Функции на водата и другите неорганични вещества в клетката
Водата играе съществена роля в живота на клетките и живите организми като цяло. Освен че е част от техния състав, за много организми тя е и местообитание. Ролята на водата в клетката се определя от нейните свойства. Тези свойства са доста уникални и се свързват главно с малкия размер на водните молекули, с полярността на нейните молекули и със способността им да се комбинират една с друга чрез водородни връзки.
Молекулите на водата имат нелинейна пространствена структура. Атомите във водната молекула се държат заедно чрез полярни ковалентни връзки, които свързват един кислороден атом с два водородни атома. Полярността на ковалентните връзки (т.е. неравномерното разпределение на зарядите) се обяснява в този случай със силната електроотрицателност на кислородните атоми по отношение на водороден атом; кислородният атом изтегля електрони от споделените електронни двойки.
В резултат на това възниква частично отрицателен заряд на кислородния атом и частично положителен заряд на водородните атоми. Между кислородните и водородните атоми на съседните молекули се образуват водородни връзки.
Благодарение на образуването на водородни връзки водните молекули се свързват една с друга, което определя нейното първоначално състояние при нормални условия.
Водата е отличен разтворител за полярни вещества, като соли, захари, алкохоли, киселини и др. Веществата, които се разтварят добре във вода, се наричат хидрофилни.
Абсолютно неполярни вещества като мазнини или масла, водата не се разтваря и не се смесва с тях, тъй като не може да образува водородни връзки с тях. Веществата, които са неразтворими във вода, се наричат хидрофобни.
Водата има висок специфичен топлинен капацитет. Необходима е много енергия, за да се разрушат водородните връзки, които държат заедно водните молекули. Този имот предоставяподдържане на топлинния баланс на тялото със значителни температурни колебания в околната среда. Освен това водата има висока топлопроводимост, което позволява на тялото да поддържа еднаква температура в целия си обем.
Водата също има висока топлина на изпарение, т.е. способността на молекулите да отвеждат значително количество топлина, охлаждайки тялото. Това свойство на водата се използва при изпотяване при бозайниците, затопляне при крокодилите и транспирация при растенията, като ги предпазва от прегряване.
Водата има изключително високо повърхностно напрежение. Това свойство е много важно за процесите на адсорбция, за движението на разтворите през тъканите (кръвообръщение, възходящи и низходящи токове в тялото на растенията). Много малки организми се възползват от повърхностното напрежение, като им позволяват да плават или да се плъзгат по повърхността на водата.
Биологични функции на водата
транспорт. Водата осигурява движението на веществата в клетката и тялото, усвояването на веществата и отделянето на метаболитни продукти.
Метаболитен. Водата е средата за всички биохимични реакции в клетката. Неговите молекули участват в много химични реакции, например при образуването или хидролизата на полимери. По време на фотосинтезата водата е донор на електрони и източник на водородни атоми. Освен това е източник на свободен кислород.
Структурни. Цитоплазмата на клетките съдържа от 60 до 95% вода. При растенията водата определя тургора на клетките, а при някои животни изпълнява поддържащи функции, като е хидростатичен скелет (кръгли и анелиди, бодлокожи).
Водата участва в образуването на смазочни течности (синовиални в ставите на гръбначните животни; плеврални в плевралната кухина,перикард в перикардната торбичка) и слуз (които улесняват движението на веществата през червата, създават влажна среда върху лигавиците на дихателните пътища). Влиза в състава на слюнката, жлъчката, сълзите, спермата и др.
Разликата между броя на катиони и аниони на повърхността и вътре в клетката осигурява появата на потенциал на действие, който е в основата на нервното и мускулното възбуждане. Разликата в концентрацията на йони от различните страни на мембраната е свързана с активния трансфер на вещества през мембраната, както и с преобразуването на енергия.
Анионите на фосфорната киселина създават фосфатна буферна система, която поддържа pH на вътреклетъчната среда на тялото на ниво от 6,9.
Въглеродната киселина и нейните аниони създават бикарбонатна буферна система, която поддържа pH на извънклетъчната среда (кръвна плазма) на 7,4.
Някои йони участват в активирането на ензимите, създаването на осмотично налягане в клетката, в процесите на мускулна контракция, коагулация на кръвта и др.
Някои катиони и аниони могат да бъдат включени в комплекси с различни вещества (например аниони на фосфорна киселина са част от фосфолипиди, АТФ, нуклеотиди и др.; Fe 2+ йон е част от хемоглобина и др.).