαλύει εύκολα τις ιοντικές ενώσεις (άλατα, οξέα, βάσεις).

Το νερό έχει υψηλή θερμοχωρητικότητα, δηλαδή την ικανότητα να απορροφά θερμική ενέργεια με ελάχιστη αύξηση στη δική του θερμοκρασία. Η υψηλή θερμοχωρητικότητα του νερού προστατεύει τους ιστούς του σώματος από μια γρήγορη και έντονη αύξηση της θερμοκρασίας. Πολλοί οργανισμοί δροσίζονται με εξάτμιση νερού (διαπνοή στα φυτά, εφίδρωση στα ζώα).

Το νερό έχει επίσης υψηλή θερμική αγωγιμότητα, παρέχοντας ομοιόμορφη κατανομήθερμότητα σε όλο το σώμα. Κατά συνέπεια, η υψηλή ειδική θερμοχωρητικότητα και η υψηλή θερμική αγωγιμότητα καθιστούν το νερό ιδανικό υγρό για τη διατήρηση της θερμικής ισορροπίας του κυττάρου και του οργανισμού.

Το νερό πρακτικά δεν συμπιέζεται, δημιουργώντας πίεση στροβιλισμού, καθορίζοντας τον όγκο και την ελαστικότητα των κυττάρων και των ιστών. Έτσι, είναι ο υδροστατικός σκελετός που διατηρεί το σχήμα των στρογγυλών σκουληκιών, των μεδουσών και άλλων οργανισμών.

Το νερό χαρακτηρίζεται από τη βέλτιστη τιμή δύναμης για βιολογικά συστήματα επιφανειακή τάση, που προκύπτει λόγω του σχηματισμού δεσμών υδρογόνου μεταξύ μορίων νερού και μορίων άλλων ουσιών. Λόγω της δύναμης της επιφανειακής τάσης, εμφανίζεται τριχοειδής ροή αίματος, ανιούσα και καθοδικά ρεύματα διαλυμάτων στα φυτά.

Σε ορισμένες βιοχημικές διεργασίες, το νερό λειτουργεί ως υπόστρωμα.

Ιδιότητες του νερού και ο ρόλος του στο κύτταρο:

Στην πρώτη θέση μεταξύ των ουσιών του κυττάρου είναι το νερό. Αποτελεί περίπου το 80% της μάζας του κυττάρου. Το νερό είναι διπλά σημαντικό για τους ζωντανούς οργανισμούς, γιατί είναι απαραίτητο όχι μόνο ως συστατικό των κυττάρων, αλλά για πολλούς και ως βιότοπος.

1. Το νερό καθορίζει φυσικές ιδιότητεςκύτταρα - ο όγκος, η ελαστικότητά του.

2. Πολλές χημικές διεργασίες λαμβάνουν χώρα μόνο σε υδατικό διάλυμα.

3. Το νερό είναι καλός διαλύτης: πολλές ουσίες εισέρχονται στο κύτταρο από το εξωτερικό περιβάλλον σε ένα υδατικό διάλυμα, και σε ένα υδατικό διάλυμα, τα άχρηστα προϊόντα απομακρύνονται από το κύτταρο.

4. Το νερό έχει υψηλή θερμοχωρητικότητα και θερμική αγωγιμότητα.

5. Το νερό έχει μια μοναδική ιδιότητα: όταν ψύχεται από +4 έως 0 βαθμούς, διαστέλλεται. Επομένως, ο πάγος είναι ελαφρύτερος από το υγρό νερό και παραμένει στην επιφάνειά του. Αυτό είναι πολύ σημαντικό για τους οργανισμούς που ζουν στο υδάτινο περιβάλλον.

6. Το νερό μπορεί να είναι καλό λιπαντικό.

Ο βιολογικός ρόλος του νερού καθορίζεται από το μικρό μέγεθος των μορίων του, την πολικότητα τους και την ικανότητα να συνδυάζονται μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου.

Βιολογικές λειτουργίες του νερού:

μεταφορά. Το νερό εξασφαλίζει την κίνηση των ουσιών στο κύτταρο και το σώμα, την απορρόφηση των ουσιών και την απέκκριση των μεταβολικών προϊόντων. Στη φύση, το νερό μεταφέρει απόβλητα στο έδαφος και στα υδάτινα σώματα.

μεταβολικός. Το νερό είναι το μέσο για όλες τις βιοχημικές αντιδράσεις, ο δότης ηλεκτρονίων κατά τη φωτοσύνθεση. είναι απαραίτητο για την υδρόλυση των μακρομορίων στα μονομερή τους.

Το νερό συμμετέχει στο σχηματισμό λιπαντικών υγρών και βλέννας, μυστικών και χυμών στο σώμα.

Με πολύ λίγες εξαιρέσεις (σμάλτο οστών και δοντιών), το νερό είναι το κυρίαρχο συστατικό του κυττάρου. Το νερό είναι απαραίτητο για τον μεταβολισμό (ανταλλαγή) του κυττάρου, αφού οι φυσιολογικές διεργασίες συμβαίνουν αποκλειστικά στο υδάτινο περιβάλλον. Τα μόρια του νερού εμπλέκονται σε πολλές ενζυμικές αντιδράσεις του κυττάρου. Για παράδειγμα, η διάσπαση πρωτεϊνών, υδατανθράκων και άλλων ουσιών συμβαίνει ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασής τους με το νερό που καταλύεται από ένζυμα. Τέτοιες αντιδράσεις ονομάζονται αντιδράσεις υδρόλυσης.

