В чем заключается значение воды для жизнедеятельности клетки биология

Роль воды в клетке: 6 важных функций и схема строения клеток

Роль воды в клетке для живого организма незаменима. Она составляет около 70 процентов от её массы. Остальные 30 процентов занимают органические и неорганические вещества. Недостаток жидкости приводит к истощению или гибели организма.

В данной статье мы узнаем, какие важные функции вода выполняет в клетках.

Какую роль выполняет в клетке вода

Все живые организмы состоят из клеток: человек, растения, животных, бактерии и т.д.

Клетка – это наименьшая единица строения живого организма. Они различаются, но имеют общие признаки.

Источник: Биология, Л.Н Сухорукова, В. С. Кучменко, И. Я. Колесникова

В состав всех клеток входят органические и неорганические вещества. Самое распространенное неорганическое вещество – вода.

Рассмотрим кратко её основные функции.

Химическая роль

Вода в качестве реагента участвует во многих химических реакциях:

Химический состав клетки

Рассмотрим полный состав на рисунке № 2.

Химический состав

Органические вещества

Неорганические вещества

Как образуются органические и неорганические вещества

В природе большое разнообразие клеток. Они могут отличаться размерами, функциям, формой. Могут быть свободноживущими или входить в состав многоклеточного организма. При всем многообразии они состоят из одних и тех же типов химических веществ.

Живую клетку отличают 2 особенности:

По подсчетам ученых в ней можно встретить около 70 химических элементов, правда, только 24 встречаются постоянно. Рассмотрим рисунок № 3.

По количеству элементы, содержащиеся в клетках, делят на 3 группы.

Процентное содержание элементов не характеризует их важность в организме. Многие элементы входят в состав биологически важных веществ, ферментов, витаминов. Например, Кобальт входит в состав Витамина В12.

Эти 70 элементов могут входить в состав клетки. Они образуют 1000 химических веществ, которые можно разделить на неорганические и органические вещества.

Вода в органах и тканях

Всем живым существам необходима вода. Тело человека состоит из воды на 60-80 процентов. Она необходима каждому органу: коже, головному мозгу, желудку, сердцу, зубной эмали, ногтям и т.д.

При недостатке жидкости происходит обезвоживание организма. В клетке человека в разных органах и тканях содержится разное количество воды.

Для наглядности представлен рисунок № 4.

Примечательной особенностью является то, что с возрастом в теле человека становится меньше жидкости.

Например, у новорожденного — 80 процентов жидкости, у пожилого человека — 60 процентов.

Функции свободной воды в бактериальных клетках

Вода в клетках живых организмах бывает двух видов.

Бактериальная состоит из 80-90 процентов воды, 10 процентов приходится на долю сухого вещества.

Свободная вода в ее составе выполняет функции:

Существуют организмы, не имеющие клеточного строения. К ним относят вирусы.

Заключение

В жизнедеятельности клетки вода выполняет ключевую роль. Её содержание не редко достигает 70-80 процентов. Вода необходима для каждого процесса в живом организме и содержится в каждом органе. Вода – источник жизни, ее биологическая роль бесценна для живого организма.

Источник

Какова биологическая роль воды в клетке

Некоторым ученикам приходится писать в школе эссе на тему: «Какую роль в клетке играет вода?». И каждый прилежный ученик из курса общей биологии знает, что без нее жизнь человечества невозможна. Если человек теряет до 3% жидкости, то начинает испытывать жажду. При потере около 20% жидкости клетки в живом организме начинают отмирать, что приводит в конечном итоге к гибели.

Значение воды для жизнедеятельности клетки

На нашей планете это вещество является самым распространенным. Каждая клетка живого организма содержит его тем больше, чем интенсивнее она участвует в обменных процессах.

В организме это вещество содержится в связной и свободной форме. Свободная жидкость участвует в транспортировке из внешней среды в клетку и наоборот. Свободная жидкость выступает в роли растворителя и содержится в количестве 95% от общей массы. Содержится она в полостях органов, вакуолях, межклеточном пространстве и сосудах.

Связанная жидкость может находиться между волокнами, молекулами белка, мембранами, в клеточных структурах и образовывает соединения с некоторыми белками. Связанной жидкости в каждой клетке содержится не более 4% от общего количества.

Свойства

Это вещество для человека, как и любого другого живого организма, имеет большее значение, чем пища. Она является главным элементом жизни организма и обеспечивает:

В составе любой клетки, как видно в таблице ниже, первое место занимает вода по количественному составу.

