Związki nieorganiczne w komórce

Związki nieorganiczne w komórce

Woda

Woda (tlenek wodoru) – związek chemiczny o wzorze H2O, to podstawowy składnik nieorganiczny każdego organizmu i jednocześnie jeden z najbardziej rozpowszechnionych związków w przyrodzie. Jej stężenie w komórkach o normalnej aktywności życiowej wynosi średnio 60 – 70%, stężenie to może jednak ulegać zmianie na przykład w zależności od wieku lub stanu aktywności organizmu. Dużo wody zawierają płyny ustrojowe ssaków, w tym człowieka, np. limfa (95%), osocze krwi (90%).  Soczyste owoce czy liście mogą zawierać również dużo wody (nawet do 90%). Najmniej wody zawierają kości (20%), szkliwo zębów i tkanka tłuszczowa (10%), nasiona i zarodniki roślin (10 – 15%), a także wtórna ściana komórkowa roślin (10%).

Występowanie wody w organizmie

Woda w organizmie występuje w trzech postaciach:

  •  woda związana (strukturalna) – to woda, która pozostaje w ścisłym kontakcie z wielkocząsteczkowymi związkami komórkowymi, np. z białkami, a także z błonami biologicznymi i ścianami komórek (u roślin). Woda oblewa je bądź wchodzi w jeszcze silniejsze oddziaływania chemiczne, stanowiąc składnik budulcowy komórki.
  • woda wewnątrzkomórkowa (niezwiązana) – to woda, która wypełnia przestrzenie między strukturami komórkowymi. Wraz z wodą związaną stanowi ponad połowę wody znajdującej się w organizmie. Jest to woda zmieszana z innymi substancjami komórkowymi, z którymi tworzy cytoplazmę o charakterze roztworu koloidalnego. W roztworze tym woda stanowi fazę rozpraszającą, zaś cząstki o rozmiarach 1- 100 nm stanowią fazę rozproszoną . Woda wewnątrzkomórkowa pełni rolę środowiska procesów metabolicznych zachodzących w komórce bądź pełni funkcję substratu w licznych reakcjach chemicznych.
  • płyn zewnątrzkomórkowy – to płyn, który otacza komórki. Występuje jako rozcieńczony wodny roztwór różnych substancji zarówno nieorganicznych, jak i organicznych. Pełni funkcje nośnika związków odżywczych i sygnałów przekazywanych między komórkami. Takie właśnie funkcje spełnia płyn tkankowy, limfa (chłonka) i osocze krwi, u roślin natomiast – roztwór w kanałach tkanek przewodzących.

Budowa i właściwości cząsteczki wody

Woda jest substancją zbudowaną z cząsteczek. Każdą cząsteczkę tworzą dwa atomy wodoru połączone z jednym atomem tlenu. Pomiędzy atomami tlenu i wodoru występują wiązania kowalencyjne spolaryzowane. Jest to skutek wysokiej elektroujemności atomu tlenu, czyli jego tendencji do przyciągania elektronów. Kąt położenia obydwu atomów wodoru w stosunku do tlenu wynosi ok. 105o.

Cząsteczka wody jest polarna, co m.in. oznacza, że ma budowę biegunową. Zachowuje się jak dipol elektryczny – układ rozsuniętych ładunków o przeciwnym znaku. W rezultacie tego jedynego w swoim rodzaju rozmieszczenia ładunków, cząsteczki wody są zdolne do asocjacji oraz hydratacji.

  • Asocjacja – właściwość wody polegająca na tym, że dodatni biegun jednej cząsteczki wody może być przyciągany przez ujemny biegun drugiej cząsteczki. Tworzy się wówczas międzycząsteczkowe wiązanie wodorowe.
  • Hydratacja – polega na gromadzeniu się cząsteczek wody wokół odpowiednich jonów.

Większość unikalnych właściwości fizykochemicznych wody można przypisać jej charakterowi dipolowemu i zdolności tworzenia wiązań wodorowych. I tak woda w temperaturze pokojowej jest cieczą, choć amoniaki metan – związki o masie zbliżonej do wody – są gazami. Dzięki występowaniu wody w stanie ciekłym i jednocześnie bardzo wysokiej stałej dielektrycznej woda jest szczególnie silnym rozpuszczalnikiem dla elektrolitów (substancji hydrofilowych). Dodatni biegun cząsteczki wody przyciągany jest przez anion, a ujemny przez kation, co prowadzi do hydratacji. Dzięki temu jony te nie są zdolne do łączenia się ze sobą – następuje efekt rozpuszczania.