Το νερό χρησιμεύει ως πηγή ιόντων υδρογόνου κατά τη φωτοσύνθεση. Το νερό στο κελί έχει δύο μορφές: ελεύθερο και δεσμευμένο. Το ελεύθερο νερό αποτελεί το 95% του συνόλου του νερού στο κύτταρο και χρησιμοποιείται κυρίως ως διαλύτης και ως μέσο διασποράς για το κολλοειδές σύστημα του πρωτοπλάσματος. Το δεσμευμένο νερό, το οποίο αντιπροσωπεύει μόνο το 4% του συνόλου του νερού των κυττάρων, συνδέεται χαλαρά με τις πρωτεΐνες μέσω δεσμών υδρογόνου.

Λόγω της ασύμμετρης κατανομής του φορτίου, το μόριο του νερού λειτουργεί ως δίπολο και επομένως μπορεί να δεσμευτεί τόσο από θετικά όσο και από αρνητικά φορτισμένες πρωτεϊνικές ομάδες. Η διπολική ιδιότητα ενός μορίου νερού εξηγεί την ικανότητά του να προσανατολίζεται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, να προσκολλάται σε διάφορα μόρια και τμήματα μορίων που φέρουν φορτίο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό ένυδρων αλάτων.

Λόγω της υψηλής θερμοχωρητικότητας του, το νερό απορροφά θερμότητα και έτσι αποτρέπει τις απότομες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας στην κυψέλη. Η περιεκτικότητα σε νερό στο σώμα εξαρτάται από την ηλικία και τη μεταβολική του δραστηριότητα. Είναι υψηλότερο στο έμβρυο (90%) και σταδιακά μειώνεται με την ηλικία. Η περιεκτικότητα σε νερό διαφορετικών ιστών ποικίλλει ανάλογα με τη μεταβολική τους δραστηριότητα. Για παράδειγμα, στη φαιά ουσία του εγκεφάλου, το νερό είναι έως και 80%, και στα οστά έως και 20%. Το νερό είναι το κύριο μέσο κίνησης των ουσιών στο σώμα (ροή αίματος, λέμφος, ανοδικά και κατερχόμενα ρεύματα διαλυμάτων μέσω των αγγείων των φυτών) και στο κύτταρο. Το νερό χρησιμεύει ως «λιπαντικό» υλικό, απαραίτητο όπου υπάρχουν επιφάνειες τριβής (για παράδειγμα, σε αρμούς). Το νερό έχει μέγιστη πυκνότητα στους 4°C. Επομένως, ο πάγος, που έχει μικρότερη πυκνότητα, είναι ελαφρύτερος από το νερό και επιπλέει στην επιφάνειά του, γεγονός που προστατεύει τη δεξαμενή από το πάγωμα. Αυτή η ιδιότητα του νερού σώζει τη ζωή πολλών υδρόβιων οργανισμών.

Η ζωτική δραστηριότητα των κυττάρων, των ιστών και των οργάνων των φυτών οφείλεται στην παρουσία νερού. Το νερό είναι συνταγματική ουσία. Καθορίζοντας τη δομή του κυτταροπλάσματος των κυττάρων και των οργανιδίων του, λόγω της πολικότητας των μορίων, είναι διαλύτης για οργανικές και ανόργανες ενώσεις που εμπλέκονται στο μεταβολισμό και λειτουργεί ως περιβάλλον φόντου στο οποίο συμβαίνουν τα πάντα. βιοχημικές διεργασίες. Διεισδύοντας εύκολα μέσα από τα κελύφη και τις μεμβράνες των κυττάρων, το νερό κυκλοφορεί ελεύθερα σε όλο το φυτό, εξασφαλίζοντας τη μεταφορά ουσιών και συμβάλλοντας έτσι στην ενότητα των μεταβολικών διεργασιών του σώματος. Λόγω της υψηλής διαφάνειάς του, το νερό δεν παρεμβαίνει στην απορρόφηση της ηλιακής ενέργειας από τη χλωροφύλλη.

Η κατάσταση του νερού στα φυτικά κύτταρα

Το νερό στο κελί παρουσιάζεται με διάφορες μορφές, είναι θεμελιωδώς διαφορετικές. Τα κυριότερα είναι το συστατικό, το διαλυτωμένο, το τριχοειδές και το εφεδρικό νερό.

Μερικά από τα μόρια του νερού που εισέρχονται στο κύτταρο σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου με έναν αριθμό μορίων ριζών οργανική ύλη. Οι δεσμοί υδρογόνου είναι ιδιαίτερα εύκολο να σχηματιστούν τέτοιες ρίζες:

Αυτή η μορφή νερού ονομάζεται συνταγματικός . Περιέχεται από μια κυψέλη με ισχύ έως και 90 χιλιάδες barr.

Λόγω του ότι τα μόρια του νερού είναι δίπολα, σχηματίζουν στερεά συσσωματώματα με φορτισμένα μόρια οργανικών ουσιών. Αυτό το νερό, που σχετίζεται με τα μόρια των οργανικών ουσιών του κυτταροπλάσματος από τις δυνάμεις της ηλεκτρικής έλξης, ονομάζεται διαλύτωμα . Ανάλογα με τον τύπο του φυτικού κυττάρου, το διαλυτωμένο νερό αντιπροσωπεύει το 4 έως 50% της συνολικής του ποσότητας. Το διαλυτό νερό, όπως και το συστατικό νερό, δεν έχει κινητικότητα και δεν είναι διαλύτης.

