Вода в живых организмах

Является наиболее широко распространенным веществом в живой природе.

В большинстве организмов ее весовое содержание составляет 70% и более, причем в растительных организмах воды больше, чем в животных. Кроме этого, вода была средой, в которой зародилась жизнь. Вода заполняет составные части живой клетки и представляет собой среду, в которой осуществляется транспорт питательных веществ, катализируемые ферментами метаболические реакции и перенос химической энергии. Поэтому все структурные элементы живых клеток и их функции должны быть приспособлены в отношении физических и химических свойств воды. С содержанием воды связан процесс старения: при старении уменьшается способность удерживать влагу.

По сравнению с большинством других жидкостей вода имеет высокую температуру плавления, кипения и теплоту испарения, что свидетельствует о сильном притяжении между соседними молекулами. Это объясняется тем, что каждый из двух атомов водорода объединяет свой электрон с одним из электронов атома кислорода. Две образующиеся электронные пары обусловливают V-образную форму молекул воды. Так как у кислорода есть еще две неподеленные электронные пары, он несет частичный отрицательный заряд. Более электроотрицательный атом кислорода стремится притянуть электроны атомов водорода. Поэтому на них локализуются частичные положительные заряды:

   •         • •                              • •       +            -           +

2Н   +  • О :                     Н : О :         Н — О — Н

                •                              • •

                                                Н                                       

Хотя молекула воды в целом электронейтральна, ее частичные отрицательный и положительный заряды пространственно разделены, что приводит к возникновению у нее электрического дипольного момента, т.е. две соединенные молекулы воды могут притягиваться друг к другу за счет сил электростатического взаимодействия между частичными положительными и отрицательными зарядами. Такой тип электростатического притяжения называется водородной связью.

Водородные связи слабее ковалентных, но благодаря своей многочисленности они обеспечивают высокую устойчивость жидкой воды.

Водородные связи характерны не только для воды. Они легко образуются между любым электроотрицательным атомом (обычно кислород или азот) и атомом водорода, ковалентно связанным с другим электроотрицательным атомом в той же или другой молекуле. Например:

Водород

                  Донор                       Акцептор водорода

— О — Н  ••• О = С

                                           — О — Н  ••• N

                                           — О — Н  ••• О

      N — Н  ••• О  = С

                                                N — Н  ••• О

                                                N — Н  ••• N

За счет свойств, описанных  выше, вода является значительно лучшим растворителем, чем большинство других жидкостей.

Кристаллические соли (NaCl) хорошо растворимы в воде, но почти не растворимы в неполярных жидкостях. Это обусловлено биполярным характером молекулы воды.

Второй класс веществ, растворимый в воде – это нейтральные органические соединения, содержащие полярные функциональные группы: спирты, альдегиды, кетоны. Растворение происходит за счет образования водородных связей между молекулами воды и полярными функциональными группами.

Существуют также вещества, диспергируемые водой. К ним относятся полярные соединения (например, мыла). Это происходит за счет образования агрегатов – мицелл, в которых гидрофильные отрицательно заряженные карбоксильные группы обращены к водной фазе и взаимодействуют с молекулами воды, а гидрофобные неполярные углеводородные цепи спрятаны внутри структуры.