1. Care este structura apei?

Răspuns. Molecula de apă are o structură unghiulară: se formează nucleele ei constitutive triunghi isoscel, care are doi hidrogeni la bază și un atom de oxigen la vârf. Internuclear distante O-N aproape de 0,1 nm, distanța dintre nucleele atomilor de hidrogen este de 0,15 nm. Dintre cei șase electroni care formează stratul exterior de electroni al atomului de oxigen din molecula de apă, două perechi de electroni formează covalente Conexiuni O-N, iar cei patru electroni rămași sunt două perechi de electroni neîmpărțiți.

Molecula de apă este un mic dipol care conține sarcini pozitive și negative la poli. În apropierea nucleelor ​​de hidrogen există o lipsă de densitate electronică, iar pe partea opusă a moleculei, lângă nucleul de oxigen, există un exces de densitate electronică. Această structură este cea care determină polaritatea moleculei de apă.

2. Care este cantitatea de apă (în%) conținută în diferite celule?

Cantitatea de apă variază în diferite țesuturi și organe. Deci, la o persoană în substanța cenușie a creierului, conținutul său este de 85%, iar în țesutul osos - 22%. Cel mai mare conținut de apă din organism se observă în perioada embrionară (95%) și scade treptat odată cu vârsta.

Conținutul de apă din diferite organe ale plantelor variază în limite destul de largi. Acesta variază în funcție de condițiile de mediu, vârsta și tipul plantelor. Astfel, conținutul de apă din frunzele de salată este de 93-95%, porumb - 75-77%. Cantitatea de apă nu este aceeași în diferite organe ale plantelor: frunzele de floarea soarelui conțin 80-83% apă, tulpini - 87-89%, rădăcini - 73-75%. Conținutul de apă, egal cu 6-11%, este tipic în principal pentru semințele uscate la aer, în care procesele vitale sunt inhibate. Apa este conținută în celulele vii, în elementele moarte ale xilemului și în spațiile intercelulare. În spațiile intercelulare, apa este în stare de vapori. Frunzele sunt principalele organe de evaporare ale unei plante. În acest sens, este firesc ca cel mai mare număr apa umple spatiile intercelulare ale frunzelor. În stare lichidă, apa se găsește în diferite părți ale celulei: membrana celulară, vacuola, citoplasmă. Vacuolele sunt partea cea mai bogată în apă a celulei, unde conținutul său ajunge la 98%. La cel mai mare conținut de apă, conținutul de apă din citoplasmă este de 95%. Cel mai scăzut conținut de apă este caracteristic membranelor celulare. Determinarea cantitativă a conținutului de apă din membranele celulare este dificilă; aparent, variază de la 30 la 50%. Apa se formează în părți diferite celulele vegetale sunt de asemenea diferite.

3. Care este rolul apei în organismele vii?

Răspuns. Apa este componenta predominantă a tuturor organismelor vii. Are proprietăți unice datorită caracteristicilor structurale: moleculele de apă au forma unui dipol și între ele se formează legături de hidrogen. Conținutul mediu de apă din celulele majorității organismelor vii este de aproximativ 70%. Apa în celulă este prezentă în două forme: liberă (95% din toată apa celulară) și legată (4-5% asociată cu proteine).

Funcții de apă:

1. Apa ca solvent. Multe reacții chimice din celulă sunt ionice, deci au loc doar într-un mediu acvatic. Substanțele care se dizolvă în apă se numesc hidrofile (alcooli, zaharuri, aldehide, aminoacizi), insolubile - hidrofobe (acizi grași, celuloză).

2. Apa ca reactiv. Apa este implicată în multe reacții chimice: reacții de polimerizare, hidroliză, în procesul de fotosinteză.

3. Funcția de transport. Mișcarea prin corp împreună cu apă a substanțelor dizolvate în el către diferitele sale părți și eliminarea produselor inutile din organism.

4. Apa ca stabilizator termic și termostat. Această funcție se datorează unor proprietăți ale apei, cum ar fi capacitatea ridicată de căldură - înmoaie impactul asupra corpului al schimbărilor semnificative de temperatură în mediu; conductivitate termică ridicată - permite corpului să mențină aceeași temperatură pe tot volumul său; căldură mare de evaporare – folosită pentru răcirea corpului în timpul transpirației la mamifere și transpirației la plante.