Μεγάλο μέρος του νερού του κυττάρου είναι τριχοειδής , γιατί βρίσκεται στις κοιλότητες μεταξύ μακρομορίων. Το διαλύτωμα και το τριχοειδές νερό συγκρατούνται από το κύτταρο με μια δύναμη που ονομάζεται δυναμικό μήτρας. Είναι ίσο με 15-150 bar.

Αποθεματικό ονομάζεται το νερό μέσα στα κενοτόπια. Το περιεχόμενο των κενοτοπίων είναι ένα διάλυμα σακχάρων, αλάτων και μιας σειράς άλλων ουσιών. Επομένως, το αποθεματικό νερό συγκρατείται από το κύτταρο με μια δύναμη που καθορίζεται από το μέγεθος του οσμωτικού δυναμικού του περιεχομένου των κενοτοπίων.

Πρόσληψη νερού από τα φυτικά κύτταρα

Δεδομένου ότι δεν υπάρχουν ενεργοί φορείς για τα μόρια του νερού στα κύτταρα, η μετακίνησή του μέσα και έξω από τα κύτταρα, καθώς και μεταξύ γειτονικών κυττάρων, πραγματοποιείται μόνο σύμφωνα με τους νόμους της διάχυσης. Επομένως, οι διαβαθμίσεις συγκέντρωσης διαλυμένων ουσιών αποδεικνύονται ότι είναι οι κύριοι οδηγοί για τα μόρια του νερού.

Τα φυτικά κύτταρα, ανάλογα με την ηλικία και την κατάστασή τους, απορροφούν νερό χρησιμοποιώντας τη διαδοχική συμπερίληψη τριών μηχανισμών: της απορρόφησης, της διάλυσης και της όσμωσης.

απορρόφηση . Όταν οι σπόροι βλασταίνουν, αρχίζουν να απορροφούν νερό λόγω του μηχανισμού απορρόφησης. Σε αυτή την περίπτωση, οι κενοί δεσμοί υδρογόνου των οργανικών ουσιών του πρωτοπλάστη γεμίζονται και το νερό εισέρχεται ενεργά στο κύτταρο από το περιβάλλον. Σε σύγκριση με άλλες δυνάμεις που δρουν στα κύτταρα, οι δυνάμεις απορρόφησης είναι κολοσσιαίες. Για ορισμένους δεσμούς υδρογόνου, φτάνουν σε τιμή 90 χιλιάδων barr. Ταυτόχρονα, οι σπόροι μπορούν να διογκωθούν και να βλαστήσουν σε σχετικά ξηρά εδάφη. Αφού γεμίσουν όλοι οι κενοί δεσμοί υδρογόνου, η απορρόφηση σταματά και ενεργοποιείται ο ακόλουθος μηχανισμός απορρόφησης νερού.

λύσεως . Στη διαδικασία της διαλυτοποίησης, η απορρόφηση νερού λαμβάνει χώρα με την κατασκευή στρωμάτων ενυδάτωσης γύρω από τα μόρια των πρωτοπλάστων οργανικών ουσιών. Η συνολική περιεκτικότητα του κυττάρου σε νερό συνεχίζει να αυξάνεται. Η ένταση της διαλυτοποίησης εξαρτάται ουσιαστικά από τη χημική σύσταση του πρωτοπλάστη. Όσο περισσότερες υδρόφιλες ουσίες στο κύτταρο, τόσο πληρέστερα χρησιμοποιούνται οι δυνάμεις διαλυτοποίησης. Η υδροφιλικότητα μειώνεται στη σειρά: πρωτεΐνες -> υδατάνθρακες -> λίπη. Επομένως, οι πρωτεϊνικοί σπόροι (μπιζέλια, φασόλια, φασόλια) απορροφούν τη μεγαλύτερη ποσότητα νερού ανά μονάδα βάρους μέσω διαλυτοποίησης, οι σπόροι αμύλου (σίτος, σίκαλη) τον ενδιάμεσο και οι ελαιούχοι σπόροι (λινάρι, ηλίανθος) τη μικρότερη.

Οι δυνάμεις επίλυσης είναι κατώτερες σε ισχύ από τις δυνάμεις απορρόφησης, αλλά εξακολουθούν να είναι αρκετά σημαντικές και φτάνουν τα 100 bar. Στο τέλος της διαδικασίας διαλυτοποίησης, η περιεκτικότητα σε νερό του κυττάρου είναι τόσο μεγάλη που η τριχοειδής υγρασία κατακάθεται και αρχίζουν να εμφανίζονται κενοτόπια. Ωστόσο, από τη στιγμή του σχηματισμού τους, η διαλυτοποίηση σταματά και η περαιτέρω απορρόφηση του νερού είναι δυνατή μόνο λόγω του οσμωτικού μηχανισμού.

Ωσμωση . Ο ωσμωτικός μηχανισμός πρόσληψης νερού λειτουργεί μόνο σε κύτταρα που έχουν κενοτόπιο. Η κατεύθυνση της κίνησης του νερού σε αυτή την περίπτωση καθορίζεται από την αναλογία των οσμωτικών δυναμικών των διαλυμάτων που περιλαμβάνονται στο οσμωτικό σύστημα.

