Судың биологиялық маңызы - Дәріс 4

**4-Дәріс. Судың биологиялық маңызы.** **Физико-химиялық қасиеттері. Су молекуласының құрылымы. Өсімдіктегі судың күйі, бос және байланысқан су -- қасиеттері, рөлі. Су потенциалы.** **Су** --- тірі организмдердің өмір сүруін және олардың тіршілік әрекеттерінің даму процестерін қамтамасыз ететін ере...

**4-Дәріс. Судың биологиялық маңызы.** **Физико-химиялық қасиеттері. Су молекуласының құрылымы. Өсімдіктегі судың күйі, бос және байланысқан су -- қасиеттері, рөлі. Су потенциалы.** **Су** --- тірі организмдердің өмір сүруін және олардың тіршілік әрекеттерінің даму процестерін қамтамасыз ететін ерекше қасиетке ие өзіндік минерал. Барлық сұйықтықтардың ішінде су --- ең жақсы еріткіш. Ол үлкен жылусыйымдылыққа және жылуөткізгіштікке ие. Судың басқа кәдімгі қосылыстардан айырмашылығы --- қалыпты температуралық ауытқу кезінде газ, сұйық және қатты күйінде болуында. Су молекулалары бір-бірімен және басқа да молекулалармен белсенді қосылады. Су молекулаларының өзара қосылуы тартылу немесе тіркесу қабілетіне байланысты. Егер судың тіркесу қабілеті болмаса, судың тамырдан жапыраққа дейін 70 см және одан да жоғары биіктікке көтерілуі мүмкін болмас еді. Судың бұл қасиетін суаршын сияқты жануарлар, суда қозғалу үшін пайдаланады. Төменгі температурада су молекулалары бір-бірімен өзара байланысын сұйық күйіне қарағанда тығыздығы аз (бізге мұз түрінде белгілі) торлы құрылым түзіп сақтайды. Сондықтан мұз судың бетінде қалқып жүреді де, суды қатып қалудан сақтайды, бұл суда тіршілік ететін организмдер үшін өте маңызды. Су молекулаларының арасындағы байланысты бұзу үшін көп мөлшерде жылу энергиясы (судың сұйық күйден газ тәрізді күйіне, қатты күйден сұйық күйге өтуі) қажет. Бұл жағдайда судың температурасы өзгермейді. Егер жапырақ арқылы судың булануы жүрмесе немесе жапырақ арқылы су булану кезінде жапырақтың температурасы төмендемесе, күн сәулесінен қызған жапырақ жасушасы күйіп қалар еді. Адамның денесі денеден тер бөлініп шығуы арқылы салқындайды. Судың маңызды қасиеті --- қыздырғанда кеңеюі және 4°С-қа дейін салқындатқанда сығылуы, баяу ысуы және салқындауы. Суға жоғары жылуөткізгіштік тән. Мұндай қасиет дене ұлпаларының арасында жылудың біркелкі бөлінуіне мүмкіндік жасайды. **[Судың физикалық қасиеттері:]** Судың физикалық қасиеттері заттарды қарастырғанда өлшенетін немесе анықталатын сипаттамалармен немесе шамалармен байланысты, мысалы, оның массасы, энергиясы және басқалары. Судың физикалық шамаларының ішінде оның түсі, иісі, оны табуға болатын формалары және біз реакциялар жасамай, химиялық құрамын өзгертпестен анықтайтын барлық нәрселер бар. **Дәмі** Біз кішкене таза судың дәмін көргенде, таңдайымыз оны дәмсіз деп санайды. Ол сондай-ақ иіссіз. Тазарту процесінің арқасында сіз кейде хлордың қалдықтарынан болатын аздап иісті сезіне аласыз. Бұл суға әр түрлі дәм карталарын беретін минералдар. **Сыртқы түрі** Жалпы шыны стаканға қарағанда су түссіз және мөлдір болады. Алайда, үлкен контейнерлерде көп мөлшерде жинақталған кезде немесе мұздықтарда, өзендерде немесе теңіздерде байқалған кезде, ол аздап ашық көк түске ие болады. Шын мәнінде, су белгілі бір бозғылт көкшіл түске ие, оны қабылдау судың мөлшері неғұрлым көп шоғырланған. **Су