5. Funcția structurală. Citoplasma celulelor conține între 60 și 95% apă și ea este cea care dă celulelor lor. forma normala. La plante, apa menține turgul (elasticitatea membranei endoplasmatice), la unele animale servește ca schelet hidrostatic (meduze)

Întrebări după § 7

1. Care este particularitatea structurii moleculei de apă?

Răspuns. Proprietățile unice ale apei sunt determinate de structura moleculei sale. Molecula de apă constă dintr-un atom de O legat de doi atomi de H prin polar legaturi covalente. Dispunerea caracteristică a electronilor într-o moleculă de apă îi conferă o asimetrie electrică. Un atom de oxigen mai electronegativ atrage electronii atomilor de hidrogen mai puternic, ca urmare, perechile comune de electroni din molecula de apă sunt deplasate către el. Prin urmare, deși molecula de apă în ansamblu nu este încărcată, fiecare dintre cei doi atomi de hidrogen are o sarcină parțial pozitivă (notat 8+), iar atomul de oxigen poartă o sarcină parțial negativă (8-). Molecula de apă este polarizată și este un dipol (are doi poli).

Sarcina parțial negativă a atomului de oxigen al unei molecule de apă este atrasă de atomii de hidrogen parțial pozitivi ai altor molecule. Astfel, fiecare moleculă de apă tinde să facă legătura de hidrogen cu patru molecule de apă adiacente.

2. Care este importanța apei ca solvent?

Răspuns. Datorită polarității moleculelor și capacității de a forma legături de hidrogen, apa dizolvă ușor compușii ionici (săruri, acizi, baze). Unii compuși neionici, dar polari, se dizolvă bine în apă, adică în molecula cărora există grupe încărcate (polare), cum ar fi zaharuri, alcooli simpli, aminoacizi. Substanțele care sunt foarte solubile în apă se numesc hidrofile (din grecescul hygros - umed și philia - prietenie, înclinație). Când o substanță intră în soluție, moleculele sau ionii ei se pot mișca mai liber și, prin urmare, reactivitatea substanței crește. Așa se explică de ce apa este principalul mediu în care sunt cele mai multe reacții chimice, iar toate reacțiile de hidroliză și numeroase reacții redox au loc cu participarea directă a apei.

Substanțele care sunt slab sau complet insolubile în apă sunt numite hidrofobe (din grecescul phobos - frică). Acestea includ grăsimi acizi nucleici, unele proteine ​​și polizaharide. Astfel de substanțe pot forma interfețe cu apa, pe care au loc multe reacții chimice. Prin urmare, faptul că apa nu dizolvă substanțele nepolare este, de asemenea, foarte important pentru organismele vii. Printre proprietățile importante din punct de vedere fiziologic ale apei se numără capacitatea acesteia de a dizolva gazele (O2, CO2 etc.).

3. Care este conductivitatea termică și capacitatea de căldură a apei?

Răspuns. Apa are o capacitate ridicată de căldură, adică capacitatea de a absorbi energie termală cu o creștere minimă a temperaturii. Capacitatea ridicată de căldură a apei protejează țesuturile corpului de o creștere rapidă și puternică a temperaturii. Multe organisme se răcesc prin evaporarea apei (transpirație la plante, transpirație la animale).

4. De ce să considerăm că apa este fluid ideal pentru o celulă?

Răspuns. Conținutul ridicat de apă din celulă este cea mai importantă condiție pentru activitatea acesteia. Odată cu pierderea cea mai mare parte a apei, multe organisme mor și o serie de organisme unicelulare și chiar multicelulare pierd temporar toate semnele de viață. Această stare se numește animație suspendată. După hidratare, celulele se trezesc și redevin active.

Molecula de apă este neutră din punct de vedere electric. Dar incarcare electricaîn interiorul moleculei este distribuit neuniform: în regiunea atomilor de hidrogen (mai precis, protonii), predomină o sarcină pozitivă, în regiunea în care se află oxigenul, densitatea sarcinii negative este mai mare. Prin urmare, o particulă de apă este un dipol. Proprietatea de dipol a unei molecule de apă explică capacitatea acesteia de a se orienta într-un câmp electric, de a se atașa de diferite molecule și secțiuni de molecule care poartă o sarcină. Ca rezultat, se formează hidrați. Capacitatea apei de a forma hidrați se datorează proprietăților sale universale de dizolvare. Dacă energia de atracție a moleculelor de apă față de moleculele unei substanțe este mai mare decât energia de atracție dintre moleculele de apă, atunci substanța se dizolvă. În funcție de aceasta, se disting substanțe hidrofile (greacă hydros - apă și phileo - dragoste) care sunt foarte solubile în apă (de exemplu, săruri, alcaline, acizi etc.) și substanțe hidrofobe (greacă hydros - apă și phobos - frică) , greu sau deloc solubil în apă (grăsimi, substanțe asemănătoare grăsimilor, cauciuc etc.). Compoziția membranelor celulare include substanțe asemănătoare grăsimilor care limitează tranziția de la mediul extern la celule și invers, precum și de la o parte a celulei la alta.