Το οσμωτικό δυναμικό του κυτταρικού χυμού, που συμβολίζεται με R,καθορίζεται από τον τύπο:

R = iRct,

Οπου R -ωσμωτικό δυναμικό του κυτταρικού χυμού

R-σταθερά αερίου ίση με 0,0821;

T -θερμοκρασία στην κλίμακα Kelvin?

Εγώ- ισοτονικός συντελεστής που δείχνει τον χαρακτήρα ηλεκτρολυτική διάστασηδιαλυμένες ουσίες.

Η ίδια η ισοτονική αναλογία είναι ίση με

Και= 1 + α ( n + 1),

όπου α - βαθμός ηλεκτρολυτικής διάστασης.

Π -τον αριθμό των ιόντων στα οποία διασπάται το μόριο. Για μη ηλεκτρολύτες Π = 1.

Το οσμωτικό δυναμικό ενός εδαφικού διαλύματος συνήθως συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα π.

Τα μόρια του νερού κινούνται πάντα από ένα μέσο με χαμηλότερο οσμωτικό δυναμικό σε ένα μέσο με υψηλότερο οσμωτικό δυναμικό. Έτσι, εάν το κελί βρίσκεται στο έδαφος (εξωτερικό) διάλυμα στο R>π, τότε το νερό εισέρχεται στα κύτταρα. Η ροή του νερού στο κύτταρο σταματά όταν τα οσμωτικά δυναμικά εξισωθούν πλήρως (ο κενοτοπικός χυμός αραιώνεται στην είσοδο της απορρόφησης νερού) ή όταν η κυτταρική μεμβράνη φτάσει στα όρια εκτασιμότητας.

Έτσι, τα κύτταρα λαμβάνουν νερό από το περιβάλλον μόνο υπό μία προϋπόθεση: το οσμωτικό δυναμικό του κυτταρικού χυμού πρέπει να είναι υψηλότερο από το οσμωτικό δυναμικό του περιβάλλοντος διαλύματος.

Αν R< π, υπάρχει εκροή νερού από το κελί στο εξωτερικό διάλυμα. Κατά τη διάρκεια της απώλειας υγρού, ο όγκος του πρωτοπλάστη μειώνεται σταδιακά, απομακρύνεται από τη μεμβράνη και εμφανίζονται μικρές κοιλότητες στο κύτταρο. Μια τέτοια κατάσταση ονομάζεται Πλασμόλυση . Τα στάδια της πλασμόλυσης φαίνονται στο σχ. 3.18.

Εάν ο λόγος των οσμωτικών δυναμικών αντιστοιχεί στη συνθήκη P = π, τότε η διάχυση των μορίων του νερού δεν συμβαίνει καθόλου.

Ένας μεγάλος όγκος πραγματικού υλικού δείχνει ότι το οσμωτικό δυναμικό του κυτταρικού χυμού των φυτών ποικίλλει μέσα σε αρκετά μεγάλα όρια. Στα γεωργικά φυτά, στα κύτταρα των ριζών, συνήθως βρίσκεται σε πλάτος 5-10 bar, στα κύτταρα των φύλλων μπορεί να ανέλθει έως και 40 bar και στα κύτταρα καρπού - έως και 50 bar. Στα φυτά solonchak, το οσμωτικό δυναμικό του κυτταρικού χυμού φτάνει τα 100 bar.

Ρύζι. 3.18.

Α - ένα κύτταρο σε κατάσταση στρεβλότητας. Β - γωνιακό? Β - κοίλο? G - κυρτό? D - σπασμωδική? E - καπάκι. 1 - κέλυφος? 2 - κενοτόπιο; 3 - κυτταρόπλασμα; 4 - πυρήνας? 5 - Κλωστές Hecht

Η περιεκτικότητα σε νερό σε διάφορα φυτικά όργανα ποικίλλει μέσα σε αρκετά μεγάλα όρια. Διαφέρει ανάλογα με τις περιβαλλοντικές συνθήκες, την ηλικία και τον τύπο των φυτών. Έτσι, η περιεκτικότητα σε νερό στα φύλλα μαρουλιού είναι 93-95%, καλαμπόκι - 75-77%. Η ποσότητα του νερού δεν είναι η ίδια σε διαφορετικά όργανα των φυτών: τα φύλλα του ηλίανθου περιέχουν 80-83% νερό, οι μίσχοι - 87-89%, οι ρίζες - 73-75%. Η περιεκτικότητα σε νερό, ίση με 6-11%, είναι χαρακτηριστική κυρίως για τους ξηρούς σπόρους στον αέρα, στους οποίους αναστέλλονται ζωτικές διεργασίες.