күйлері** -------------- Су Жерде өте көп және оны заттың үш күйінің кез-келгенінде табуға болады: қатты, сұйық немесе газ. Бөлме температурасындағы су сұйық зат болып табылады, ол оның кең таралған түріне сәйкес келеді. Қатты зат ретінде суды оның кристалдарының мөлшеріне және олардың түзілу процесіне байланысты мұз немесе қар деп атайды. Сонымен қатар, газ күйі судың сұйық күйден газ күйіне өткенде, ас үйде және тағамның үстінде оңай танылатын әйгілі су буын түзетін кезде пайда болады. **Тығыздығы** ------------- Таза судың тығыздығы шамамен 1 г / см құрайды^3^. Сонымен, теңіз суының тығыздығы оның құрамындағы тұздың арқасында сәл жоғары. **Мұздату температурасы** ------------------------- Су 0 ° C-та қатып қалады. Бұл температурада ол сұйық фазадан қатты фазаға өтеді. Су қатқан кезде ол кеңейеді. Сондықтан оның қатты күйінде сұйық күйіне қарағанда тығыздығы төмен, мұздың сұйық суда жүзуін жеңілдетеді. Сонымен қатар, бөтелкедегі суды салқындатқан кезде оны көп толтыруға болмайды, себебі мұз кеңейіп, бөтелкені сындырып тастайды. **Қайнау температурасы** ------------------------ Судың қайнау температурасы 100 ° C жоғары. Ол қызып, қайнап немесе қайнау температурасына жетуі үшін оған көп жылу әсер етуі керек. Содан кейін судың меншікті жылу мөлшері жоғары, немесе оны жылу сыйымдылығы деп атайды, бұл оны қыздыруға уақыт алады; сонымен қатар салқындату кезінде, яғни оған алынған жылуды жоғалту үшін қажетті процесс баяу жүреді. Бұл қасиет оны салқындату жүйелерінде, дене температурасын реттеу жүйелерінде және басқалармен байланысты етеді. **Электр өткізгіштік** ---------------------- Су электр тогын жақсы өткізеді. Су қаншалықты таза болса да, оның иондары әрқашан белгілі мөлшерде болады, бұл оған бейметалл сұйықтықтар арасында ең жоғары диэлектрлік тұрақтылардың біріне ие болу қасиетін береді. **Ынтымақ** ----------- Су молекулалары сутегі байланысы деп аталатындардың арқасында ұсталады: бір және басқа су молекулалары арасында пайда болатын әлсіз байланыстар. Осы жоғары деңгейге байланысты суды қысу өте қиын. **Қосылу** ---------- Судың жабысуы оңай, мысалы, әйнектің өте таза бетіне жабысып, пленка түзеді, оны біз ылғалдылық немесе «дымқыл» деп атаймыз. Сол сияқты, су біздің терімізге тез жабысады, сондықтан біз жаңбыр жауған кезде немесе бассейнге түскенде ылғалданамыз. Әйтпесе, біз бірнеше секунд ішінде кеуіп кететін едік. **Беттік керілу** ----------------- Беттік керілу - бұл сұйықтықтың оның бетіне ену үшін ұсынатын кедергісі. Судың беткі керілісі жоғары, оның молекулалары арасында болатын когезия өнімі, оны тегіс бетке жайылып кетудің орнына оңай тамшылар түзеді. Беттік керілу жәндіктер суға батпай қозғалатын немесе жүретін кезде пайда болады және бұл кейбір жапырақтардың немесе басқа жеңіл заттардың суда жүзе алуының себебі болып табылады. **Капиллярлық** --------------- Судың капиллярлық түтікке жоғары немесе төмен жылжуының жеңілдігі судың капиллярлық қасиетін сипаттайды. Бұл қасиет сонымен қатар судың жоғары когезия мен адгезия қасиеттеріне байланысты. Капиллярлық өсімдік табиғаты арқылы ағаштың биік бұтақтарының жапырақтарына су беру үшін, сонымен қатар өсімдіктердің тамырларына сіңуін жеңілдету үшін қолданылады. Сол сияқты беттік керілу мен капиллярлық қасиеттері судың