Majoritatea reacțiilor care au loc într-o celulă pot avea loc doar într-o soluție apoasă. Apa este un participant direct la multe reacții. 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 de hidroliză (greacă hydros - apă și liză - scindare).

Apa are o capacitate termică mare și, în același timp, o conductivitate termică relativ mare pentru lichide. Aceste proprietăți fac din apa un lichid ideal pentru menținerea echilibrului termic al celulei și organismului.

Apa este mediul principal pentru curgerea reacțiilor biochimice ale celulei. Este o sursă de oxigen eliberat în timpul fotosintezei și de hidrogen, care este folosit pentru a restabili produsele de asimilare. dioxid de carbon. Și, în sfârșit, apa este principalul mijloc de transport a substanțelor în organism (fluxul de sânge și limfa, curenții ascendenți și descendenți de soluții prin vasele plantelor) și în celulă.

5. Care este rolul apei în celulă

Asigurarea elasticitatii celulare. Consecințele pierderii apei de către celulă sunt ofilirea frunzelor, uscarea fructelor;

Accelerarea reacțiilor chimice datorită dizolvării substanțelor în apă;

Asigurarea mișcării substanțelor: intrarea majorității substanțelor în celulă și îndepărtarea lor din celulă sub formă de soluții;

Asigurând dizolvarea multora substanțe chimice(un număr de săruri, zaharuri);

Participarea la o serie de reacții chimice;

Participarea la procesul de termoreglare datorită capacității de a încetini încălzirea și răcirea lentă.

6. Ce proprietăți structurale și fizico-chimice ale apei o determină rol biologic intr-o cusca?

Răspuns. Proprietățile fizice și chimice structurale ale apei determină funcțiile sale biologice.

Apa este un bun solvent. Datorită polarității moleculelor și capacității de a forma legături de hidrogen, apa dizolvă ușor compușii ionici (săruri, acizi, baze).

Apa are o capacitate ridicată de căldură, adică capacitatea de a absorbi energia termică cu o creștere minimă a propriei temperaturi. Capacitatea ridicată de căldură a apei protejează țesuturile corpului de o creștere rapidă și puternică a temperaturii. Multe organisme se răcesc prin evaporarea apei (transpirație la plante, transpirație la animale).

Apa are, de asemenea, o conductivitate termică ridicată, oferind distributie uniforma căldură în tot corpul. În consecință, capacitatea ridicată de căldură specifică și conductibilitatea termică ridicată fac din apa un lichid ideal pentru menținerea echilibrului termic al celulei și organismului.

Apa practic nu se comprimă, creând presiunea turgenței, determinând volumul și elasticitatea celulelor și țesuturilor. Deci, scheletul hidrostatic este cel care menține forma viermilor rotunzi, meduze și alte organisme.

Apa se caracterizează prin valoarea optimă a forței pentru sistemele biologice tensiune de suprafata, care apare din cauza formării legăturilor de hidrogen între moleculele de apă și moleculele altor substanțe. Datorită forței tensiunii superficiale, are loc un flux sanguin capilar, curenți ascendenți și descendenți de soluții în plante.

În anumite procese biochimice, apa acționează ca substrat.

Proprietățile apei și rolul acesteia în celulă:

Pe primul loc printre substanțele celulei se află apa. Reprezintă aproximativ 80% din masa celulei. Apa este de două ori importantă pentru organismele vii, deoarece este necesară nu numai ca componentă a celulelor, ci pentru multe și ca habitat.

1. Apa determină proprietăți fizice celule - volumul său, elasticitatea.

2. Multe procese chimice au loc numai într-o soluție apoasă.

3. Apa este un solvent bun: multe substanțe intră în celulă din mediul extern într-o soluție apoasă, iar într-o soluție apoasă, produsele reziduale sunt îndepărtate din celulă.

4. Apa are o capacitate ridicată de căldură și conductivitate termică.

5. Apa are o proprietate unică: atunci când este răcită de la +4 la 0 grade, se extinde. Prin urmare, gheața este mai ușoară decât apa lichidă și rămâne la suprafața ei. Acest lucru este foarte important pentru organismele care trăiesc în mediul acvatic.

6. Apa poate fi un lubrifiant bun.

Rolul biologic al apei este determinat de dimensiunea redusă a moleculelor sale, de polaritatea acestora și de capacitatea de a se combina între ele prin legături de hidrogen.

Funcțiile biologice ale apei:

transport. Apa asigura miscarea substantelor in celula si organism, absorbtia substantelor si excretia produselor metabolice. În natură, apa transportă deșeurile în sol și în corpurile de apă.

metabolic. Apa este mediul tuturor reacțiilor biochimice, donatorul de electroni în timpul fotosintezei; este necesar pentru hidroliza macromoleculelor la monomerii lor.

apa este implicată în formarea fluidelor lubrifiante și a mucusului, secretelor și sucurilor din organism.