Το νερό περιέχεται στα ζωντανά κύτταρα, στα νεκρά στοιχεία του ξυλώματος και στους μεσοκυττάριους χώρους. Στους μεσοκυττάριους χώρους, το νερό βρίσκεται σε κατάσταση ατμού. Τα φύλλα είναι τα κύρια εξατμιστικά όργανα ενός φυτού. Από αυτή την άποψη, είναι φυσικό η μεγαλύτερη ποσότητα νερού να γεμίζει τους μεσοκυττάριους χώρους των φύλλων. Σε υγρή κατάσταση, το νερό βρίσκεται σε διάφορα μέρη του κυττάρου: την κυτταρική μεμβράνη, τα κενοτόπια και το πρωτόπλασμα. Τα κενοτόπια είναι το πιο πλούσιο σε νερό μέρος του κυττάρου, όπου η περιεκτικότητά του φτάνει το 98%. Στην υψηλότερη περιεκτικότητα σε νερό, η περιεκτικότητα σε νερό στο πρωτόπλασμα είναι 95%. Η χαμηλότερη περιεκτικότητα σε νερό είναι χαρακτηριστικό των κυτταρικών μεμβρανών. Ο ποσοτικός προσδιορισμός της περιεκτικότητας σε νερό στις κυτταρικές μεμβράνες είναι δύσκολος. προφανώς, κυμαίνεται από 30 έως 50%.

Οι μορφές του νερού σε διάφορα μέρη του φυτικού κυττάρου είναι επίσης διαφορετικές. Ο χυμός κενοτοπίων κυπάρων κυριαρχείται από νερό που συγκρατείται από ενώσεις σχετικά χαμηλού μοριακού βάρους (οσμωτικά δεσμευμένες) και ελεύθερο νερό. Στο κέλυφος ενός φυτικού κυττάρου, το νερό δεσμεύεται κυρίως από ενώσεις υψηλής περιεκτικότητας σε πολυμερή (κυτταρίνη, ημικυτταρίνη, ουσίες πηκτίνης), δηλαδή, κολλοειδή δεσμευμένο νερό. Στο ίδιο το κυτταρόπλασμα υπάρχει ελεύθερο νερό, κολλοειδή και ωσμωτικά συνδεδεμένο. Το νερό που βρίσκεται σε απόσταση έως και 1 nm από την επιφάνεια ενός μορίου πρωτεΐνης είναι σταθερά συνδεδεμένο και δεν έχει κανονική εξαγωνική δομή (κολλοειδές δεσμευμένο νερό). Επιπλέον, υπάρχει μια ορισμένη ποσότητα ιόντων στο πρωτόπλασμα και, κατά συνέπεια, μέρος του νερού είναι δεσμευμένο οσμωτικά.

Η φυσιολογική σημασία του ελεύθερου και του δεσμευμένου νερού είναι διαφορετική. Οι περισσότεροι ερευνητές πιστεύουν ότι η ένταση φυσιολογικές διεργασίες, συμπεριλαμβανομένων των ρυθμών ανάπτυξης, εξαρτάται κυρίως από την περιεκτικότητα σε ελεύθερο νερό. Υπάρχει άμεση συσχέτιση μεταξύ της περιεκτικότητας σε δεσμευμένο νερό και της αντοχής των φυτών σε αντίξοες εξωτερικές συνθήκες. Αυτές οι φυσιολογικές συσχετίσεις δεν παρατηρούνται πάντα.

Ένα φυτικό κύτταρο απορροφά νερό σύμφωνα με τους νόμους της όσμωσης. Η όσμωση παρατηρείται παρουσία δύο συστημάτων με διαφορετικές συγκεντρώσεις ουσιών, όταν επικοινωνούν με μια ημιπερατή μεμβράνη. Σε αυτή την περίπτωση, σύμφωνα με τους νόμους της θερμοδυναμικής, οι συγκεντρώσεις εξισώνονται λόγω της ουσίας για την οποία η μεμβράνη είναι διαπερατή.

Όταν εξετάζουμε δύο συστήματα με διαφορετικές συγκεντρώσεις οσμωτικά δραστικών ουσιών, προκύπτει ότι η εξίσωση των συγκεντρώσεων στα συστήματα 1 και 2 είναι δυνατή μόνο λόγω της κίνησης του νερού. Στο σύστημα 1, η συγκέντρωση του νερού είναι μεγαλύτερη, επομένως η ροή του νερού κατευθύνεται από το σύστημα 1 στο σύστημα 2. Όταν επιτευχθεί ισορροπία, η πραγματική ροή θα είναι μηδέν.

Το φυτικό κύτταρο μπορεί να θεωρηθεί ως οσμωτικό σύστημα. Το κυτταρικό τοίχωμα που περιβάλλει το κύτταρο έχει κάποια ελαστικότητα και μπορεί να τεντωθεί. Στο κενοτόπιο συσσωρεύονται υδατοδιαλυτές ουσίες (σάκχαρα, οργανικά οξέα, άλατα) που έχουν οσμωτική δράση. Ο τονοπλάστης και το πλασμάλεμα εκτελούν τη λειτουργία μιας ημιπερατής μεμβράνης σε αυτό το σύστημα, καθώς αυτές οι δομές είναι επιλεκτικά διαπερατές και το νερό περνά μέσα από αυτά πολύ πιο εύκολα από τις ουσίες που διαλύονται στον κυτταρικό χυμό και στο κυτταρόπλασμα. Από αυτή την άποψη, εάν το κύτταρο εισέλθει στο περιβάλλον, όπου η συγκέντρωση είναι οσμωτική δραστικές ουσίεςθα είναι μικρότερη από τη συγκέντρωση μέσα στο κύτταρο (ή το κύτταρο τοποθετείται σε νερό), το νερό, σύμφωνα με τους νόμους της όσμωσης, πρέπει να εισέλθει στο κύτταρο.

Η ικανότητα των μορίων του νερού να μετακινούνται από το ένα μέρος στο άλλο μετριέται με το δυναμικό του νερού (Ψw). Σύμφωνα με τους νόμους της θερμοδυναμικής, το νερό κινείται πάντα από μια περιοχή με υψηλότερο δυναμικό νερού σε μια περιοχή με χαμηλότερο δυναμικό.

Υδατικό δυναμικόΤο (Ψ v) είναι ένας δείκτης της θερμοδυναμικής κατάστασης του νερού. Τα μόρια του νερού έχουν κινητική ενέργεια, κινούνται τυχαία σε υγρό και υδρατμό. Το δυναμικό του νερού είναι μεγαλύτερο στο σύστημα όπου η συγκέντρωση των μορίων είναι μεγαλύτερη και η συνολική κινητική τους ενέργεια μεγαλύτερη. Το καθαρό (απεσταγμένο) νερό έχει το μέγιστο δυναμικό νερού. Το υδατικό δυναμικό ενός τέτοιου συστήματος θεωρείται υπό όρους μηδέν.

Οι μονάδες δυναμικού νερού είναι μονάδες πίεσης: ατμόσφαιρες, πασκάλ, μπάρες:

1 Pa = 1 N/m 2 (N-Newton); 1 bar=0,987 atm=10 5 Pa=100 kPa;

1 atm = 1,0132 bar; 1000 kPa = 1 MPa

Όταν μια άλλη ουσία διαλύεται στο νερό, η συγκέντρωση του νερού μειώνεται, η κινητική ενέργεια των μορίων του νερού μειώνεται και το δυναμικό του νερού μειώνεται. Σε όλα τα διαλύματα, το δυναμικό νερού είναι χαμηλότερο από αυτό του καθαρού νερού, δηλ. υπό τυπικές συνθήκες, εκφράζεται ως αρνητική τιμή. Ποσοτικά, αυτή η μείωση εκφράζεται με μια ποσότητα που ονομάζεται οσμωτικό δυναμικό(Ψ osm.). Το οσμωτικό δυναμικό είναι ένα μέτρο της μείωσης του υδατικού δυναμικού λόγω της παρουσίας διαλυμένων ουσιών. Όσο περισσότερα μόρια διαλυμένης ουσίας στο διάλυμα, τόσο χαμηλότερο είναι το οσμωτικό δυναμικό.

Όταν το νερό εισέρχεται στο κελί, το μέγεθός του αυξάνεται, μέσα στο κελί αυξάνεται υδροστατική πίεση, που αναγκάζει το πλάσμα να προσκολληθεί στο κυτταρικό τοίχωμα. Το κυτταρικό τοίχωμα, με τη σειρά του, ασκεί μια αντιπίεση, η οποία χαρακτηρίζεται από δυναμικό πίεσης(πίεση Ψ) ή υδροστατικό δυναμικό, είναι συνήθως θετικό και όσο μεγαλύτερο, τόσο περισσότερο νερό στο κελί.

Έτσι, το υδάτινο δυναμικό του κυττάρου εξαρτάται από τη συγκέντρωση των οσμωτικά δραστικών ουσιών - το οσμωτικό δυναμικό (Ψ οσμ.) και το δυναμικό πίεσης (πίεση Ψ).

Με την προϋπόθεση ότι το νερό δεν πιέζει το κυτταρικό τοίχωμα (κατάσταση πλασμόλυσης ή μαρασμού), η αντίθλιψη του κυτταρικού τοιχώματος είναι μηδέν, το δυναμικό νερού είναι ίσο με το οσμωτικό:

Ψ σε. = Ψ osm.

Καθώς το νερό εισέρχεται στο κύτταρο, εμφανίζεται η αντίθλιψη της κυτταρικής μεμβράνης, το δυναμικό νερού θα είναι ίσο με τη διαφορά μεταξύ του οσμωτικού δυναμικού και του δυναμικού πίεσης:

Ψ σε. = Ψ osm. + Ψ πίεση

Η διαφορά μεταξύ του οσμωτικού δυναμικού του κυτταρικού χυμού και της αντίθλιψης της κυτταρικής μεμβράνης καθορίζει τη ροή του νερού σε κάθε δεδομένη στιγμή.

Υπό την προϋπόθεση ότι η κυτταρική μεμβράνη τεντώνεται στο όριο, το οσμωτικό δυναμικό εξισορροπείται πλήρως από την αντιπίεση της κυτταρικής μεμβράνης, το δυναμικό νερού μηδενίζεται και το νερό παύει να ρέει στο κύτταρο:

- Ψ osm. = Ψ πίεση , Ψ γ. = 0

Το νερό ρέει πάντα προς την κατεύθυνση ενός πιο αρνητικού υδατικού δυναμικού: από το σύστημα όπου η ενέργεια είναι μεγαλύτερη στο σύστημα όπου η ενέργεια είναι μικρότερη.