жасушалардың құрылымдық бөлігі екендігін, оның қан құрамына кіретіндігін және оның әртүрлі қан тамырлары арқылы оңай ағып немесе ағып кетуін білдіреді. **Еріткіш әрекеті** ------------------- Су тірі организмдер үшін өмірлік маңызы бар көптеген заттарды ерітуі мүмкін, өйткені тірі организмдердегі барлық химиялық реакциялар сулы ортада жүреді. Тірі организмдерде ол қоректік заттарды, иондарды және басқа көптеген заттарды тасымалдауға қызмет етеді. Сондай-ақ, ол зәрдегі судан шығарылатын мочевина сияқты қалдықтарды тасымалдауға қызмет етеді. Зат еріп, сумен жақсы араласқанда, ол гидрофильді немесе суда ериді дейді. Егер ол жақсы араласпаса және ерімесе, онда зат гидрофобты немесе суда ерімейді деп айтады. **[Судың химиялық қасиеттері:]** -------------------------------------------- Химиялық қасиеттер немесе сипаттамалар дегеніміз - судың химиялық құрылымында өзгерістер болған кезде пайда болатын қасиеттер. Оның молекулалық құрылымына қысқаша шолу жасау өте маңызды. **Химиялық табиғаты** --------------------- Су бейорганикалық молекула, өйткені оның құрамында С (көміртегі) жоқ, ал оның химиялық формуласы Н~2~O. Олардың атомдары электрондарды бөлісіп, ковалентті байланыстар, берік және өте тұрақты байланыстар түзеді. Оның молярлық массасы 18 г / мольді құрайды, яғни бір моль судың массасы 18 грамм. **Полярлық** ------------ Су молекуласы бейтарап, бірақ белгілі бір полярлыққа ие, өйткені оның электрондарымен бөлісу соншалықты тең емес. Оттегі ортақ электрондарды өзіне қарай күштірек тартқандықтан, су молекуласы белгілі бір теріс зарядқа ие бола отырып, оттегі тұрған жақта қалады; сондықтан гидрогендер орналасқан жаққа қарай оң жақ заряд қалады (жоғарғы суретті қараңыз). Бұл полярлық су молекулаларының бір-бірімен және құрылымында зарядтық айырмашылықтары бар басқа молекулалармен судың бірігуін жеңілдетеді, бұл алдыңғы бөлімдерде сипатталған физикалық қасиеттерге ықпал етеді. **Иондау** ---------- Сұйық суда өздігінен аздап иондану немесе өзіндік диссоциация жүреді. Бұл оның кейбір молекулалары қалыпты молекулалық құрылымын өзгерту арқылы қайта құрылып, гидроний иондары сияқты жаңа электр зарядталған молекулаларды (H) түзеді дегенді білдіреді.~3~НЕМЕСЕ^+^) және гидроксил (OH)^--^). **Реактивті сыйымдылық** ------------------------ Су көптеген заттармен әрекеттесіп, химиялық қосылыстардың алуан түрлілігін қалыптастырады. Электролиз арқылы суды оттегіні екі гидрогенінен бөліп, ыдыратуға болады. Бұл процесс электр тогы судан өткенде пайда болады. Қатты күйіндегі судың өзі де кейбір химиялық реакциялардың бөлігі бола алады. **рН** ------ Таза судың бейтарап рН мәні бар (7-ге тең), ал теңіз суы сәл сілтілі (7-ден жоғары). Жаңбыр сулары атмосферада кездесетін көмірқышқыл газы немесе СО сияқты компоненттермен араласқанда аздап қышқыл болады (рН 7-ден аз).~2~, Мысалға. **Амфотеризм** -------------- Су амфотерлі, яғни ерітінді рН-на байланысты қышқыл немесе негіз ретінде әрекет ете алады. Бұл химиялық қасиет рН реттегіш ретіндегі рөлін қолдайды. **Су молекуласының құрылымы.** Су молекуласында әр сутек атомы оттегі атомымен ковалентті байланысқа ие, оның энергиясы шамамен 110 ккал / моль құрайды. Бұл суды өте тұрақты химиялық қосылысқа айналдырады. Су буы 1000 ° C-тан жоғары O және H-ге ыдырай бастайды.\ Су молекуласында төрт электронның екі жұбы ковалентті байланыс арқылы түзіліп, оң зарядталған екі полюсті қалыптастыру үшін молекула қабырғаларының біріне ауысады. Қалған екі жұп бөлінбейді және оттегі атомының ядросына қатысты қарама-қарсы бағытта қозғалады және теріс зарядталған екі полюсті құрайды. Сондықтан су молекулалары полярлы болады. Полярлықтың арқасында көршілес су молекулалары бір-бірімен және полярлы заттардың молекулаларымен өзара әрекеттесіп, белгілі физикалық қасиеттері мен судың биологиялық функцияларын анықтайтын сутектік байланыс түзе алады. **Өсімдіктегі судың күйі, бос және байланысқан су -- қасиеттері, рөлі.** Тірі жасушадағы судың күйі оның қос заряды болуына байланысты. Жасуша құрамындағы полимерлер молекулалары -- ақуыздар , нуклеин қышқылдары, полисахаридтер- ерітіндіде коллоидтық қасиет білдіреді. Олар судың біраз мөлшерін өздеріне тартып , олар электростасикалық күшпен немесе Н-байланыс арқалы ұстап тұрады. Коллоид бөлшегі оң зарядты болса, ол су диполін теріс заряд ұшымен тартады. Коллоид теріс зарядты болғанда, су молекуласы оған оң заряд жағымен тартылады. Сөйтіп, коллоид өзінің айналасында су молекуласының 1-2 қатарынан тұратын концентрлі қабаттар түзе келе, су молекулаларының орналасуын реттейді. Судың бұл қабаты *гидраттық қабықша* деп аталады. Бұл жағдайда коллоид пен судың бірінші қабаты берік байланысады. Судың неғұрлым қашық орналасқан молекулаларын коллид аз күшпен ұстап тұрады. Сутектік байланыстар су мен ақуыздың және басқа да полимерлердің мынадый топтары арасында түзіледі: COOH, NH~2~, CO, COH және ОН ьобы судың 3 молекуласын байланыстырады, СООН тобы-төрт, СО, NH, СОН топтары --екі, NH~2~ тобы- екі-үш, СОNH тобы-бір, глюкозаның қалдығы -- үш молекуласын байланыстырады. Полимерлер молекуласының айналасында судың ерекше, реттелген күйінің болатынын гидратция жылуы мен сығу эффекті және диэлектрлік, ядролық магнит резонанс әдәстері көрсетеді. Мұнда судың реттелуі мұз тәрізді құрылымды нығайтады деген пікір бар Тірі жасушада коллоидтық биополимерлер ғана емес, сол сияқты судың күйіне әсер ететін электролиттер иондары да бар. Электролиттер иондары да гидратталады, бірақ ол коллоидтарға қарағанда судың мұзға ұқсас құрылымын нығайтпайды. ***Су потенциалы***, бұл -- биологиялық жүйеде осмосты тудыратын, яғни су молекулаларының (немесе су ерітіндісінің) белгілі бір жартылай өткізгіш, мысалы, жасуша мембранасының кедергісін жоятын күш. Су потенциалы әсерінен молекула концентрациясы әртүрлі ерітінділерді бөлетін шегара арқылы енуге ұмтылады.\   Су потенциалы *ψ* немесе *ψВ* таңбасымен белгіленеді. Бұл -- ХХ ғасырдың соңында енгізілген салыстырмалы түрде жаңа биологиялық термин. Өсімдіктер физиологиясының заманауи әдебиеттерінде су молекуласының бір орыннан басқа орынға ауысу үрдісін сипаттау үшін «су потенциалы» деген термин қолданылады.\   Жүйеде су концентрациясы неғұрлым көп болса, оның молекулалары су аз бағытқа соғұрлым тез жылжитын болады. Сәйкесінше су ең жоғары су потенциалына ие. Таза судың *су потенциалы* қалыпты жағдайда (25°С және қалыпты атмосфералық қысымда) *максимал* және 0-ге тең деп қабылданған. Су 100% емес, одан аз болатын барлық жүйенің *су потенциалы аз*, ол теріс мәнмен белгіленеді -- 0-ден аз.