Woda jest lepszym rozpuszczalnikiem dla niektórych nieelektrolitów, czyli substancji hydrofobowych, toteż uważana jest za rozpuszczalnik uniwersalny. Jednocześnie jest ona substancją obojętną, a także nieszkodliwą i bierze udział w niezbyt wielu reakcjach chemicznych (np. fotoliza wody, hydroliza związków pokarmowych), tworząc raczej środowisko ich przebiegu.

Ciekły charakter wody i jej doskonałe właściwości jako rozpuszczalnika powodują, że jest ważnym czynnikiem transportującym. Woda (tzn. krew, limfa i inne płyny ustrojowe oraz sok komórkowy u roślin, w których woda jest podstawowym składnikiem) transportuje substancje odżywcze, produkty przemiany materii, hormony, witaminy, enzymy czy leki. Ponadto woda utrzymuje odpowiednie wymiary i kształty komórek, a także warunkuje odpowiedni stan uwodnienia komórek organów roślinnych.

Bardzo wysokie wartości ciepła : właściwego, parowania, topnienia i krzepnięcia powodują, że woda wolno zmienia temperaturę lub przechodzi ze stanu stałego (lód) w ciekły i odwrotnie. Aby zmiany te mogły następować, woda potrzebuje znacznie większego dopływu ciepła niż jakakolwiek inna substancja powszechnie występująca w środowisku. Dzięki temu temperatura organizmów zmienia się stosunkowo wolno, pomimo szybkich zmian temperatury otoczenia. Duża ilość ciepła pobierana przez wodę w czasie jej parowania wydziela się np. w procesie pocenia się, gdy ciało pozbywa si ę nadmiaru ciepła i w ten sposób ochładza. Jest to jeden z mechanizmów zjawiska termoregulacji występujący u większości ssaków, porównywalny pod pewnym względem do zjawiska transpiracji u roślin. Termiczne właściwości wody wpływają nie tylko bezpośrednio na organizmy, ale również powodują nieznaczne modyfikacje termiczne środowiska. Na tym samym obszarze występowania organizmy wodne podlegają znacznie słabszym wahaniom temperatury niż organizmy lądowe.

W miarę jak woda zamarza, następuje zwiększenie jej objętości, co sprawia, że powstający ostatecznie lód ma mniejszą gęstość niż woda. Unoszący się na powierzchni lód spowalnia zamarzanie głębszych warstw wody, co pozwala licznym organizmom wodnym przeżyć okres zimy. Jest to możliwe również z powodu faktu, że w temperaturze +4°C woda ma największą gęstość i zalega przy dnie zbiornika wodnego.

Utrata znacznej ilości wody w komórkach prowadzi do jakościowych zmian, a nawet zupełnego zatrzymania procesów biologicznych. Dla wielu komórek stan ten jest odwracalny, tj. po powrocie do warunków normalnych mogą one stać się zdolne do życia.

Sole mineralne

Stanowią około 2- 4 % suchej masy organizmu i występują w formie rozpuszczonej w soku komórkowym i płynach pozakomórkowych lub też w postaci elementów nierozpuszczalnych. Sole zawarte w protoplazmie znajdują się w stanie zdysocjowanym w postaci kationów naładowanych dodatnio np. Na+ lub ujemnie naładowanych anionów np. Cl.

Sole mineralne pełnią liczne funkcje, mi.in. strukturalne (budulcowe) i podporowe, np. fosforan wapnia Ca3(P04)2 i węglan wapnia (CaC03) współtworzą kościec zwierząt kręgowych, a krzemionka (SiO2) ściany komórkowe niektórych glonów, skrzypów, traw i turzyc. Funkcje biochemiczne związków mineralnych polegają m.in. na bezpośrednim udziale jonów metali lub niemetali w reakcjach biochemicznych. Wiele z nich bowiem wchodzi w skład enzymów albo jest konieczna do ich działania.

Sole mineralne pełnią także funkcje osmotyczne i buforujące. Polegają one głównie na utrzymywaniu ciśnienia osmotycznego i stężenia jonów wodorowych roztworów komórkowych i pozakomórkowych.

Źródło:

  1. Alberts B., Bray D. i inni (2005) „Podstawy biologii komórki. Część 1” Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.
  2. Holak E., Lewiński W. i inni (2003) „Biologia 2. Podręcznik dla liceum ogólnokształcącego. Zakres rozszerzony” OPERON Wydawnictwo Pedagogiczne, Gdynia.
  3. Kuryszko J. i Zarzycki J. (2000) „Histologia zwierząt” Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *