פשוט מילדות, כולם יודעיםשהמים משחקים תפקיד חשוב מאוד עבורנו. היגיינה, ניקיון, שתייה - כל אחד מאלמנטים חיוניים אלה של החיים קשורים למים. כשהוא לומד את העולם בהדרגה, הילד לומד על תפקיד המים בתא. אולי, רק מרגע זה מתברר עד כמה משמעותה גדולה: החיים עצמם אינם מתקבלים על הדעת ללא מים. הודות לתכונותיו, הדבר מאפשר תפקוד של אורגניזמים מורכבים.
תפקידם של מים בחיי התא קשור ישירותתכונות של מבנהו. כולם מכירים את הנוסחה של הנוזל העיקרי בגופנו. כל מולקולת מים מורכבת מאטום חמצן אחד ושני אטומי מימן. הם משולבים לכדי שלם אחד עקב קשרים קוולנטיים קוטביים המבוססים על היווצרות של זוג אלקטרונים משותף בשני אטומים. מאפיין אופייני למולקולות מים הוא הא-סימטריה החשמלית שלה. אטום החמצן הוא אלקטרונגטיבי יותר, הוא מושך את האלקטרונים של אטומי מימן חזק יותר. התוצאה של זה היא המעבר של זוגות האלקטרונים הנפוצים לעבר אטום החמצן.
מה תפקידם של המים בתא תלויתכונות הטמונות בחומר זה. כתוצאה מהעקירה של צמד האלקטרונים המשותף, הוא רוכש קיטוב. מולקולת מים מאופיינת בנוכחות שני קטבים: לכל אטום מימן יש מטען חיובי חלקית, וחמצן - שלילי בחלקו. יחד הם יוצרים מולקולה ניטרלית.
לפיכך, כל יחידה מבנית של מיםמייצג דיפול. המאפיין המבני של המולקולה קובע גם את אופי הקשר בין מבנים סמוכים. אטום החמצן השלילי חלקית נמשך על ידי אטומי המימן של מולקולות אחרות. מה שנקרא קשרי מימן נוצרים ביניהם. כל מולקולת מים מבקשת להיקשר באופן דומה לארבע שכנותיה. כל הניואנסים המבניים הללו קובעים את התפקיד הביולוגי של המים בתא.
קשרי מימן, האופייניים למולקולות מים,לקבוע רבים מתכונותיו. הקשרים בין אטומי החמצן למימן חזקים במיוחד, כלומר על מנת לשבור אותם, אתה צריך להשקיע כמות מרשימה של אנרגיה. כתוצאה מכך, למים יש נקודת רתיחה גבוהה, כמו גם התכה ואידוי. בין חומרים דומים, מים הם החומר היחיד הקיים על כדור הארץ בו זמנית בשלושה מצבי צבירה. תפקיד המים בתא מבוסס על תכונה זו.
היכולת הטבועה של חלקיקי מים להיווצרקשירת מימן מאפשרת לנוזל הגוף העיקרי להמיס תרכובות רבות. חומרים כאלה נקראים הידרופיליים, כלומר "ידידותיים" למים. אלה כוללים תרכובות יוניות: מלחים, בסיסים וחומצות. חומרים הידרופיליים כוללים גם תרכובות לא-יוניות בעלות קוטביות. המולקולות שלהם מכילות קבוצות טעונות. אלה חומצות אמינו, סוכרים, אלכוהולים פשוטים וכמה תרכובות אחרות.
תפקיד המים בחיי התא מצטמצם ליצירת הסביבה הדרושה להאצת כל התגובות. פיתרון הוא מצב של חומר בו כל המולקולות שלו יכולות לנוע הרבה יותר בחופשיות, כלומר יכולת התגובה הופכת להרבה יותר גבוהה מאשר בצורה הרגילה.
הודות לתכונות אלה, מים הפכוהמדיום העיקרי לרוב המכריע של התגובות הכימיות. יתר על כן, למשל, הידרוליזה וכל מערך תהליכי החמצון מתבצעים רק בהשתתפות ישירה של הנוזל הראשי של התא.
תפקידם העצום של המים בחיי התאלֹא מוּטָל בְּסֶפֶק. היא משתתפת בכל התהליכים החשובים. לדוגמא, מים חיוניים לפוטוסינתזה. אחד משלביו, פוטוליזה של מים, מורכב מהפרדת אטומי מימן ושילובם בתרכובות האורגניות הנוצרות. במקרה זה, החמצן המשוחרר משתחרר לאטמוספרה.
