Біялогія. 11 клас

У састаў жывых арганізмаў уваходзяць разнастайныя хімічныя злучэнні, утвораныя атамамі розных элементаў. Ключавую ролю ў ажыццяўленні працэсаў жыццядзейнасці адыгрываюць арганічныя рэчывы — бялкі, вугляводы, ліпіды, нуклеінавыя кіслоты і інш., якія ў нежывой прыродзе практычна не сустракаюцца. Аднак не ўсе злучэнні, уласцівыя арганізмам, спецыфічныя толькі для жывой прыроды. Такія неарганічныя рэчывы, як вада, неарганічныя (мінеральныя) солі і кіслоты, шырока распаўсюджаны і ў нежывой прыродзе. 

Вада. У колькасных адносінах першае месца сярод рэчываў, якія ўваходзяць у састаў жывых арганізмаў, займае вада. Яе масавая доля ў арганізмах у сярэднім складае 65—80 %. Колькасць вады неаднолькавая ў розных тканках і органах. Так, у сакавітых пладах раслін можа змяшчацца да 98 % вады, а ў зярняўках злакаў, насенні сланечніку, лёну, бабовых яе масавая доля складае 7—14 %. Плазма крыві, лімфа, тканкавая вадкасць, сакрэты большасці залоз жывёл больш чым на 90 % складаюцца з вады. У шкілетных мышцах чалавека масавая доля вады складае каля 76 %, а ў тлушчавай тканцы — прыблізна 30 %. З узростам утрыманне вады ў арганізме паступова зніжаецца.

З курса хіміі вы ведаеце, што ў малекуле вады (Н₂О) два атамы вадароду злучаны з атамам кіслароду кавалентнымі палярнымі сувязямі. Сувязі Н—О—Н размешчаны пад вуглом 104,5° адна да адной. Кісларод валодае большай электраадмоўнасцю, чым вадарод, таму атам кіслароду прыцягвае да сябе агульныя электронныя пары і набывае частковы адмоўны зарад. Атамы вадароду набываюць частковы дадатны зарад, г. зн. малекула вады з’яўляецца палярнай (мал.  2.1).

Паміж атамам кіслароду адной малекулы вады і атамам вадароду другой малекулы ўзнікае электрастатычнае прыцягненне. Такое ўзаемадзеянне, больш слабае, чым іонная сувязь, называецца вадароднай сувяззю. Кожная малекула вады прыцягвае да сябе за кошт утварэння вадародных сувязей яшчэ чатыры малекулы (мал. 2.2).

Такім чынам, малекулы вады звязаны адна з адной. Таму вада пры тэмпературах ад 0 °С да 100 °С можа захоўваць вадкі агрэгатны стан, у той час як падобныя ёй вадародныя злучэнні (напрыклад, H₂S, NH₃, HF) з’яўляюцца газамі.

Роля вады ў жывых арганізмах звязана з яе ўласцівасцямі, перш за ўсё з малымі памерамі малекул, іх палярнасцю і здольнасцю ўтвараць вадародныя сувязі паміж сабой і з іншымі злучэннямі.

Дзякуючы палярнасці малекулы вады здольныя фарміраваць так званыя гідратныя абалонкі вакол іонаў і палярных малекул. Гэта спрыяе адасабленню часціц і перашкаджае іх склейванню адна з адной, што асабліва важна, напрыклад, для бялковых малекул.

Палярнасць малекул і здольнасць утвараць вадародныя сувязі робіць ваду ўніверсальным растваральнікам для палярных рэчываў, лепшым, чым большасць вадкасцей. У залежнасці ад ступені ўзаемадзеяння з малекуламі вады злучэнні дзеляць на гідрафільныя і гідрафобныя. Гідра­фільнымі з’яўляюцца палярныя рэчывы, якія актыўна ўзаемадзейнічаюць з малекуламі вады за кошт утварэння шматлікіх вадародных сувязей, што і абумоўлівае іх добрую растваральнасць (мал. 2.3, а). Да гідрафільных злучэнняў належаць ніжэйшыя спірты і карбонавыя кіслоты, мона­цукрыды, дыцукрыды і інш. Непалярныя рэчывы з’яўляюцца гідрафобнымі, яны не фарміруюць вадародных сувязей з малекуламі вады і не раствараюцца ў ёй (мал. 2.3, б). Гэта вышэйшыя карбонавыя кіслоты, тлушчы і некаторыя іншыя злучэнні.

Растварэнне рэчываў спрыяе павышэнню іх рэакцыйнай здольнасці, бо малекулы ці іоны атрымліваюць магчымасць больш свабодна перамяшчацца і ўзаемадзейнічаць адна з адной. Большасць хімічных рэакцый у жывых арганізмах працякае менавіта ў водных растворах. Такім чынам, у якасці растваральніка вада з’яўляецца асноўным асяроддзем працякання працэсаў абмену рэчываў — метабалізму. Акрамя таго, вада служыць сродкам транспарту раствораных у ёй рэчываў. Гэту функцыю яна выконвае, напрыклад, у саставе крыві, лімфы, тканкавай вадкасці, мачы і сакрэтаў залоз жывёл, у праводзячых тканках раслін.