Cu foarte puține excepții (os și smalțul dinților), apa este componenta predominantă a celulei. Apa este necesară pentru metabolismul (schimbul) celulei, deoarece procesele fiziologice au loc exclusiv în mediul acvatic. 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 de hidroliză.

Apa servește ca sursă de ioni de hidrogen în timpul fotosintezei. Apa din celulă este sub două forme: liberă și legată. Apa liberă reprezintă 95% din toată apa din celulă și este folosită în principal ca solvent și ca mediu de dispersie pentru sistemul coloidal al protoplasmei. Apa legată, care reprezintă doar 4% din toată apa celulară, este slab conectată la proteine ​​prin legături de hidrogen.

Datorită distribuției asimetrice a sarcinii, molecula de apă acționează ca un dipol și, prin urmare, poate fi legată de grupuri de proteine ​​încărcate pozitiv și negativ. Proprietatea de dipol a unei molecule de apă explică capacitatea acesteia de a se orienta într-un câmp electric, de a se atașa de diferite molecule și secțiuni de molecule care poartă o sarcină. Acest lucru duce la formarea de hidrați.

Datorita capacitatii sale mari de caldura, apa absoarbe caldura si astfel previne fluctuatiile bruste de temperatura din celula. Conținutul de apă din organism depinde de vârsta și activitatea sa metabolică. Este cel mai mare la embrion (90%) și scade treptat odată cu vârsta. Conținutul de apă al diferitelor țesuturi variază în funcție de activitatea lor metabolică. De exemplu, în substanța cenușie a creierului, apa este de până la 80%, iar în oase până la 20%. Apa este principalul mijloc de deplasare a substanțelor în organism (fluxul sanguin, limfa, curenții ascendenți și descendenți de soluții prin vasele plantelor) și în celulă. Apa servește ca material „lubrifiant”, necesar oriunde există suprafețe de frecare (de exemplu, în rosturi). Apa are o densitate 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.

Activitatea vitală a celulelor, țesuturilor și organelor plantelor se datorează prezenței apei. Apa este o substanță constituțională. Determinând structura citoplasmei celulelor și a organelelor sale, datorită polarității moleculelor, este un solvent al compușilor organici și anorganici implicați în metabolism și acționează ca un mediu de fundal în care se întâmplă totul. procese biochimice. Pătrunzând cu ușurință prin învelișurile și membranele celulelor, apa circulă liber în întreaga plantă, asigurând transferul de substanțe și contribuind astfel la unitatea proceselor metabolice ale organismului. Datorită transparenței sale ridicate, apa nu interferează cu absorbția energiei solare de către clorofilă.

Starea apei în celulele vegetale

Apa din celulă este prezentată în mai multe forme, ele sunt fundamental diferite. Principalele sunt apa constituțională, solvată, capilară și de rezervă.

Unele dintre moleculele de apă care intră în celulă formează legături de hidrogen cu un număr de molecule de radicali materie organică. Legăturile de hidrogen sunt deosebit de ușor de format astfel de radicali:

Această formă de apă se numește constituţional . Este conținut de o celulă cu o putere de până la 90 de mii de bari.

Datorită faptului că moleculele de apă sunt dipoli, ele formează agregate solide cu molecule încărcate de substanțe organice. O astfel de apă, asociată cu moleculele substanțelor organice ale citoplasmei prin forțele de atracție electrică, se numește solvat . În funcție de tipul de celulă vegetală, apa solvată reprezintă 4 până la 50% din cantitatea sa totală. Apa solvată, ca și apa constituțională, nu are mobilitate și nu este un solvent.

O mare parte din apa celulei este capilar , deoarece se află în cavităţile dintre macromolecule. Solvatul și apa capilară sunt reținute de celulă cu o forță numită potențial de matrice. Este egal cu 15-150 bar.

rezervă numită apă din interiorul vacuolelor. Conținutul de vacuole este o soluție de zaharuri, săruri și o serie de alte substanțe. Prin urmare, apa de rezervă este reținută de celulă cu o forță care este determinată de mărimea potențialului osmotic al conținutului vacuolar.

Absorbția de apă de către celulele plantelor

Deoarece nu există purtători activi pentru moleculele de apă în celule, mișcarea acesteia în și în afara celulelor, precum și între celulele învecinate, se realizează numai în conformitate cu legile difuziei. Prin urmare, gradienții de concentrație de dizolvat se dovedesc a fi principalii factori pentru moleculele de apă.

