Физические свойства воды и их значение для биологических процессов различных уровней

Неорганические соединения

Качественный и количественный состав веществ клетки

Работа натрий-калиевого насоса

Натрий-калиевый насос - это особый белок, пронизывающий всю толщу мембраны, который постоянно накачивает ионы калия внутрь клетки, одновременно выкачивая из нее ионы натрия; при этом перемещение обоих ионов происходит против градиентов концентраций.

Упрощенно действие натрий-калиевого насоса можно представить следующим образом:

1. С внутренней стороны мембраны к молекуле белка-переносчика поступают АТФ и ионы натрия, а с наружной – ионы калия.
2. Молекула переносчика осуществляет гидролиз одной молекулы АТФ.
3. При участии трех ионов натрия за счет энергии АТФ к переносчику присоединяется остаток фосфорной кислоты; сами эти три иона также присоединяются к переносчику.

4.В результате присоединения остатка фосфорной кислоты происходит такое изменение формы молекулы, что ионы натрия оказываются по другую сторону мембраны, уже вне клетки.

5. Три иона натрия выделяются во внешнюю среду, а вместо них с фосфорилированным переносчиком соединяются 2 иона калия.

6. Присоединение 2 ионов калия вызывает дефосфорилирование переносчика – отдачу им остатка фосфорной кислоты.

7. Дефосфорилирование вызывает такую конформацию переносчика, что ионы калия оказываются по другую сторону мембраны, внутри мембраны.

8. Ионы калия высвобождаются внутри клетки, и весь процесс повторяется.

Вещества	Содержание, %
Неорганические	Вода	70-80
Минеральные вещества	1-1,5
Органические	Белки	10-20
Углеводы	0,2-2
Жиры	1-5
Нуклеиновые кислоты	1-2
АТФ и прочие низкомолекулярные органические вещества	0,1-0,5

Вода ( 10 % -эмаль зубов, 85 % – в нервной ткани)

Свойства воды связаны с

· Малыми размерами молекул;

· Полярностью ее молекул, т.е. неравномерным распределением зарядов в молекуле (один конец молекулы несет небольшой положительный заряд, другой – отрицательный). Вода – диполь.

· Способностью соединяться друг с другом водородными связями за счет электростатического притяжения Н одной молекулы и О другой молекулы. Каждая молекула может образовывать четыре водородные связи.

Свободная вода -95-96 %; связанная вода -4-5 %

№	Физическое свойство	Значение	Примеры
1.	Высокая теплоемкость и высокая теплота испарения. Вода медленно нагревается и медленно остывает.	1. Поддержание теплового равновесия организма — теплорегуляция. 2. большой охлаждающий эффект. 3. Круговорот воды в природе является одним из элементов формирования климата.	Вода служит для многих клеток и организмов средой обитания, для которой характерно довольно значительное постоянство условий. Транспирация у растений, потоотделение у млекопитающих Периодическое выпадение осадков. Исторически сложившиеся условия увлажнения в различных природных зонах
2.	Низкая плотность около температуры замерзания.	Лед образуется на поверхности водоемов и выполняет функцию теплоизоляции — защищает от холода находящиеся в воде организмы	Сохранение зимой биоценозов замерзающих озер, прудов и рек
3.	Подвижность молекул (вследствие слабости водородных связей)	Возможность осмоса	Поступление воды из почвы; плазмолиз
4.	Вязкость (благодаря наличию водородных связей)	Смазывающие свойства	Синовиальная жидкость является «смазкой» в суставах позвоночных; плевральная жидкость уменьшает трение между грудной клеткой и легкими во время дыхания
5.	Универсальный растворитель для полярных веществ Гидрофильные – вещества, хорошо растворимые в воде Гидрофобные – вещества, практически нерастворимые в воде	При растворении веществ их реакционная способность возрастает (вода - среда протекания многих химических реакций в организме). Неполярные вещества отталкиваются от воды и поэтому могут разделять водные растворы на отдельные компартменты (мембраны). Гидрофобные взаимодействия играют важную роль в обеспечении стабильности мембран, белков, нуклеиновых кислот и др.	Кровь, тканевая жидкость, лимфа, желудочный сок, слюна — у животных; клеточный сок (водный раствор белков, сахаридов, органических кислот, пигментов и др.) — у растений; организмы, живущие в водной среде, используют кислород, растворенный в воде
6.	Способность образовывать гидратную оболочку вокруг макромолекул (благодаря полярности молекул)	Является дисперсионной средой в коллоидной системе цитоплазмы	Гиалоплазма представляет собой коллоидный раствор белков, в котором макромолекулы белков окружены «чехлом» из определенным образом ориентированных молекул воды (связанная вода), что препятствуя склеиванию веществ друг с другом.
7.	Большое поверхностное натяжение и когезия.	Водные растворы являются средством передвижения веществ в организме	Капиллярный кровоток; восходящий и нисходящий токи растворов в растении
8.	Практически полная несжимаемость	Поддержание формы и упругости клеткам, органам и тканям	Тургорное давление придает форму органам и тканям растений, обеспечивает положение в пространстве; гидростатический скелет (круглые черви, медузы); амниотическая жидкость поддерживает и защищает плод млекопитающих
9.	Способность пропускать свет (прозрачность)	Возможность фотосинтеза на небольшой глубине и, следовательно, возможность существования связанных с ним пищевых цепей	Высокопродуктивные биоценозы прудов, озер, рек, морского шельфа