Вада з’яўляецца ўдзельнікам многіх біяхімічных працэсаў, напрыклад фотасінтэзу. Кісларод, які вылучаецца ў ходзе фотасінтэзу, утвараецца пры расшчапленні малекул вады. Працэсы расшчаплення складаных арганічных рэчываў (бялкоў, поліцукрыдаў, ліпідаў і інш.) да больш простых злучэнняў з’яўляюцца рэакцыямі гідролізу, г. зн. працякаюць пры непасрэдным удзеле вады.

Вада практычна несціскальная, што важна для падтрымання пругкасці клетак і тканак. Яна вызначае аб’ём клетак і тургарны ціск — ціск унутранага змесціва клеткі на яе абалонку. Несціскальнасць вады дазваляе ёй выконваць функцыю гідрашкілета ў круглых і кольчатых чарвей. 

Добрыя змазвальныя ўласцівасці вады спрыяюць памяншэнню трэння ў розных частках арганізма (успомніце ролю вадкасцей, якія змяш­чаюцца ў плеўральнай поласці, калясардэчнай сумцы, поласцях сустаўных сумак чалавека).

*Кожная малекула вадкасці адначасова прыцягваецца да ўсіх малекул вакол яе. Пры гэтым сілы прыцяжэння, процілеглыя па напрамку, узаемна ўраўнаважваюць (кампенсуюць) адна адну. Паверхневы слой вадкасці валодае асаблівымі ўласцівасцямі, паколькі яго малекулы не маюць «суседзяў» звонку і прыцягваюцца толькі адна да адной і да малекул, што знаходзяцца ўнутры вадкасці. З прычыны гэтага на паверхні ўтвараецца так званая плеўка паверхневага нацяжэння. З усіх вадкасцей, акрамя ртуці, вада валодае самым высокім паверхневым нацяжэннем.

Паверхневае нацяжэнне вады вызначае форму клетак, іх здольнасць захопліваць цвёрдыя часцінкі і кроплі вадкасці. Дробныя арганізмы, напрыклад вадамеры, лічынкі камароў, выкарыстоўваюць плеўку паверхневага нацяжэннем вады для перамяшчэння ці прымацавання да яе, а некаторыя водныя і прыбярэжныя расліны — для распаўсюджвання пылку і насення.

Акрамя таго, паверхневае нацяжэнне вады, а таксама яе здольнасць узаемадзейнічаць з іншымі рэчывамі (напрыклад, за кошт фарміравання вадародных сувязей), абумоўлівае ўласцівасць капілярнасці — здольнасці падымацца ці апускацца па вузкіх каналах (капілярах) і праходзіць праз поры (мал. 2.4). Капілярнасць адыгрывае важную ролю ў падыманні раствораў па сасудах і трахеідах раслін, руху крыві, лімфы і іншых вадкасцей па сістэме дробных сасудаў у арганізме жывёл.

Вада валодае высокой цеплаёмістасцю. Гэта значыць, што пры паглынанні ці вылучэнні вялікай колькасці цеплаты тэмпература самой вады змяняецца нязначна. Таму нават рэзкія тэмпературныя ваганні ў навакольным асяроддзі не прыводзяць да істотнага змянення тэмпературы ўнутры арганізма.

Пры пераходзе вадкай вады ў стан пары адбываецца разбурэнне ўсіх вадародных сувязей паміж яе малекуламі, а гэта патрабуе значных выдаткаў энергіі. Таму выпарэнне вады суправаджаецца ахаладжэннем і выкарыстоўваецца жывымі арганізмамі для аховы ад перагрэву (потавы­дзяленне ў млекакормячых, транспірацыя ў раслін).

Вада мае адносна высокую для вадкасцей цеплаправоднасць. Рух вады (цыркуляцыя крыві ў жывёл, узыходны і сыходны ток раствораў у раслін і г. д.) у спалучэнні з высокай цеплаправоднасцю спрыяе раўнамернаму размеркаванню цеплаты ў арганізме.

Найважнейшыя біялагічныя функцыі вады паказаны ў табліцы 2.1.

Табліца 2.1. Асноўныя функцыі вады ў жывых арганізмах

Функцыя	Тлумачэнне
Структурная	Уваходзіць у састаў усіх клетак, міжклетачнага рэчыва, унутранага асяроддзя арганізма, сакрэтаў залоз і г. д., надае пругкасць клеткам і тканкам, у некаторых жывёл выконвае функцыю гідрашкілета
Метабалічная	З’яўляецца асяроддзем працякання і ўдзельнікам біяхімічных рэакцый
Транспартная	Спрыяе ўсмоктванню раствораных рэчываў, іх перамяшчэнню ў арганізме і вывядзенню канчатковых прадуктаў абмену рэчываў
Тэрмарэгулятарная	Удзельнічае ў рэгуляцыі цеплавога рэжыму арганізмаў