Celulele vegetale, în funcție de vârsta și starea lor, absorb apa utilizând includerea secvențială a trei mecanisme: imbibiție, solvatare și osmoză.

imbibiție . Când semințele germinează, aceasta începe să absoarbă apă datorită mecanismului de imbibiție. În acest caz, legăturile de hidrogen libere ale substanțelor organice ale protoplastei sunt umplute, iar apa intră activ în celulă din mediu. În comparație cu alte forțe care operează în celule, forțele de imbibiție sunt colosale. Pentru unele legături de hidrogen, acestea ajung la o valoare de 90 de mii de bari. În același timp, semințele se pot umfla și germina în soluri relativ uscate. După ce toate legăturile de hidrogen libere sunt umplute, imbibiția se oprește și următorul mecanism de absorbție a apei este activat.

solvatarea . În procesul de solvatare, absorbția apei are loc prin construirea de straturi de hidratare în jurul moleculelor de substanțe organice protoplastice. Conținutul total de apă al celulei continuă să crească. Intensitatea solvației depinde în esență de compoziția chimică a protoplastei. Cu cât sunt mai multe substanțe hidrofile în celulă, cu atât sunt utilizate mai mult forțele de solvatare. Hidrofilia scade in seria: proteine ​​-> carbohidrati -> grasimi. Prin urmare, semințele proteice (mazăre, fasole, fasole) absorb cea mai mare cantitate de apă pe unitatea de greutate prin solvatare, semințele de amidon (grâu, secară) cea intermediară, iar semințele oleaginoase (in, floarea soarelui) cea mai mică.

Forțele de solvație sunt inferioare ca putere față de forțele de imbibiție, dar sunt încă destul de semnificative și ajung la 100 bar. Până la sfârșitul procesului de solvatare, conținutul de apă al celulei este atât de mare încât umiditatea capilară se stabilește și încep să apară vacuole. Cu toate acestea, din momentul formării lor, solvatarea se oprește, iar absorbția ulterioară a apei este posibilă numai datorită mecanismului osmotic.

Osmoză . Mecanismul osmotic de absorbție a apei funcționează numai în celulele care au o vacuolă. Direcția de mișcare a apei în acest caz este determinată de raportul potențialelor osmotice ale soluțiilor incluse în sistemul osmotic.

Potențialul osmotic al sevei celulare, notat cu R, este determinată de formula:

R = iRct,

Unde R - potenţialul osmotic al sevei celulare

R- constantă de gaz egală cu 0,0821;

T - temperatura pe scara Kelvin;

i- coeficient izotonic care indică caracterul disocierea electrolitică substanțe dizolvate.

Raportul izotonic în sine este egal cu

și= 1 + α ( n + 1),

unde α - gradul de disociere electrolitică;

P - numărul de ioni în care se disociază molecula. Pentru non-electroliți P = 1.

Potențialul osmotic al unei soluții de sol este de obicei notat cu litera greacă π.

Moleculele de apă se deplasează întotdeauna dintr-un mediu cu un potențial osmotic mai mic la un mediu cu un potențial osmotic mai mare. Deci, dacă celula se află în soluția (externă) din sol la R>π, apoi apa intră în celule. Curgerea apei în celulă se oprește atunci când potențialele osmotice sunt complet egalizate (sucul vacuolar se diluează la intrarea absorbției de apă) sau când membrana celulară atinge limitele extensibilității.

Astfel, celulele primesc apă din mediu doar cu o condiție: potențialul osmotic al sevei celulare trebuie să fie mai mare decât potențialul osmotic al soluției din jur.

Dacă R< π, există o ieșire de apă din celulă în soluția externă. În cursul pierderii de lichid, volumul protoplastei scade treptat, se îndepărtează de membrană și apar mici cavități în celulă. O astfel de stare se numește Plasmoliza . Etapele plasmolizei sunt prezentate în fig. 3.18.

Dacă raportul potențialelor osmotice corespunde condiției P = π, atunci difuzia moleculelor de apă nu are loc deloc.

O cantitate mare de material factual indică faptul că potențialul osmotic al sevei celulare a plantelor variază în limite destul de largi. În plantele agricole, în celulele rădăcinilor, se află de obicei într-o amplitudine de 5-10 bari, în celulele frunzelor se poate ridica până la 40 bari, iar în celulele fructifere - până la 50 bari. La plantele solonchak, potențialul osmotic al sevei celulare atinge 100 bar.

Orez. 3.18.