Функции

Как известно из курса школьной химии, вода служит катализатором для протекания разнообразных процессов в организме. Внутри клеток любого живого организма происходят различные химические реакции, где участие воды протекает в качестве реагента.

В процессе пищеварения происходит гидролиз белков, углеводов и жиров с участием молекул воды и высвобождается энергия, способная обеспечить процессы жизнедеятельности.

Участие в гидролизе солей позволяет ей служить источником для протонов и электронов. Главный показатель для внутриклеточных процессов — это способность вещества жидкости участвовать в обратимой ионизации и образовывать связи с водородом.

Транспортную функцию внутри органов живого организма выполняет тоже это вещество. Все продукты жизнедеятельности клетки выводятся молекулами жидкости. Питательные вещества клеткам доставляют молекулы жидкого вещества, проникая в межклеточное пространство.

Главным компонентом для лимфы и крови является жидкость. Недостаток ее в организме приводит к загустению крови и ломкости сосудов. Местно это выражается в виде тромбозов и кровоизлияний.

Постоянство структуры органов и тканей обеспечивается тем, что она в жидком виде не сжимается, образуя оптимальное внутриклеточное давление и поддерживая структуру клетки.

Постоянная температура внутри организма поддерживается благодаря тому, что молекула жидкости является теплоемкой структурой. Большое количество энергии образуется и при расщеплении жиров, что также служит для поддержки оптимальной температуры.

Роль воды в клетке

Это вещество имеет маленький размер молекул, полярность и способность молекул соединяться друг с другом при помощи водородных связей, что обуславливает ее биологическую роль.

Можно выделить две функции воды с точки зрения биологических процессов:

Фотолиз

При фотосинтезе это вещество является источников ионов водорода. При фотосинтезе происходит фотолиз. В переводе с греческого это явление обозначает растворение, распад или разложение с участием света. Фотолиз осуществляется в период световой фазы фотосинтеза, где под действием света молекула этого вещества распадается на ионы.

В результате фотолиза молекула воды распадается на протоны и электроны и выделяет в качестве побочного продукта кислород. Именно этим кислородом и дышат все живые существа на планете.

Источник

Основы биологии

Из этой статьи вы узнаете:

Роль воды в клетке любого организма невозможно переоценить. Ведь ни для кого не секрет, что лишь 30 % занимают органические и неорганические вещества в организме, а 70 % – это вода. Недостаток жидкости приводит к истощению и даже гибели. Именно поэтому так важно следить за питьевым режимом.

Сегодня расскажем про основные функции воды в клеточных структурах, а также поговорим о том, чем чреват ее недостаток в организме. Надеемся, наша информация будет для вас полезной!

Состав клетки

Клетка является структурно-функциональным элементом организма, принимающим участие в его строении и жизнедеятельности. Она склонна к восстановлению (регенерации), саморегуляции и самостоятельному воспроизведению.

Каждый организм содержит около 30 12 клеток, из которых состоят людские органы или ткани, и все они разнообразны. К примеру, сердце, печень, мозг имеют очень специфический состав.

Но по большому счету строение всех клеток схоже, и об этом мы расскажем далее. Итак, какие компоненты входят в их структуру?

Состав клетки

Это фундамент наших клеток, их основа, которую нужно рассматривать прежде всего. Что мы знаем о мембране?

В первую очередь она несет в себе конструкционную функцию и защищает клеточную систему. Во-вторых, в мембране заключается ядро и органеллы (мелкие составляющие клетки).

Мембраны создают двойной слой жира (липидов). С наружной стороны они покрыты рецепторами – специальными белковыми частицами, вступающими в связь с другими элементами и веществами.

Для клеточной оболочки характерна избирательная проницаемость: отдельные вещества они впитывают, а остальные – нет.

Мембрана сохраняет форму клетки, регулирует ее метаболизм и выведение остаточных продуктов обмена веществ наружу.

Цитоплазма клетки человека

Так называют жидкость внутри клетки, где плавают все компоненты, включая органеллы. В основном эта субстанция содержит воду. В цитоплазме постоянно происходят химические реакции. Она является связующим звеном всех элементов, которые объединяет в одно целое. Изучая роль воды в клетке, непременно говорят об этом полужидком содержимом.

Цитоплазма клетки человека

Какую воду необходимо пить, чтобы быть здоровым?

