Структура воды

Вода составляет в нашем организме около 60% массы тела у мужчин и 55% у женщин. При массе 70 кг на воду приходится около 40 кг. У новорожденных вода составляет ~ 75 % . С возрастом количество воды в организме несколько снижается.

Вода в организме человека распределена неравномерно.

головной мозг — 90 процентов.

в крови ее —81 процента,

в мышцах — 75.

кожа и печень 70 процентов.

в костях ее — 20 процентов.

Вода – полярное соединение. Длина связей О-Н в молекуле воды составляет 0, 0965 нм, угол между связями - 104,5^о. На атомах водорода имеется некоторый небольшой положительный заряд, на атоме кислорода – отрицательный. Из-за взаимодействия этих зарядов, между атомом водорода одной молекулы воды и атомом кислорода другой молекулы воды возникает слабая межмолекулярная связь, получившая названия водородная связь.

Длина водородной связи почти в два раза больше, чем длина ковалентной связи О-Н и составляет 0, 177 нм. Энергия водородной связи (4,5 ккал/моль), что значительно меньше, чем энергия ковалентной связи в молекуле воды (110 ккал/моль). Каждая молекула воды может образовывать

. 4 водородных связи. В среднем вода образует ~ 3,7 водородные связи с соседними молекулами воды, формируя большие агрегаты. Водородные связи легко разрываются и образуются вновь, что и объясняет высокую текучесть воды. Водородные связи играют важную роль в формировании пространственной структуры белков, нуклеиновых кислот и многих других биоорганических соединений.

Водородные связи с соседними молекулами воды, формируют большие агрегаты. Элементарной ячейкой воды являются тетраэдры, содержащие связанные между собой водородными связями четыре (простой тетраэдр) или пять молекул Н₂О. Согласно гипотезе С.В. Зенина, вода представляет собой иерархию правильных объемных структур кластеров, в основе которых лежит кристаллоподобный "квант воды", состоящий из 57 ее молекул, которые взаимодействуют друг с другом за счет свободных водородных связей.

При этом 57 молекул воды (квантов), образуют структуру, напоминающую тетраэдр. Тетраэдры объединяются в додекаэдры (правильные 12-гранники 912 молекул воды). Вода на 80% состоит из додекаэдров, на 5% - из тетраэдров и только на 3% - классические молекулы воды.

Если рассматривать воду как простую совокупность молекул Н₂О, то оказывается, что её удельный вес должен составлять 1,84 г/см3, а температура её кипения будет равна 63,5°С. Но, как известно, при нормальной температуре и давлении удельный вес воды равен 1 г/см³, а кипит вода при 100°С. Исходя из этого, следует предположить, что подтверждает более сложную структуру воды.

Роль воды в организме

1. Большинство процессов в организме происходят в водной среде. Она основной компонент, как клеточной, так и внеклеточной среды.

2. Вода растворяет все соединения, участвующие в обмене веществ.

3. Формирует пространственную структуру белков, ДНК, РНК и надмолекулярных комплексов таких, например, как клеточные мембраны.

4. Играет важную роль в транспорте веществ между органами и органеллами клетки и для выведения продуктов жизнедеятельности из организма.

5. Теплоемкость воды определяет температурную адаптацию организма.

Электропроводность водных растворов влияет на электрофизиологические свойства клеток.

6. Текучесть на способности к транспорту веществ и выведения продуктов выделения из организма.

7. Вода играет важную роль в буферных системах организма.

8. Вода участвует в химических процессах, например в гидролизе веществ.

.

По взаимодействию с водой соединения разделяют на гидрофильные, гидрофобные и амфифильные.

К гидрофильным относятся все неорганические соединения и органические соединения, содержащие заряженные и полярные функциональные группы, например, сахара, мочевина, этанол, аминокислоты. Гидрофильные соединения хорошо растворимы в воде и образуют истинные растворы

К гидрофобным относятся соединения, не содержащие полярных групп. Это, прежде всего жиры и масла, эфиры холестерина. Гидрофобные вещества плохо растворимы в воде и хорошо растворимы в неполярных органических растворителях (хлороформе, четыреххлористом углероде, петролейном и серном эфирах)... В присутствии стабилизаторов они образуют эмульсию.

К амфифильным относят вещества, содержащие, как большую гидрофобную, так и гидрофильную часть. Примером амфифильных соединений являются жирные кислоты, их соли (мыла), фосфолипиды, белки, желчные кислоты и другие важные соединения. Амфифильные соединения обычно концентрируются на границе раздела фаз, причем полярная часть обращена в воду, а неполярная в гидрофобный растворитель.

Образование любых связей энергетически выгодно. Поэтому, чем больше водородных и электростатических связей образуется между водой и веществом, тем энергетически выгоднее процесс растворения (ΔН_раств<0).