A - o celulă în stare de turgescență; B - unghiular; B - concav; G - convex; D - convulsiv; E - cap. 1 - coajă; 2 - vacuol; 3 - citoplasmă; 4 - miez; 5 - Fire Hecht

Conținutul de apă din diferite organe ale plantelor variază în limite destul de largi. Acesta variază în funcție de condițiile de mediu, vârsta și tipul plantelor. Astfel, conținutul de apă din frunzele de salată este de 93-95%, porumb - 75-77%. Cantitatea de apă nu este aceeași în diferite organe ale plantelor: frunzele de floarea soarelui conțin 80-83% apă, tulpini - 87-89%, rădăcini - 73-75%. Conținutul de apă, egal cu 6-11%, este tipic în principal pentru semințele uscate la aer, în care procesele vitale sunt inhibate.

Apa este conținută în celulele vii, în elementele moarte ale xilemului și în spațiile intercelulare. În spațiile intercelulare, apa este în stare de vapori. Frunzele sunt principalele organe de evaporare ale unei plante. În acest sens, este firesc ca cea mai mare cantitate de apă să umple spațiile intercelulare ale frunzelor. În stare lichidă, apa se găsește în diferite părți ale celulei: membrana celulară, vacuole și protoplasmă. Vacuolele sunt partea cea mai bogată în apă a celulei, unde conținutul său ajunge la 98%. La cel mai mare conținut de apă, conținutul de apă din protoplasmă este de 95%. Cel mai scăzut conținut de apă este caracteristic membranelor celulare. Determinarea cantitativă a conținutului de apă din membranele celulare este dificilă; aparent, variază de la 30 la 50%.

Formele de apă din diferite părți ale celulei plantei sunt, de asemenea, diferite. Seva celulelor vacuolare este dominată de apa reținută de compuși cu greutate moleculară relativ mică (legați osmotic) și apă liberă. În învelișul unei celule vegetale, apa este legată în principal de compuși cu conținut ridicat de polimeri (celuloză, hemiceluloză, substanțe pectinice), adică apă legată coloidal. În citoplasmă însăși există apă liberă, legată coloidal și osmotic. Apa situată la o distanță de până la 1 nm de suprafața unei molecule de proteine ​​este ferm legată și nu are o structură hexagonală obișnuită (apă legată de coloidal). În plus, există o anumită cantitate de ioni în protoplasmă și, în consecință, o parte din apă este legată osmotic.

Semnificația fiziologică a apei libere și a apei legate este diferită. Majoritatea cercetătorilor cred că intensitatea procese fiziologice, inclusiv ratele de creștere, depind în primul rând de conținutul de apă liberă. Există o corelație directă între conținutul de apă legată și rezistența plantelor la condițiile externe nefavorabile. Aceste corelații fiziologice nu sunt întotdeauna observate.

Celula vegetală absoarbe apa conform legilor osmozei. Osmoza se observă în prezența a două sisteme cu concentrații diferite de substanțe, atunci când acestea comunică cu o membrană semipermeabilă. În acest caz, conform legilor termodinamicii, concentrațiile se egalizează datorită substanței pentru care membrana este permeabilă.

Când se consideră două sisteme cu concentrații diferite de substanțe active osmotic, rezultă că egalizarea concentrațiilor în sistemele 1 și 2 este posibilă numai datorită mișcării apei. În sistemul 1, concentrația de apă este mai mare, deci fluxul de apă este direcționat din sistemul 1 către sistemul 2. La atingerea echilibrului, debitul real va fi zero.

Celula vegetală poate fi considerată un sistem osmotic. Peretele celular din jurul celulei are o anumită elasticitate și poate fi întins. Substantele solubile in apa (zaharuri, acizi organici, saruri) care au activitate osmotica se acumuleaza in vacuol. Tonoplasta și plasmalema îndeplinesc funcția unei membrane semipermeabile în acest sistem, deoarece aceste structuri sunt permeabile selectiv, iar apa trece prin ele mult mai ușor decât substanțele dizolvate în seva celulară și citoplasmă. În acest sens, dacă celula intră în mediu, unde concentrația este osmotică substanțe active va fi mai mică decât concentrația din interiorul celulei (sau celula este plasată în apă), apa, conform legilor osmozei, trebuie să intre în celulă.

Capacitatea moleculelor de apă de a se deplasa dintr-un loc în altul este măsurată prin potențialul de apă (Ψw). Conform legilor termodinamicii, apa se deplasează întotdeauna dintr-o zonă cu un potențial mai mare de apă într-o zonă cu un potențial mai mic.

Potențialul apei(Ψ в) este un indicator al stării termodinamice a apei. Moleculele de apă au energie cinetică, se mișcă aleatoriu în lichid și vapori de apă. Potențialul apei este mai mare în sistemul în care concentrația de molecule este mai mare și energia lor cinetică totală este mai mare. Apa pură (distilată) are potenţialul maxim de apă. Potențialul de apă al unui astfel de sistem este luat în mod condiționat ca zero.

Unitățile de potențial apei sunt unități de presiune: atmosfere, pascali, bari:

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

Când o altă substanță este dizolvată în apă, concentrația apei scade, energia cinetică a moleculelor de apă scade, iar potențialul apei scade. În toate soluțiile, potențialul apei este mai mic decât cel al apei pure, adică. în condiții standard, se exprimă ca valoare negativă. Cantitativ, această scădere este exprimată printr-o cantitate numită potenţial osmotic(Ψ osm.). Potențialul osmotic este o măsură a reducerii potențialului de apă datorită prezenței substanțelor dizolvate. Cu cât sunt mai multe molecule de dizolvat în soluție, cu atât potențialul osmotic este mai mic.

Când apa intră în celulă, dimensiunea acesteia crește, în interiorul celulei crește presiune hidrostatica, care forțează plasmalema să se agațe de peretele celular. Peretele celular, la rândul său, exercită o contrapresiune, care se caracterizează prin potenţial de presiune(presiunea Ψ) sau potențialul hidrostatic, este de obicei pozitiv și cu cât este mai mare, cu atât mai multă apă în celulă.

Astfel, potențialul de apă al celulei depinde de concentrația de substanțe active osmotic - potențialul osmotic (Ψ osm.) Și potențialul de presiune (Ψ presiunea).

Cu condiția ca apa să nu apese pe membrana celulară (starea de plasmoliză sau ofilire), contrapresiunea membranei celulare este zero, potențialul de apă este egal cu osmoticul:

Ψ în. = Ψ osm.

Pe măsură ce apa intră în celulă, apare contrapresiunea membranei celulare, potențialul de apă va fi egal cu diferența dintre potențialul osmotic și potențialul de presiune:

Ψ în. = Ψ osm. + Ψ presiune

Diferența dintre potențialul osmotic al sevei celulare și contrapresiunea membranei celulare determină fluxul de apă în orice moment dat.

Cu condiția ca membrana celulară să fie întinsă la limită, potențialul osmotic este complet echilibrat de contrapresiunea membranei celulare, potențialul de apă devine zero și apa încetează să curgă în celulă:

- Ψ osm. = Ψ presiune , Ψ c. = 0

Apa curge întotdeauna în direcția unui potențial de apă mai negativ: de la sistemul în care energia este mai mare până la sistemul în care energia este mai mică.

Apa poate pătrunde și în celulă din cauza forțelor de umflare. Proteinele și alte substanțe care alcătuiesc celula, având grupe încărcate pozitiv și negativ, atrag dipolii de apă. Peretele celular, care conține hemiceluloze și substanțe pectinice, și citoplasma, în care compușii polari cu molecule înalte reprezintă aproximativ 80% din masa uscată, sunt capabile să se umfle. Apa pătrunde în structura de umflare prin difuzie, mișcarea apei urmează un gradient de concentrație. Forța de umflătură este desemnată prin termen potenţial de matrice(Ψ mat.). Depinde de prezența componentelor cu molecule înalte ale celulei. Potențialul matricei este întotdeauna negativ. Mare importanțăΨ mat. are atunci când apa este absorbită de structuri în care nu există vacuole (semințe, celule meristeme).



1.3 Distribuția apei în celulă

Conținutul de apă din diferite organe ale plantelor variază în limite destul de largi. Acesta variază în funcție de condițiile de mediu, vârsta și tipul plantelor. Astfel, conținutul de apă din frunzele de salată este de 93-95%, porumb - 75-77%. Cantitatea de apă nu este aceeași în diferite organe ale plantelor: frunzele de floarea soarelui conțin 80-83% apă, tulpini - 87-89%, rădăcini - 73-75%. Conținutul de apă, egal cu 6-11%, este tipic în principal pentru semințele uscate la aer, în care procesele vitale sunt inhibate.

Apa este conținută în celulele vii, în elementele moarte ale xilemului și în spațiile intercelulare. În spațiile intercelulare, apa este în stare de vapori. Frunzele sunt principalele organe de evaporare ale unei plante. În acest sens, este firesc ca cea mai mare cantitate de apă să umple spațiile intercelulare ale frunzelor. În stare lichidă, apa se găsește în diferite părți ale celulei: membrana celulară, vacuole și protoplasmă. Vacuolele sunt partea cea mai bogată în apă a celulei, unde conținutul său ajunge la 98%. La cel mai mare conținut de apă, conținutul de apă din protoplasmă este de 95%. Cel mai scăzut conținut de apă este caracteristic membranelor celulare. Determinarea cantitativă a conținutului de apă din membranele celulare este dificilă; aparent, variază de la 30 la 50%.

Formele de apă din diferite părți ale celulei plantei sunt, de asemenea, diferite. Seva celulelor vacuolare este dominată de apa reținută de compuși cu greutate moleculară relativ mică (legați osmotic) și apă liberă. În învelișul unei celule vegetale, apa este legată în principal de compuși cu conținut ridicat de polimeri (celuloză, hemiceluloză, substanțe pectinice), adică apă legată coloidal. În citoplasmă însăși există apă liberă, legată coloidal și osmotic. Apa situată la o distanță de până la 1 nm de suprafața unei molecule de proteine ​​este ferm legată și nu are o structură hexagonală obișnuită (apă legată de coloidal). În plus, există o anumită cantitate de ioni în protoplasmă și, în consecință, o parte din apă este legată osmotic.

Semnificația fiziologică a apei libere și a apei legate este diferită. Majoritatea cercetătorilor consideră că intensitatea proceselor fiziologice, inclusiv ratele de creștere, depinde în primul rând de conținutul de apă liberă. Există o corelație directă între conținutul de apă legată și rezistența plantelor la condițiile externe nefavorabile. Aceste corelații fiziologice nu sunt întotdeauna observate.

aparate Golgi

aparate Golgi

Lizozomii sunt mici vezicule înconjurate de o singură membrană. Ele înmuguresc din aparatul Golgi și posibil din reticulul endoplasmatic. Lizozomii conțin o varietate de enzime care descompun moleculele mari...

Sănătatea școlarilor: probleme și soluții

Când un adolescent este implicat în sport, supraantrenamentul nu ar trebui să fie permis. Oboseala după multă activitate fizică este evidențiată de letargie, dureri musculare. Părinții ar trebui să controleze timpul de sport...

Sistem informatic celule

Informația genetică este codificată în ADN. Codul genetic a fost elucidat de M. Nirenberg și H.G. Coran, pentru care au fost premiați Premiul Nobelîn 1968. Codul genetic este un sistem de aranjare a nucleotidelor în moleculele de acid nucleic...

Codificarea și implementarea informațiilor biologice într-o celulă, cod geneticși proprietățile sale

Intermediar în transfer informația genetică(ordinea nucleotidelor) de la ADN la proteină este ARNm (ARN mesager)...

Meiobentos al desișurilor de macrofite din zona de coastă a golfului Novorossiysk

Există destul de multe lucrări care descriu regularitățile distribuției spațiale a organismelor meiobentice - în ultimele decenii, acesta a fost unul dintre cele mai populare domenii în cercetare...

Potențial de membrană

În 1890, Wilhelm Ostwald, care a studiat filmele artificiale semi-permeabile, a sugerat că semi-permeabilitatea ar putea fi cauza nu numai a osmozei, ci și a fenomenelor electrice. Osmoza apare atunci când...

Microbiologia peștelui și a produselor din pește

Evaluarea microbiologică a apei se dă pe baza determinării numărului microbian al QMAFAnM; dacă - titra; dacă - indice; prezența microorganismelor patogene. Primele două analize sunt în curs...

Nivelul genetic molecular al structurilor vii

Faptul că genele sunt localizate pe cromozomi ar părea a fi în contradicție cu faptul că oamenii au doar 23 de perechi de cromozomi și totuși au mii de trăsături diferite cu care mii de gene diferite trebuie să se potrivească. Doar semne...

Muștele sferoceridelor (Diptera, Sphaeroceridae) din rezervația naturală "Kamyshanova Polyana"

Pe teritoriul rezervației "Kamyshanova Polyana" se disting în mod clar următoarele tipuri de biotopi: pădure, pajiște, diverse lângă apă, precum și formațiuni de margine ...

Obiecte de biotehnologie în Industria alimentară

Metabolismul, sau metabolismul, este ordinea naturală a transformării substanțelor și energiei în sistemele vii care stă la baza vieții, având ca scop conservarea și auto-reproducția; totalitatea tuturor reacțiilor chimice care au loc în organism...

Conceptul de celulă

Secolul al XVII-lea 1665 - Fizicianul englez R. Hooke în lucrarea sa „Micrografie” descrie structura dopului, pe secțiuni subțiri ale cărora a găsit goluri corect localizate. Hooke a numit aceste goluri „pori sau celule”...

Rolul mitocondriilor în apoptoză

Fiziologia excitatiei celulare

· Formarea excitatiei celulare se datoreaza tocmai transportului ionilor. Stratul bilipid al membranei celulare este impermeabil la ioni (Na, K, Cl), canalele ionice sunt proiectate pentru transportul lor în și în afara celulei - proteine ​​integrale speciale ...

Compoziția chimică a celulei

Toate organismele vii sunt capabile de metabolism cu mediu inconjurator. În celule, procesele de sinteză biologică, sau biosinteză, se desfășoară continuu...