практикующий врач терапевт-диетолог, натуропат

Сразу после регистрации вы получите подборку исследований:

Старение: остановить нельзя смириться К каким выводам пришли ученые 21 века, изучая воду и ее способность продлевать молодость

На самом деле, мы ничего не знаем о воде Важная информация для продления молодости, которую нам могли рассказать еще в школе

Каждый из этих микроэлементов непрерывно выполняет значимую функцию. Главный из них –клеточное ядро. Что входит в его состав:

От цитоплазмы клеточные ядра отделяются мембраной. Внутри они содержат кариоплазму (ядерный сок). Роль ядрышка – синтезировать белок. Ключевой частью ядра считают хромосомы – нуклеопротеидные структуры, которые хранят, реализуют и передают наследственную информацию.

Нужно заметить, что их количество не зависит от сложности структуры организма и различно для каждого из видов. Например, человеческая клетка содержит 46 хромосом, клетка шимпанзе — 48, собаки — 78.

Клеточное ядро хранит молекулы ДНК и отправляет эту информацию дочерним клеткам при делении. Затем реализует генетическую программу с помощью синтеза белков, присущих данной клеточной системе.

Еще в структуру клетки входят:

Эндоплазматическая сеть (ЭПС). Данные каналы проходят сквозь цитоплазму и обеспечивают метаболизм липидов и белка.

Аппарат Гольджи. Представляет собой плоские цистерны вокруг ядра. Они аккумулируют, передают и сортируют белки, жиры, полисахариды, при этом создавая лизосомы – органеллы с кислой средой.

Лизосомы. Мелкие пузырьки с гидролитическими ферментами, отвечающие за защиту и усвоение жиров, белков, углеводов.

Митохондрии занимаются синтезом АТФ и заряжают организм энергией.

Рибосомы участвуют в образовании белка.

Клеточный центр. Это вязкая цитоплазма, которая содержит центриоли (систему мельчайших трубок) и способствуют делению клеток.

Практикующий врач терапевт- диетолог, натуропат

Некоторые клеточные группы содержат специфические органеллы, а именно:

жгутики сперматозоидов (гамет), что обеспечивают их передвижение;

миофибриллы клеток мышц, которые участвуют в их сокращении;

фоторецепторы – сенсорные нейроны глазной сетчатки;

нейрофибриллы – микроскопические нити в нейронах, которые проводят нервные импульсы.

В клетках могут временно или стабильно появляться следующие компоненты:

красящие пигменты (например, меланин защищает кожу от ультрафиолета и синтезируется под лучами солнца, мы же видим это как загар);

секреторные частицы (присутствуют в клетках, выделяющих гормоны);

трофические элементы (накапливают энергию);

экскреторные включения цитоплазмы (содержимое потовых желез).

Все это умещается в 3-4 микрометрах (мкм) — таких размеров достигает среднестатистическая клетка человека!

Роль воды в клетке

Влага обязательна для жизни организмов и растений. Поэтому большая часть тканей состоит из воды. Структура и свойства ее молекул позволяют поддерживать работу клеток, поставлять для них питание, налаживать метаболизм и выводить вредные вещества. Упругость и объемы клеток зависят от параметров молекул Н₂О.

Роль воды в клетке неоценима, так как она составляет 80 % клеточного вещества. Входя в состав клетки, влага служит жизненной средой для микроорганизмов. Ее физические свойства обеспечивают клеточную эластичность и сохранение формы, а также удержание тепла.

Вода является катализатором химических процессов внутри клетки, в ней растворяются питательные вещества, а с ее помощью выводятся отходы сквозь мембрану. Активизация метаболизма тоже зависит от объема влаги. Давно доказано, что качества мерзлой воды температурой около 0 ⁰С.

Роль воды в клетке

Все перечисленные свойства воды объясняются строением ее молекул и способностью последних к образованию водородных связей. Н₂О растворяет полярные молекулы большинства химических веществ (таких, как соли, сахар, спирты, отдельные кислоты, аминокислоты), вступая с ними во взаимодействие. Эти составы называют гидрофильными, то есть способными создавать прочные связи после вступления в реакцию с водой.

А есть иные – гидрофобные вещества, не реагирующие на жидкость. Они растекаются тонким слоем по ее поверхности. Там создается уникальная среда, где происходят разные реакции. К нерастворимым веществам относятся жиры, нуклеотиды, ряд белков.

Способности к теплообмену определяются физическими свойствами воды – коэффициентом теплопроводности и большой удельной теплоемкостью. Она легко поглощает тепло, но нагревается гораздо медленнее. Поэтому для испарения потребуется огромное количество энергии. Зато для охлаждения достаточно нарушить водородную связь молекул.

