Стан і фракційний склад внутрішньоклітинної води. Гідратація

При взаємодії іонів з молекулами води відбувається орієнтація диполів води в електрич­ному полі іона. Причому одні іони підвищують рухомість молекул води, а інші —знижують. Коли підвищується трансляційний рух води — мова йде про від'ємну гідратацію, знижується — пози­тивну гідратацію. Від'ємну гідратацію спричинюють іони калію, цезію, аміаку, хлору, йоду та нітратів; позитивну гідратацію — іони магнію, кальцію, натрію, сульфатів. Причому енергія взаємодії іона з диполями води значно більша за енергію взаємодії диполя води та водневих зв'язків. Катіони взаємодіють з від'ємно зарядженими атомами кисню води, тоді як аніони — з по­зитивно зарядженими водневими диполя води. Таке екранування полів іонів зменшує взаємодію між ни­ми та дозволяє залишатися в розчині. На цьому і засновані молекулярні умови гідратації. Гідратація – це хімічний зв’язок іонів з молекулами води.

Здатністю змінювати фізичні властивості води та її структуру характеризуються також слабкорозчинні речовини, які не утворюють зв'язків з молекулами води. Гідратація молекул високополімерних речовин розподіляється на іонну та електро нейтральну. Вона базується на електростатичному притягуванні молекул води. При іонній гідратації молекули води взаємодіють з групами NН₃ ⁺, -СОО^-, тоді як при електронейтральній гідратації води зв'язуються гетерополяр­ними групами: -COOH, -OH, -CHO, -NН₂ тощо.

Вода в рослинні знаходиться як у вільному стані, так і взв’язаному. Вільною водою називають воду, яка зберегла всі властивості чистої води. Вільна вода легко рухається, вступає в різні біохімічні реакції, випаровується в процесі транспірації і замерзає при низьких температурах. Зв’язана вода має змінені фізичні властивості в результаті взаємодії з неводними компонентами.

Воду, яка гідратує колоїдні частинки (перш за все білки) називають колоїдно-зв’язаною водою, а якщо розчиненні речовини (мінеральні солі, цукри, органічні кислоти) - називають осмотично зв'яза­ною водою.

В клітинних стінках та судинах провідної системи знаходиться капілярно зв'язана вода.

Крім того, слід розрізняти іммобілізовану, або структурно зв'язану воду. Іммобілізація являє собою механічне захоплення води при конформаційних змінах молекул, в результаті яких мо­лекули потрапляють в замкнутий простір. Більша частина такої води зберігає властивості чис­тої води. Однак її досить важко відняти і в такому розумінні її слід вважати "зв'язаною". Про фізіологічну роль її ми знаємо дуже мало. Знаходячись у замкнутому просторі, вона важко ви­паровується, хоча і характеризується значною рухомістю. Вважають, що насіння довгий час зберігає свою життєздатність саме за рахунок наявності в його зародках іммобілізованої води.

Як відомо, вуглеводи не дисоціюють на іони, а також не мають заряду. Саме тому гідра­тація їх відбувається в основному по гідроксильних групах за рахунок електровід'ємного ато­му кисню. В молекулі глюкози знаходиться п'ять гідроксильних та одна альдегідна групи. Глю­коза добре розчинна у воді, а її полімер (целюлоза) нерозчинна, бо близько 50% гідроксиль­них груп целюлози екрановані іонами або знаходяться всередині міцели. Зв'язування молекул води прихованими групами називають пермутоїдною гідратацією.

Амінокислоти мають у своєму складі два електронвід'ємні елементи — азот та кисень. Во­ни здатні утворювати водневі зв'язки з Н₂О за рахунок невизначених пар електронів. Принци­пових відмін гідратації амінокислот від вуглеводів немає. Гідратація білків здійснюється за ра­хунок взаємодії молекул води з гідрофільними, гідрофобними радикалами та іммобілізації її в замкнутих ділянках.

Як відомо, до складу протоплазми в значних кількостях входять ліпіди, які мають в своєму складі велику кількість гідрофобних груп, дію яких на воду ще мало вивчено.

Отже, вода, як складова частина протоплазми, в рослині знаходиться переважно в стабілізованому вигляді, тобто її активність знижена. Причина стабілізації — зв'язування її шля­хом гідратації та за рахунок бар'єрної функції мембран. Так створюється фракція колоїдно зв'язаної води, найбільш стабільний водний запас організму, що забезпечує стійкість в стре­сових ситуаціях.

Частина води, яка належить до осмотично зв'язаної та так званої вільної, є найбільш ак­тивним учасником фізіологічних процесів.