Rola biologiczna pierwiastki chemiczne w organizmach żywych

1. Makro i mikroelementy w środowisku i organizmie człowieka

Biologiczna rola pierwiastków chemicznych w organizmie człowieka jest niezwykle zróżnicowana.

Główną funkcją makroskładników jest budowanie tkanek, utrzymywanie stałego ciśnienia osmotycznego, składu jonowego i kwasowo-zasadowego.

Pierwiastki śladowe wchodzące w skład enzymów, hormonów, witamin, substancji biologicznie czynnych jako czynniki kompleksujące lub aktywatory biorą udział w przemianach materii, procesach reprodukcji, oddychaniu tkankowym i neutralizacji substancji toksycznych. Pierwiastki śladowe aktywnie wpływają na procesy hematopoezy, utlenianie - regenerację, przepuszczalność naczyń krwionośnych i tkanek. Makro- i mikroelementy - wapń, fosfor, fluor, jod, glin, krzem warunkują tworzenie się tkanki kostnej i zębowej.

Istnieją dowody na to, że zawartość niektórych pierwiastków w organizmie człowieka zmienia się wraz z wiekiem. Tak więc zawartość kadmu w nerkach i molibdenu w wątrobie wzrasta wraz z wiekiem. Maksymalną zawartość cynku obserwuje się w okresie dojrzewania, następnie spada, a na starość osiąga minimum. Wraz z wiekiem zmniejsza się również zawartość innych pierwiastków śladowych, takich jak wanad i chrom.

Zidentyfikowano wiele chorób związanych z niedoborem lub nadmiernym nagromadzeniem różnych pierwiastków śladowych. Niedobór fluoru powoduje próchnicę zębów, niedobór jodu – wole endemiczne, nadmiar molibdenu – endemiczna dna moczanowa. Takie wzorce związane są z zachowaniem w organizmie człowieka równowagi optymalnych stężeń pierwiastków biogennych – homeostazy chemicznej. Naruszenie tej równowagi z powodu braku lub nadmiaru pierwiastka może prowadzić do różnych chorób.

Oprócz sześciu głównych makroelementów – organogenów – węgla, wodoru, azotu, tlenu, siarki i fosforu, które składają się na węglowodany, tłuszcze, białka i kwasy nukleinowe, do prawidłowego żywienia ludzi i zwierząt niezbędne są makroelementy „nieorganiczne” – wapń, chlor , magnez, potas, sód - i pierwiastki śladowe - miedź, fluor, jod, żelazo, molibden, cynk, a także ewentualnie (sprawdzony na zwierzętach) selen, arsen, chrom, nikiel, krzem, cyna, wanad.

Brak w diecie pierwiastków takich jak żelazo, miedź, fluor, cynk, jod, wapń, fosfor, magnez i niektórych innych prowadzi do poważne konsekwencje dla zdrowia ludzkiego.

Trzeba jednak pamiętać, że nie tylko niedobór, ale i nadmiar pierwiastków biogennych jest szkodliwy dla organizmu, gdyż zaburza to homeostazę chemiczną. Na przykład przy przyjmowaniu nadmiaru manganu z pożywieniem poziom miedzi w osoczu wzrasta (synergizm Mn i Cu), a w nerkach spada (antagonizm). Zwiększenie zawartości molibdenu w pożywieniu prowadzi do wzrostu ilości miedzi w wątrobie. Nadmiar cynku w pożywieniu powoduje zahamowanie aktywności enzymów zawierających żelazo (antagonizm Zn i Fe).

Składniki mineralne, które są niezbędne w znikomych ilościach, stają się toksyczne w wyższych stężeniach.

Wiele pierwiastków (srebro, rtęć, ołów, kadm itp.) Uważa się za toksyczne, ponieważ ich przedostanie się do organizmu już w śladowych ilościach prowadzi do poważnych zjawisk patologicznych. mechanizm chemiczny Toksyczne działanie niektórych pierwiastków śladowych zostanie omówione poniżej.

Pierwiastki biogenne są szeroko stosowane w rolnictwo. Dodatek do gleby niewielkich ilości mikroelementów - boru, miedzi, manganu, cynku, kobaltu, molibdenu - dramatycznie zwiększa plon wielu roślin. Okazuje się, że mikroelementy poprzez zwiększenie aktywności enzymów w roślinach przyczyniają się do syntezy białek, witamin, kwasy nukleinowe, cukry i skrobia. Niektóre pierwiastki chemiczne mają pozytywny wpływ na fotosyntezę, przyspieszają wzrost i rozwój roślin, dojrzewanie nasion. Pierwiastki śladowe są dodawane do pasz dla zwierząt w celu zwiększenia ich produktywności.

Różne pierwiastki i ich związki są szeroko stosowane jako leki.

Tak więc badanie biologicznej roli pierwiastków chemicznych, wyjaśnienie związku między wymianą tych pierwiastków a innymi substancjami biologicznie czynnymi - enzymami, hormonami, witaminami przyczynia się do tworzenia nowych leki i rozwój optymalne tryby ich dawkowanie zarówno w celach terapeutycznych, jak i profilaktycznych.

Podstawą badania właściwości pierwiastków, a w szczególności ich roli biologicznej jest: prawo okresowe DI. Mendelejew. Charakterystyka fizykochemiczna, a co za tym idzie ich fizjologiczna i patologiczna rola, są determinowane przez położenie tych pierwiastków w układ okresowy DI. Mendelejew.

Z reguły wraz ze wzrostem ładunku jądra atomów wzrasta toksyczność pierwiastków tej grupy, a ich zawartość w organizmie maleje. Spadek zawartości wynika oczywiście z faktu, że wiele pierwiastków o długich okresach jest słabo przyswajanych przez organizmy żywe ze względu na duże promienie atomowe i jonowe, wysoki ładunek jądrowy, złożoność konfiguracji elektronowych i niską rozpuszczalność związków. Ciało zawiera znaczne ilości lekkich pierwiastków.

Do makroelementów należą pierwiastki s pierwszego (wodór), trzeciego (sód, magnez) i czwartego (potas, wapń) okresu oraz pierwiastki p drugiego (węgiel, azot, tlen) i trzeciego (fosfor, siarka, okresy chloru). Wszystkie są niezbędne. Większość pozostałych elementów s i p pierwszych trzech okresów (Li, B, Al, F) jest fizjologicznie czynna, elementy s i p dużych okresów (n> 4) rzadko działają jako niezbędne. Wyjątkiem są pierwiastki s - potas, wapń, jod. Fizjologicznie aktywne są niektóre pierwiastki s i p czwartego i piątego okresu - stront, arsen, selen, brom.

Wśród pierwiastków d najważniejsze są przede wszystkim pierwiastki czwartego okresu: mangan, żelazo, cynk, miedź, kobalt. Niedawno ustalono, że fizjologiczna rola niektórych innych pierwiastków d z tego okresu jest również niewątpliwa: tytan, chrom, wanad.

Pierwiastki d z piątego i szóstego okresu, z wyjątkiem molibdenu, nie wykazują wyraźnej pozytywnej aktywności fizjologicznej. Molibden wchodzi również w skład szeregu enzymów redoks (np. tlenku ksantyny, oksydazy aldehydowej) i odgrywa ważną rolę w przebiegu procesów biochemicznych.

2. Ogólne aspekty toksyczności metali ciężkich dla organizmów żywych

Kompleksowe badanie problemów związanych z oceną stanu środowiska przyrodniczego pokazuje, że bardzo trudno jest wytyczyć wyraźną granicę między naturalnym a czynniki antropogeniczne zmiany w systemach ekologicznych. Przekonały nas o tym ostatnie dziesięciolecia. że wpływ człowieka na przyrodę powoduje nie tylko bezpośrednie, łatwe do zidentyfikowania szkody, ale także powoduje szereg nowych, często ukrytych procesów, które przekształcają lub niszczą środowisko. Procesy naturalne i antropogeniczne w biosferze są w złożonym związku i współzależności. Tak więc na przebieg przemian chemicznych prowadzących do powstania substancji toksycznych ma wpływ klimat, stan pokrywy glebowej, wody, powietrza, poziom radioaktywności itp. W obecnych warunkach przy badaniu procesów chemicznego zanieczyszczenia ekosystemów pojawia się problem znalezienia naturalnych, głównie ze względu na czynniki naturalne, poziomów zawartości niektórych pierwiastków lub związków chemicznych. Rozwiązanie tego problemu jest możliwe tylko na podstawie wieloletnich systematycznych obserwacji stanu składników biosfery, zawartości różne substancje, czyli na podstawie monitoringu środowiska.

Zanieczyszczenie środowisko metale ciężkie są bezpośrednio związane z ekologicznym i analitycznym monitorowaniem supertoksyn, ponieważ wiele z nich wykazuje wysoką toksyczność już w śladowych ilościach i jest w stanie koncentrować się w organizmach żywych.

Główne źródła zanieczyszczenia środowiska metalami ciężkimi można podzielić na naturalne (naturalne) i sztuczne (antropogeniczne). Naturalne to erupcje wulkanów, burze piaskowe, pożary lasów i stepów, sole morskie wysadzane przez wiatr, roślinność itp. Naturalne źródła zanieczyszczeń są systematyczne, jednolite lub krótkotrwałe spontaniczne i z reguły mają niewielki wpływ na poziom ogólny zanieczyszczenie. Główne i najbardziej niebezpieczne źródła zanieczyszczenia przyrody metalami ciężkimi mają charakter antropogeniczny.

W procesie badania chemii metali i ich cykli biochemicznych w biosferze ujawnia się podwójna rola, jaką odgrywają one w fizjologii: z jednej strony większość metali jest niezbędna do normalnego toku życia; z drugiej strony w podwyższonych stężeniach wykazują wysoką toksyczność, czyli mają zły wpływ o stanie i aktywności organizmów żywych. Granica między niezbędnymi a toksycznymi stężeniami pierwiastków jest bardzo nieostra, co utrudnia rzetelną ocenę ich wpływu na środowisko. Ilość, w jakiej niektóre metale stają się naprawdę niebezpieczne, zależy nie tylko od stopnia zanieczyszczenia przez nie ekosystemów, ale także od charakterystyki chemicznej ich cyklu biochemicznego. W tabeli. 1 przedstawia szereg molowej toksyczności metali dla różne rodzaje organizmy żywe.

Tabela 1. Reprezentatywna sekwencja molowej toksyczności metali

Organizmy Toksyczność Seria Glony Hg>Cu>Cd>Fe>Cr>Zn>Co>MnFungiAg>Hg>Cu>Cd>Cr>Ni>Pb>Co>Zn>Fe >Zn > Pb> CdFishAg>Hg>Cu> Pb> Cd>Al> Zn> Ni> Cr>Co>Mn>>SrMammalsAg, Hg, Cd> Cu, Pb, Sn, Be>> Mn, Zn, Ni, Fe , Cr >> Sr >Сs, Li, Al

Dla każdego typu organizmu kolejność metali w rzędach tabeli od lewej do prawej odzwierciedla wzrost ilości molowej metalu wymaganej do manifestacji działania toksycznego. Minimalna wartość molowa dotyczy metalu o najwyższej toksyczności.

W.W. Kovalsky, w oparciu o ich znaczenie dla życia, podzielił pierwiastki chemiczne na trzy grupy:

Niezbędne (niezastąpione) pierwiastki, które są stale zawarte w organizmie (wchodzą w skład enzymów, hormonów i witamin): H, O, Ca, N, K, P, Na, S, Mg, Cl, C, I, Mn, Cu , Co, Fe, Mo, V. Ich niedobór prowadzi do zakłócenia normalnego życia ludzi i zwierząt.