Таким образом, без преувеличения можно сказать, что вся жизнедеятельность клетки невозможна без воды. Более того, если кратковременный дефицит каких-то веществ в разной степени будет сказываться на функции клетки, но она сможет выжить, то при недостатке жидкости последствия окажутся более серьезными. А за определенным порогом и совершенно фатальными.

Основные функции воды в клетке

По своей роли в организме воду подразделяют на две группы. С одной стороны, она поддерживает жизнедеятельность человека, растворяя и перенося питательные вещества. С другой (и это важно!) – отвечает за производство энергии.

Она вырабатывает гидроэнергию в мембранах клеток: участвуя в расщеплении пищи и химическом гидролизе, вода дает энергию, необходимую для всех этих процессов. Но основную функцию жизнеобеспечения несет в себе ее способность склеивать молекулярное жиро-белковое строение клеточных мембран и поддерживать жизнь в клеточных структурах организма.

Нынешняя медицина оценивает только ключевую роль воды в клетке – сохранение жизнедеятельности последней. Поэтому мы не считаем, что систематическое обезвоживание приводит нас к летальному исходу. При дефиците влаги в организме мы шаг за шагом ограничиваем жизненно важные процессы в своем теле и в результате переходим в саморазрушающий режим.

Все, что необходимо для нормального существования, – вовремя выпитый стакан воды.

Приводим базисные функции воды в организме человека. Она способна делать следующее:

Транспортировать клетки крови как ударной мощи нашего иммунитета.

Растворять жизненно важные вещества (в том числе О₂ и минералы), чтобы замедлять старение организма.

Связывать твердые частицы клетки, создавать ее мембрану как защитный барьер. При недостатке жидкости этим занимается холестерин.

Свободно проходить сквозь клеточную оболочку, не имея прочных связей, и активировать ионные насосы для транспортировки микроэлементов. Ведь синаптическую передачу нервных импульсов определяет скорость проникания через мембрану Nа (natrium) и К (kalium) вдоль всей длины нервных отростков в обе стороны.

Генерировать энергию при осмотическом процессе путем вращения ионных насосов, которые толкают в клетку К и вытесняют Nа, по принципу работы турбинных лопастей на ГЭС, производящих электроэнергию. То есть продуктивность нейропередачи обусловлена присутствием мобильной воды в нервных тканях.

До сих пор специалисты полагали, что всю энергию, запасаемую молекулами аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) (которая затем используется в клеточных химических реакциях), организм берет из пищи. Поэтому в качестве энергетических источников для организма Н₂О вообще не подлежала рассмотрению.

Мы знаем, что основным стабилизатором энергии и осмотического давления в наших клетках является вода. Калий и натрий связываются с липидами насоса, и при их вращении микроэлементы выполняют функцию магнитов по принципу работы генератора. Скоростная циркуляция катионных насосов дает энергию, собираемую в различных частях организма специальными «хранилищами». Последние имеют три формата:

Эндоплазмотическая сеть (связывает и удерживает Cа). Каждая пара захваченных атомов хранит в себе энергию, аналогичную мощи молекул АТФ. При расцеплении освобожденные атомы кальция создают энергию для зарождения АТФ-молекул.

Механизм задержки Са для сохранения энергии не только укрепляет костную структуру человека, но также создает надежное депо, аналогичное известному хранилищу «Форт-Нокс», где собран золотой запас Америки.

Вот почему при крайнем обезвоживании и, соответственно, снижении производства гидроэлектричества наш организм переключается на извлечение энергии их костей. А значит, долгий дефицит воды приводит к остеопорозу – прогрессирующему разрежению (снижению плотности) костной ткани. Это является причиной хрупкости костей, что повышает риски травм и переломов.

Все то, что мы с вами едим, – результат природной способности воды и солнечных лучей производить биоэнергию. За счет нее живут не только люди, энергия нужна растениям и животным. Одна из важных сложностей научного исследования работы человеческого организма состоит в неполном понимании того, какую роль играет недостаток воды в клетке. Еще не до конца изучена зависимость природы индивида от энергии, производимой организмом путем гидроэлектрических процессов.

Кроме всего прочего, электричество, что продуцируется у оболочки клеток, вынуждает соседние белки расположиться должным образом для проведения обязательных химических реакций.

Живительная влага дает энергию пище. Затем частички съеденного могут переносить энергетический заряд нашему телу при пищеварении. Именно поэтому питание без воды не даст всему живому энергетическую ценность.

Если человек не выпивает в течение дня положенную норму воды, он может воспринимать сигналы жажды как потребность в еде. В результате положение усугубляется, потому что телу нужны вовсе не дополнительные калории, а жидкость. Поэтому важно наладить правильный питьевой режим. Употребление жидкости в нужном количестве позволит людям различить жажду и чувство голода.