Το νερό μπορεί επίσης να εισέλθει στο κελί λόγω των δυνάμεων διόγκωσης. Οι πρωτεΐνες και άλλες ουσίες που απαρτίζουν το κύτταρο, έχοντας θετικά και αρνητικά φορτισμένες ομάδες, προσελκύουν δίπολα νερού. Το κυτταρικό τοίχωμα, το οποίο περιέχει ημικυτταρίνες και ουσίες πηκτίνης, και το κυτταρόπλασμα, στο οποίο πολικές ενώσεις υψηλής μοριακής απόδοσης αποτελούν περίπου το 80% της ξηρής μάζας, είναι ικανά να διογκωθούν. Το νερό διεισδύει στη δομή διόγκωσης με διάχυση, η κίνηση του νερού ακολουθεί μια κλίση συγκέντρωσης. Η δύναμη της διόγκωσης υποδηλώνεται με τον όρο δυναμικό μήτρας(Ψ ματ.). Εξαρτάται από την παρουσία υψηλού μοριακών συστατικών του κυττάρου. Το δυναμικό του πίνακα είναι πάντα αρνητικό. Μεγάλης σημασίαςΨ mat. έχει όταν το νερό απορροφάται από δομές στις οποίες δεν υπάρχουν κενοτόπια (σπόροι, μεριστωματικά κύτταρα).



1.3 Κατανομή νερού στο κελί

Η περιεκτικότητα σε νερό σε διάφορα φυτικά όργανα ποικίλλει μέσα σε αρκετά μεγάλα όρια. Διαφέρει ανάλογα με τις περιβαλλοντικές συνθήκες, την ηλικία και τον τύπο των φυτών. Έτσι, η περιεκτικότητα σε νερό στα φύλλα μαρουλιού είναι 93-95%, καλαμπόκι - 75-77%. Η ποσότητα του νερού δεν είναι ίδια σε διαφορετικά φυτικά όργανα: τα φύλλα του ηλίανθου περιέχουν 80-83% νερό, οι μίσχοι - 87-89%, οι ρίζες - 73-75%. Η περιεκτικότητα σε νερό, ίση με 6-11%, είναι χαρακτηριστική κυρίως για τους ξηρούς σπόρους στον αέρα, στους οποίους αναστέλλονται ζωτικές διεργασίες.

Το νερό περιέχεται στα ζωντανά κύτταρα, στα νεκρά στοιχεία του ξυλώματος και στους μεσοκυττάριους χώρους. Στους μεσοκυττάριους χώρους, το νερό βρίσκεται σε κατάσταση ατμού. Τα φύλλα είναι τα κύρια εξατμιστικά όργανα ενός φυτού. Από αυτή την άποψη, είναι φυσικό η μεγαλύτερη ποσότητα νερού να γεμίζει τους μεσοκυττάριους χώρους των φύλλων. Σε υγρή κατάσταση, το νερό βρίσκεται σε διάφορα μέρη του κυττάρου: την κυτταρική μεμβράνη, τα κενοτόπια και το πρωτόπλασμα. Τα κενοτόπια είναι το πιο πλούσιο σε νερό μέρος του κυττάρου, όπου η περιεκτικότητά του φτάνει το 98%. Στην υψηλότερη περιεκτικότητα σε νερό, η περιεκτικότητα σε νερό στο πρωτόπλασμα είναι 95%. Η χαμηλότερη περιεκτικότητα σε νερό είναι χαρακτηριστικό των κυτταρικών μεμβρανών. Ο ποσοτικός προσδιορισμός της περιεκτικότητας σε νερό στις κυτταρικές μεμβράνες είναι δύσκολος. προφανώς, κυμαίνεται από 30 έως 50%.

Οι μορφές του νερού σε διάφορα μέρη του φυτικού κυττάρου είναι επίσης διαφορετικές. Ο χυμός κενοτοπίων κυπάρων κυριαρχείται από νερό που συγκρατείται από ενώσεις σχετικά χαμηλού μοριακού βάρους (οσμωτικά δεσμευμένες) και ελεύθερο νερό. Στο κέλυφος ενός φυτικού κυττάρου, το νερό δεσμεύεται κυρίως από ενώσεις υψηλής περιεκτικότητας σε πολυμερή (κυτταρίνη, ημικυτταρίνη, ουσίες πηκτίνης), δηλαδή, κολλοειδή δεσμευμένο νερό. Στο ίδιο το κυτταρόπλασμα υπάρχει ελεύθερο νερό, κολλοειδή και ωσμωτικά συνδεδεμένο. Το νερό που βρίσκεται σε απόσταση έως και 1 nm από την επιφάνεια ενός μορίου πρωτεΐνης είναι σταθερά συνδεδεμένο και δεν έχει κανονική εξαγωνική δομή (κολλοειδές δεσμευμένο νερό). Επιπλέον, υπάρχει μια ορισμένη ποσότητα ιόντων στο πρωτόπλασμα και, κατά συνέπεια, μέρος του νερού είναι δεσμευμένο οσμωτικά.

Η φυσιολογική σημασία του ελεύθερου και του δεσμευμένου νερού είναι διαφορετική. Οι περισσότεροι ερευνητές πιστεύουν ότι η ένταση των φυσιολογικών διεργασιών, συμπεριλαμβανομένων των ρυθμών ανάπτυξης, εξαρτάται κυρίως από την περιεκτικότητα σε ελεύθερο νερό. Υπάρχει άμεση συσχέτιση μεταξύ της περιεκτικότητας σε δεσμευμένο νερό και της αντοχής των φυτών σε αντίξοες εξωτερικές συνθήκες. Αυτές οι φυσιολογικές συσχετίσεις δεν παρατηρούνται πάντα.

συσκευή golgi

συσκευή golgi

Τα λυσοσώματα είναι μικρά κυστίδια που περιβάλλονται από μία μόνο μεμβράνη. Εκφύονται από τη συσκευή Golgi και πιθανώς από το ενδοπλασματικό δίκτυο. Τα λυσοσώματα περιέχουν μια ποικιλία ενζύμων που διασπούν μεγάλα μόρια...

Υγεία μαθητών: προβλήματα και λύσεις

Όταν ένας έφηβος ασχολείται με τον αθλητισμό, δεν πρέπει να επιτρέπεται η υπερπροπόνηση. Η κόπωση μετά από πολλή σωματική δραστηριότητα αποδεικνύεται από λήθαργο, μυϊκό πόνο. Οι γονείς πρέπει να ελέγχουν την ώρα του αθλητισμού...

Σύστημα πληροφορίωνκύτταρα

Οι γενετικές πληροφορίες κωδικοποιούνται στο DNA. Ο γενετικός κώδικας διευκρινίστηκε από τους M. Nirenberg και H.G. Κοράνι, για το οποίο βραβεύτηκαν βραβείο Νόμπελτο 1968. Ο γενετικός κώδικας είναι ένα σύστημα για τη διάταξη των νουκλεοτιδίων σε μόρια νουκλεϊκού οξέος ...

Κωδικοποίηση και εφαρμογή βιολογικών πληροφοριών σε ένα κύτταρο, γενετικός κώδικαςκαι τις ιδιότητες του

Διαμεσολαβητής στη μεταγραφή γενετικές πληροφορίες(σειρά νουκλεοτιδίων) από το DNA στην πρωτεΐνη είναι mRNA (αγγελιοφόρος RNA) ...

Μειόβενθος από μακρόφυτα αλσύλλια στην παράκτια ζώνη του κόλπου Novorossiysk

Υπάρχουν πολλά έργα που περιγράφουν τις κανονικότητες της χωρικής κατανομής των μειοβενθικών οργανισμών - τις τελευταίες δεκαετίες ήταν ένας από τους πιο δημοφιλείς τομείς στην έρευνα...

Δυνατότητα μεμβράνης

Το 1890, ο Wilhelm Ostwald, ο οποίος μελέτησε ημιπερατές τεχνητές μεμβράνες, πρότεινε ότι η ημιπερατότητα θα μπορούσε να είναι η αιτία όχι μόνο της όσμωσης, αλλά και των ηλεκτρικών φαινομένων. Η όσμωση εμφανίζεται όταν...

Μικροβιολογία ψαριών και προϊόντων ψαριών

Η μικροβιολογική εκτίμηση του νερού δίνεται με βάση τον προσδιορισμό του μικροβιακού αριθμού του QMAFAnM. αν - τιτρα? αν - ευρετήριο; την παρουσία παθογόνων μικροοργανισμών. Οι δύο πρώτες αναλύσεις είναι σε εξέλιξη...

Μοριακό γενετικό επίπεδο ζωντανών δομών

Το γεγονός ότι τα γονίδια βρίσκονται στα χρωμοσώματα φαίνεται να είναι ασυμβίβαστο με το γεγονός ότι οι άνθρωποι έχουν μόνο 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων και ωστόσο έχουν χιλιάδες διαφορετικά χαρακτηριστικά που πρέπει να ταιριάζουν με χιλιάδες διαφορετικά γονίδια. Μόνο σημάδια...

Μύγες Spherocerid (Diptera, Sphaeroceridae) του φυσικού καταφυγίου "Kamyshanova Polyana"

Στην επικράτεια του αποθεματικού "Kamyshanova Polyana" διακρίνονται σαφώς οι ακόλουθοι τύποι βιοτόπων: δάσος, λιβάδι, διάφορα κοντά στο νερό, καθώς και σχηματισμοί άκρων ...

Αντικείμενα βιοτεχνολογίας σε Βιομηχανία τροφίμων

Ο μεταβολισμός, ή μεταβολισμός, είναι η φυσική σειρά του μετασχηματισμού των ουσιών και της ενέργειας στα ζωντανά συστήματα που βασίζεται στη ζωή, με στόχο τη διατήρηση και την αυτοαναπαραγωγή τους. το σύνολο όλων των χημικών αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα στο σώμα ...

Η έννοια του κυττάρου

XVII αιώνας 1665 - Ο Άγγλος φυσικός R. Hooke στο έργο του "Μικρογραφία" περιγράφει τη δομή ενός φελλού, σε λεπτά τμήματα του οποίου βρήκε σωστά διατεταγμένα κενά. Ο Χουκ ονόμασε αυτά τα κενά "πόρους, ή κύτταρα"...

Ο ρόλος των μιτοχονδρίων στην απόπτωση

Φυσιολογία κυτταρικής διέγερσης

· Ο σχηματισμός κυτταρικής διέγερσης οφείλεται ακριβώς στη μεταφορά ιόντων. Το διλιπιδικό στρώμα της κυτταρικής μεμβράνης είναι αδιαπέραστο από ιόντα (Na, K, Cl), τα κανάλια ιόντων έχουν σχεδιαστεί για τη μεταφορά τους μέσα και έξω από το κύτταρο - ειδικές ενσωματωμένες πρωτεΐνες ...

Η χημική σύνθεση του κυττάρου

Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί είναι ικανοί για μεταβολισμό με περιβάλλον. Στα κύτταρα, οι διαδικασίες της βιολογικής σύνθεσης, ή βιοσύνθεσης, συνεχίζονται συνεχώς...