תפקיד המים בתא של בני אדם ובעלי חיים קשורכבר נקרא הידרוליזה, הרס חומרים בתוספת מים. אחת התגובות החשובות מסוג זה בתא היא פירוק מולקולת ה- ATP, המתרחשת עם שחרור האנרגיה, המשמשת לתהליכים חיוניים אחרים.
ישנם חלבונים, כמו גם שומנים וחומצות גרעיןחומצות אינן מתמוססות במים כלל, או שתהליך זה קשה מאוד. חומרים כאלה נקראים הידרופובי, כלומר "מפחד" ממים. תפקיד המים בתא ובגוף קשור לאינטראקציה שלהם עם תרכובות כאלה.
מולקולות מים מסוגלות להפריד בין הידרופוביחומרים מהנוזל עצמו. כתוצאה מכך נוצרים ממשקים כביכול. תגובות כימיות רבות מתבצעות עליהם. לכן, בזכות האינטראקציה של פוספוליפידים המרכיבים את קרום התא נוצר שכבה דו-שכבתית עם מים.
התפקיד הביולוגי של המים בתא הוא גםהשתתפותה בוויסות תרמי. קיבולת החום של מים גבוהה למדי. המשמעות היא שכאשר סופגים כמות מרשימה של אנרגיה תרמית, טמפרטורת המים משתנה באופן לא משמעותי. מאפיין זה תורם לשמירה על טמפרטורה קבועה בתוך התא, הנחוצה למהלך התקין של תהליכים רבים ולשמירה על קביעות הסביבה הפנימית.
מאפיין אופייני נוסף של מים הואמוליכות תרמית. זה גם עוזר לשמור על סביבה פנימית עקבית. מים מסוגלים להעביר כמות מרשימה של חום מאזור הגוף, היכן שהם עודפים, לאותם תאים ורקמות שחסרים להם.
בנוסף, ויסות תרמי מתבצע עבורחשבון על אידוי המים. קירור מתרחש בשל העובדה כי במהלך המעבר ממצב צבירה אחד למשנהו, יש להשמיד קשרי מימן. ולשם כך, כאמור, נדרשות עלויות אנרגיה גבוהות.
תפקיד המים בחיי התאים אינו מסתיים בכך.לנוזל הגוף העיקרי יש מאפיין נוסף: הוא כמעט ולא דחוס. מאפיין זה מאפשר למים למלא את תפקיד השלד ההידרוסטטי בתא. מים יוצרים לחץ טורגור, ובכך קובעים תכונות כאלה של תאים ורקמות כמו נפח וגמישות. קל להבין מה תפקיד המים בתא במובן זה אם מסתכלים על העצים. צורתם הרגילה של העלים נוצרת על ידי הלחץ המוגבר בתאים. יש הרבה דוגמאות דומות בעולם האורגני. לדוגמא, הצורה המוכרת של מדוזות או תולעים עגולות נתמכת גם על ידי שלד הידרוסטטי.
מולקולות מים המשתמשות בקשרי מימןמסוגלים להתחבר לא רק זה לזה, אלא גם עם חומרים אחרים. כתוצאה מאינטראקציה זו מופיע מתח פני השטח אשר ממלא תפקיד משמעותי בהובלת החומרים בגוף. אז, התוצאה של לכידות (הידבקות של מולקולות תחת פעולת כוח המשיכה, ובמקרה של מים - בעזרת קשרי מימן) היא תנועה של חומרים מזינים בנימי הצמחים. הודות לאותו מאפיין, מים מגיעים מהאדמה דרך שערות השורש לצמח.
כמו כן, כוח המתח על פני השטח מאפשר זרימת דם נימי אצל בעלי חיים ובני אדם. מים מעורבים בתנועת חומרים ובחיסול תוצרי ריקבון מהגוף.
מתברר שהתשובה לשאלה "מה תפקיד המיםבכלוב?" חד משמעי למדי - הוא ענק. בשל התכונות הבסיסיות של המבנה המולקולרי של נוזל זה, כל התהליכים הבסיסיים אפשריים שבלעדיהם החיים אינם מתקבלים על הדעת. מים עוזרים להגביר את תגובתיותם של חומרים, שומרים על צורת התאים והאיברים, משתתפים במתן להם את כל הדרוש, והם חלק מתגובות כימיות רבות. מים הם מקור החיים והם בהחלט לא מטאפורה. כל התהליכים המטבוליים העיקריים קשורים אליו, זה גם עומד בבסיס האינטראקציה של תרכובות שונות.
