Структура, свойства и биологические функции воды

Жизнь на планете Земля зародилась в водной среде. Ни один организм не может обходиться без воды. Несмотря на простоту химического состава и строения, вода является одним из удивительных соединений, обладает уникальными физико-химическими свойствами и биологическими функциями.

Молекула воды (Н2O) – полярное соединение, в котором электрофильный атом кислорода притягивает спаренные электроны от атомов водорода, приобретая частичный отрицательный заряд, в то время как атомы водорода приобретают частично положительные заряды. Важной особенностью воды является способность ее молекул объединяться в структурные агрегаты за счет образования водородных связей между разноименно заряженными атомами. Образующиеся ассоциаты (рис. 3) состоят из нескольких молекул воды, поэтому формулу воды правильнее было бы записать как (Н2O)n, где n = 2, 3, 4, 5. Водородные связи имеют исключительно важное значение при формировании структур биополимеров, надмолекулярных комплексов, в метаболизме.

Физико-химические свойства воды определяют ее биологические функции:

• вода является прекрасным растворителем. Она составляет основу жидких дисперсных систем организма: крови, лимфы, мочи, слюны, желудочного и кишечного соков, синовиальной и спинномозговой жидкостей, внутреннего содержимого клеток и межклеточной жидкости.

• вода выполняет функцию регулятора теплового баланса организма, так как ее теплоемкость значительно превышает теплоемкость любого биологического вещества. Поэтому вода может долго сохранять тепло при изменении температуры окружающей среды и переносить его на расстояние;

• вода способствует сохранению внутриклеточного давления и формы клеток (тургор). Большую роль в процессах жизнедеятельности играет явление диффузии – движения частиц дисперсной фазы и дисперсной среды, приводящего к самопроизвольному выравниванию их концентрации по всему объему системы и установлению состояния равновесия. Причиной этого процесса считают тепловое движение частиц растворенного вещества и растворителя.

Содержание воды в организме человека зависит от возраста: чем моложе человек, тем выше содержание воды. У новорожденных вода составляет 75 % от массы тела, у детей от 1 года до 10 лет – 60–65 %, а у людей старше 50 лет – 50–55 %. Внутри клеток содержится 2/3 общего количества воды, внеклеточная вода составляет 1/3. Необходимое содержание воды в организме человека поддерживается за счет поступления ее извне (примерно 2 л в сутки); около 0,3 л в сутки образуется в процессе распада веществ внутри организма. Нарушение водного баланса в клетках организма приводит к тяжелым последствиям вплоть до гибели клеток.