Сколько воды содержится в клетке

Несмотря на массу общих свойств, живые организмы все же непохожи друг на друга. И содержание воды у представителей растительного и животного мира тоже неодинаково. Это определяется и географией местности, особенностью климата, видом и возрастом того или иного экземпляра флоры или фауны.

Даже представители одного вида, проживающие (произрастающие) в разных климатических условиях, необязательно имеют идентичное соотношение влаги в клетках организма.

Содержание воды в корнях, стволах (стеблях) и листьях одного растения тоже далеко не равномерно. Если листва имеет свыше 90 % влаги, то семена увлажнены только на 10 %. В отдельных случаях доля Н₂О достигает не более 6 %, что не обрывает жизненные процессы, а временно приостанавливает их течение. После улучшения климатических условий процесс аккумуляции воды вновь запускается.

Также и люди зависят от условий окружающей среды и прочих факторов, которые определяют процентное соотношение жидкости в их тканях. Это образ жизни, возраст, место проживания, своеобразие климата и состояние здоровья индивидуума. Учеными доказано, что большинство воды содержит кровь и лимфа человека, а минимум присутствует в зубах и костной ткани.

Сколько воды содержится в клетке

Растения накапливают жидкость в живых клетках, межклеточном пространстве и отмерших элементах. Максимальная концентрация влаги находится в межклетниках листвы и сохраняется там в виде пара. В жидком состоянии она присутствует в различных частях клеток, где занимает больше 95 %. В мембране клетки только 50 % Н₂О.

Заметим, что в клеточных структурах животных и растений жидкость сохраняется в формах, которые различны так же, как и ее процентное содержание. Больше всего воды содержат жидкостные ткани – это кровь и лимфа. Нехватка жизненно необходимой влаги в этих клетках вызывает сгущение их содержимого, что приводит к ломкости и повреждению сосудов. Очень густая кровь часто становится причиной тромбов и локальных кровоизлияний.

Больше всего воды в клеточном составе содержит эмбрион (98 %). В человеческом мозгу накапливается до 80 % Н₂О, а жировые ткани влага наполняет лишь на 40 %. Наука доказала, что внутри клеток присутствует 70 % воды. С годами организм теряет больше жидкости и потихоньку обезвоживается. Но если это происходит очень быстро, то возрастает риск летального исхода даже при 20%-м уменьшении влаги.

Опасность недостатка воды в клетке

Неполноценное поступление жидкости в организм и в результате его обезвоживание опасно в любом возрасте. Легкомысленность людей приводит к активному потреблению их телом ранее накопленных внутри запасов влаги. Роль этого источника играют ресурсы воды в клетке, крови и межклеточном пространстве. Прежде всего расходуется внутриклеточная жидкость. Если она не помогает устранить проблему, в ход идут следующие резервы. Постепенно организм исчерпывает все свои водные источники.

Коварность данного процесса в том, что он не сказывается на самочувствии. Отсутствуют наружные симптомы, нет неприятных ощущений или боли. Все это появляется в конце, когда внутренний запас воды уже утрачен, а клетки полностью повреждены.

Недостаток влаги нарушает клеточную жизнедеятельность, и она перестает функционировать нормально. В первую очередь иссушение резко снижает транспортную функцию воды. При этом клетка вовремя не получает питательные вещества или их поступает слишком мало. Продукты распада не выводятся и скапливаются внутри. Так шаг за шагом клетка зашлаковывается, изменяется и вскоре высыхает. Она становится неэластичной и не выдерживает непрерывного внутреннего напора жидкости.

Из-за нарушения теплообмена клетка больше не способна сохранять необходимую для жизнедеятельности температуру. Поэтому долгое обезвоживание вызывает озноб или перегревание тела (жар).

У пожилых людей обезвоживание является естественным процессом, наглядно демонстрирующим постепенное иссушение клеток. Дефицит воды влияет на сосуды, которые теряют эластичность и начинают незаметно разрушаться. В старости густеет кровь, меняет состав лимфа. Как следствие – образование тромбов и гипертония. Это типичные симптомы недостаточного увлажнения клеток у стареющего организма.

Таким образом, роль воды в клетке является первостепенной для нормальной жизнедеятельности любого человека. Без влаги жить довольно сложно. Она участвует в каждом химическом процессе организма, поэтому нужна всем органам без исключения. Все знают, что вода – источник жизни, а ее биологическая функция бесценна для всего живого.

Источник