Tabela 2. Charakterystyka niektórych metaloenzymów - kompleksów bionieorganicznych

Metal-enzym Atom centralny Środowisko liganda Obiekt koncentracji Działanie enzymu Karboanhydraza Zn (II) Reszty aminokwasowe Erytrocyty Katalizuje odwracalne uwodnienie dwutlenku węgla: CO 2+H 2O↔N 2WIĘC 3N ++NSO 3Karboksypeptydaza Zn(II) Reszty aminokwasowe Trzustka, wątroba, jelita Katalizuje trawienie białek, uczestniczy w hydrolizie wiązań peptydowych: R 1CO-NH-R 2+H 2O↔R 1-COOH+R 2NH 2Katalaza Fe (III) Reszty aminokwasowe, histydyna, tyrozyna Krew Katalizuje reakcję rozkładu nadtlenku wodoru: 2H 2O 2= 2N 2O + O 2Fe(III) peroksydazaBiałkaTkanka, krewUtlenianie substratów (RH 2) nadtlenek wodoru: RH 2+ H 2O 2=R+2H 2Oksyreduktaza Cu (II) Resztki aminokwasów Serce, wątroba, nerki Katalizuje utlenianie za pomocą tlenu cząsteczkowego: 2H 2R+O 2= 2R + 2H 2O Karboksylaza pirogronianowa Mn (II) Białka tkankowe Wątroba, tarczyca Wzmacnia działanie hormonów. Katalizuje proces karboksylacji kwasem pirogronowym Oksydaza aldehydowa Mo (VI) Białka tkankowe Wątroba Uczestniczy w utlenianiu aldehydów Reduktaza rybonukleotydowa Co (II) Białka tkankowe Wątroba Uczestniczy w biosyntezie kwasów rybonukleinowych

• pierwiastki zanieczyszczające trwale zawarte w ciele: Ga, Sb, Sr, Br, F, B, Be, Li, Si, An, Cs, Al, Ba, Ge, As, Rb, Pb, Ra, Bi, Cd, Cr, Ni, Ti, Ag, Th, Hg, U, Se. Ich biologiczna rola jest mało poznana lub nieznana.
• pierwiastki zanieczyszczające znajdujące się w organizmie Sc, Tl, In, La, Pr, Sm, W, Re, Tb itd. Dane dotyczące ilości i roli biologicznej nie są jasne.
• W tabeli przedstawiono charakterystykę szeregu metaloenzymów, do których należą tak ważne metale, jak Zn, Fe, Cu, Mn, Mo.
• W zależności od zachowania w żywych systemach metale można podzielić na 5 typów:
• - niezbędne elementy, bez których w organizmie występują zaburzenia czynnościowe;
• - stymulanty (metale niezbędne i niepotrzebne organizmowi mogą działać jako stymulanty);
• pierwiastki obojętne, które w pewnych stężeniach są nieszkodliwe i nie mają żadnego wpływu na organizm (np. metale obojętne stosowane jako implanty chirurgiczne):
• środki terapeutyczne stosowane w medycynie;
• pierwiastki toksyczne, przy wysokich stężeniach prowadzących do nieodwracalnych zaburzeń czynnościowych, śmierć organizmu.
• W zależności od stężenia i czasu kontaktu metal może działać według jednego ze wskazanych typów.
• Rysunek 1 przedstawia schemat zależności stanu organizmu od stężenia jonów metali. Ciągła krzywa na diagramie opisuje natychmiastową pozytywną odpowiedź, optymalny poziom i przejście z pozytywnego efektu do negatywnego po przejściu wartości stężenia pożądanego pierwiastka przez maksimum. W wysokich stężeniach wymagany metal staje się toksyczny.
• Kropkowana krzywa pokazuje odpowiedź biologiczną na metal toksyczny dla organizmu bez efektu niezbędnego lub stymulującego pierwiastka. Krzywa ta pojawia się z pewnym opóźnieniem, co wskazuje na zdolność żywego organizmu do „nie reagowania” na małe ilości substancji toksycznej (stężenie progowe).
• Z diagramu wynika, że ​​niezbędne pierwiastki stają się toksyczne w nadmiernych ilościach. Organizm zwierząt i ludzi utrzymuje koncentrację pierwiastków w optymalnym zakresie poprzez kompleks procesów fizjologicznych zwanych homeostazą. Stężenie wszystkich, bez wyjątku, niezbędnych metali jest pod ścisłą kontrolą homeostazy.

• Rys.1 Odpowiedź biologiczna w zależności od stężenia metalu. ( Wzajemne porozumienie dwie krzywe względem skali stężenia warunkowo)
• zatrucie jonami zatrucia metalami
• Szczególnie interesująca jest zawartość pierwiastków chemicznych w ludzkim ciele. Narządy ludzkie w różny sposób koncentrują w sobie różne pierwiastki chemiczne, to znaczy makro- i mikroelementy są nierównomiernie rozmieszczone między różnymi narządami i tkankami. Większość pierwiastków śladowych (zawartość w organizmie mieści się w granicach 10 -3-10-5%) kumuluje się w tkankach wątroby, kości i mięśni. Te tkaniny są głównym magazynem wielu metali.
• Pierwiastki mogą wykazywać specyficzne powinowactwo do niektórych narządów i być w nich zawarte w wysokich stężeniach. Wiadomo, że cynk gromadzi się w trzustce, jod w tarczycy, wanad wraz z aluminium i arsenem gromadzi się we włosach i paznokciach, kadm, rtęć, molibden – w nerkach, cyna w tkankach jelitowych, stront – w gruczoł krokowy, tkanka kostna, mangan w przysadce mózgowej itp. W organizmie pierwiastki śladowe można znaleźć w: stan związany, oraz w postaci wolnych form jonowych. Ustalono, że glin, miedź i tytan w tkankach mózgu występują w postaci kompleksów z białkami, natomiast mangan w postaci jonowej.
• W odpowiedzi na przyjmowanie do organizmu nadmiernych stężeń pierwiastków, żywy organizm jest w stanie ograniczyć lub nawet wyeliminować powstały efekt toksyczny dzięki obecności pewnych mechanizmów detoksykacji. Specyficzne mechanizmy detoksykacji w odniesieniu do jonów metali nie są obecnie dobrze poznane. Wiele metali w organizmie można przekształcić w mniej szkodliwe formy w następujący sposób:
• tworzenie nierozpuszczalnych kompleksów w przewód pokarmowy;
• transport metalu z krwią do innych tkanek, gdzie może być unieruchomiony (jak np. Pb + 2 w kościach);

Komórki żywych organizmów skład chemiczny znacznie różnią się od otaczającego je środowiska nieożywionego i strukturą związki chemiczne oraz zestawieniem i zawartością pierwiastków chemicznych. Łącznie w organizmach żywych występuje (do tej pory odkrytych) około 90 pierwiastków chemicznych, które w zależności od zawartości dzielą się na 3 główne grupy: makroelementy , pierwiastki śladowe oraz ultramikroelementy .

Makroelementy.

Makroelementy są obecne w znacznych ilościach w organizmach żywych, od setnych do kilkudziesięciu procent. Jeśli zawartość jakichkolwiek chemiczny w organizmie przekracza 0,005% masy ciała, taka substancja zaliczana jest do makroskładników odżywczych. Są częścią głównych tkanek: krwi, kości i mięśni. Należą do nich np. następujące pierwiastki chemiczne: wodór, tlen, węgiel, azot, fosfor, siarka, sód, wapń, potas, chlor. Łącznie makroskładniki stanowią około 99% masy żywych komórek, z czego większość (98%) przypada na wodór, tlen, węgiel i azot.

Poniższa tabela przedstawia główne makroskładniki w organizmie:

Wszystkie cztery najczęstsze pierwiastki w organizmach żywych (są to wodór, tlen, węgiel, azot, jak wspomniano wcześniej) charakteryzują się jednym własność wspólna. Elementom tym brakuje jednego lub więcej elektronów na swojej orbicie zewnętrznej, aby utworzyć stabilne wiązania elektronowe. Tak więc atomowi wodoru brakuje jednego elektronu na zewnętrznej orbicie, aby utworzyć stabilne wiązanie elektronowe, atomom tlenu, azotu i węgla brakuje odpowiednio dwóch, trzech i czterech elektronów. W związku z tym te pierwiastki chemiczne łatwo się tworzą wiązania kowalencyjne dzięki parowaniu elektronów i łatwo mogą ze sobą oddziaływać, wypełniając ich zewnętrzne powłoki elektronowe. Ponadto tlen, węgiel i azot mogą tworzyć nie tylko wiązania pojedyncze, ale także podwójne. W efekcie znacznie wzrasta liczba związków chemicznych, jakie mogą powstać z tych pierwiastków.

Ponadto węgiel, wodór i tlen są najlżejszymi z pierwiastków zdolnych do tworzenia wiązań kowalencyjnych. Dlatego okazały się najbardziej odpowiednie do tworzenia związków tworzących żywą materię. Należy osobno odnotować inną ważną właściwość atomów węgla - zdolność do tworzenia wiązań kowalencyjnych z czterema innymi atomami węgla jednocześnie. Dzięki tej zdolności z ogromnej liczby różnych cząsteczek organicznych powstają rusztowania.

Mikroelementy.

Chociaż treść pierwiastki śladowe nie przekracza 0,005% dla każdego pojedynczy element, a w sumie stanowią tylko około 1% masy komórek, pierwiastki śladowe są niezbędne do życiowej aktywności organizmów. W przypadku ich braku lub niewystarczającej zawartości mogą wystąpić różne choroby. Wiele pierwiastków śladowych wchodzi w skład niebiałkowych grup enzymów i jest niezbędnych do ich funkcji katalitycznej.
Na przykład żelazo jest część integralna hem, który jest częścią cytochromów, które są składnikami łańcucha transportu elektronów, oraz hemoglobiny, białka, które zapewnia transport tlenu z płuc do tkanek. Niedobór żelaza w organizmie człowieka powoduje anemię. A brak jodu, który wchodzi w skład hormonu tarczycy – tyroksyny, prowadzi do występowania chorób związanych z niedoborem tego hormonu, takich jak wole endemiczne czy kretynizm.

Przykłady pierwiastków śladowych przedstawia poniższa tabela:

Ultramikroelementy.

Do grupy ultramikroelementy zawiera pierwiastki, których zawartość w organizmie jest niezwykle mała (mniej niż 10 -12%). Należą do nich brom, złoto, selen, srebro, wanad i wiele innych pierwiastków. Większość z nich jest również niezbędna do normalnego funkcjonowania organizmów żywych. Na przykład brak selenu może prowadzić do raka, a brak boru jest przyczyną niektórych chorób roślin. Wiele pierwiastków z tej grupy, jak również pierwiastki śladowe, wchodzi w skład enzymów.

Komórka

Z punktu widzenia koncepcji systemów żywych wg A. Lehningera.

Żywa komórka to izotermiczny układ cząsteczek organicznych zdolnych do samoregulacji i samoreprodukcji, pozyskujących energię i zasoby ze środowiska.

płynie w komórce duża liczba reakcje sekwencyjne, których szybkość jest regulowana przez samą komórkę.

Komórka utrzymuje się w stacjonarnym stanie dynamicznym, z dala od równowagi z otoczeniem.

Ogniwa działają na zasadzie minimalnego zużycia komponentów i procesów.

To. komórka jest elementarnym żywym systemem otwartym, zdolnym do niezależnej egzystencji, reprodukcji i rozwoju. Jest podstawową jednostką strukturalną i funkcjonalną wszystkich żywych organizmów.

Skład chemiczny komórek.

Spośród 110 elementów układu okresowego Mendelejewa 86 stwierdzono, że jest ono stale obecne w ludzkim ciele. 25 z nich jest niezbędnych do normalnego życia, 18 z nich jest absolutnie niezbędnych, a 7 jest użytecznych. Zgodnie z procentem w komórce pierwiastki chemiczne dzielą się na trzy grupy:

Makroelementy Główne pierwiastki (organogeny) to wodór, węgiel, tlen, azot. Ich stężenie: 98 - 99,9%. Są uniwersalnymi składnikami związków organicznych komórki.

Pierwiastki śladowe - sód, magnez, fosfor, siarka, chlor, potas, wapń, żelazo. Ich stężenie wynosi 0,1%.

Ultramikroelementy - bor, krzem, wanad, mangan, kobalt, miedź, cynk, molibden, selen, jod, brom, fluor. Wpływają na metabolizm. Ich brak jest przyczyną chorób (cynk - cukrzyca, jod - wole endemiczne, żelazo - niedokrwistość złośliwa itp.).

Współczesna medycyna zna fakty negatywnego oddziaływania witamin i minerałów:

Cynk zmniejsza wchłanianie miedzi i konkuruje o wchłanianie z żelazem i wapniem; (a niedobór cynku powoduje osłabienie system odprnościowy, szereg stanów patologicznych z gruczołów dokrewnych).

Wapń i żelazo zmniejszają wchłanianie manganu;

Witamina E nie łączy się dobrze z żelazem, a witamina C nie łączy się dobrze z witaminami z grupy B.

Pozytywna interakcja:

Witamina E i selen oraz wapń i witamina K działają synergistycznie;

Witamina D jest niezbędna do wchłaniania wapnia;

Miedź wspomaga wchłanianie i zwiększa efektywność wykorzystania żelaza w organizmie.

nieorganiczne składniki komórki.

Woda- najważniejsze składnik komórki, uniwersalne medium dyspersyjne żywej materii. Aktywne komórki organizmów lądowych składają się w 60 - 95% z wody. W spoczynkowych komórkach i tkankach (nasiona, zarodniki) woda wynosi 10-20%. Woda w komórce występuje w dwóch formach - wolnej i związanej z koloidami komórkowymi. Wolna woda jest rozpuszczalnikiem i ośrodkiem dyspersyjnym koloidalnego układu protoplazmy. Jej 95%. Związana woda (4-5%) całej wody komórkowej tworzy kruche wiązania wodorowe i hydroksylowe z białkami.

Właściwości wody:

Woda jest naturalnym rozpuszczalnikiem jonów mineralnych i innych substancji.

Woda jest rozproszoną fazą koloidalnego układu protoplazmy.

Woda jest bowiem medium dla reakcji metabolizmu komórkowego, ponieważ. procesy fizjologiczne zachodzą wyłącznie w środowisku wodnym. Zapewnia reakcje hydrolizy, nawilżenia, obrzęku.

Uczestniczy w wielu reakcjach enzymatycznych komórki i powstaje w procesie metabolizmu.

Woda jest źródłem jonów wodorowych podczas fotosyntezy roślin.

Wartość biologiczna wody:

Większość reakcji biochemicznych zachodzi tylko w roztworze wodnym, wiele substancji wchodzi i wychodzi z komórek w postaci rozpuszczonej. To charakteryzuje funkcję transportową wody.

Woda zapewnia reakcje hydrolizy - rozkład białek, tłuszczów, węglowodanów pod wpływem wody.

Ze względu na wysokie ciepło parowania ciało jest schładzane. Na przykład pocenie się ludzi lub transpiracja roślin.

Wysoka pojemność cieplna i przewodność cieplna wody przyczynia się do równomiernego rozkładu ciepła w ogniwie.

Ze względu na siły adhezji (woda-grunt) i kohezji (woda-woda) woda ma właściwość kapilarności.

Nieściśliwość wody determinuje stan naprężenia ścian komórkowych (turgor), hydrostatycznego szkieletu obleńców.