73. Когезия и адгезия, уникальные свойства воды, роль воды в жизни растений.

Притяжение между молекулами воды, наблюдаемое в жидкой фазе, обычно называют когезией, и притяжение между жидкой водой и твердой фазой, например стенками тонкой трубочки или капилляра, – адгезией.

Когезия (от лат. cohaesus — связанный, сцепленный), сцепление молекул (ионов) физического тела под действием сил притяжения. Это силы межмолекулярного взаимодействия, водородной связи и (или) иной химической связи. Они определяют совокупность физических и физико-химических свойств вещества: агрегатное состояние, летучесть, растворимость, механические свойства и т. д.

В случае воды в стеклянных капиллярах или в сосудах ксилемы притяжение между молекулами воды и стенками велико, и поэтому жидкость поднимается. Наиболее сильна когезия в твердых телах и жидкостях, то есть в конденсированных фазах, где расстояние между молекулами (ионами) малы. Когезия обусловлена химической связью между составляющими тело частицами (атомами, ионами) и межмолекулярным взаимодействием.

Адгезия - слипание поверхностей двух разнородных твёрдых или жидких тел. Пример А. — прилипание капелек воды к стеклу Количественно А. характеризуется удельной работой, затрачиваемой на разделение тел. Эта работа рассчитывается на единицу площади соприкасающихся поверхностей и зависит от того, как производится их разделение: сдвигом вдоль поверхности раздела или отрывом в направлении, перпендикулярном поверхности. А. иногда оказывается больше, чем когезия, характеризующая силу сцепления частиц внутри данного тела. В этом случае разрыв происходит когезионно — внутри наименее прочного из соприкасающихся тел.

Капиллярное поднятие имеет важное значение для физиологии водообмена растений.

Большое количество пор в стенках сосудов ксилемы образует сетку маленьких извилистых капилляров, которые не только способствуют поднятию воды, но и поддерживают воду в просветах сосуда.

Вода в клетке находится в двух состояниях: свободном и связанном (3-10 % от всей воды), причем последнее может быть нескольких видов.

В вакуолях вода удерживается относительно низкомолекулярных соединений (осмотически связанная), и большая часть воды находится в свободном состоянии.

В клеточной стенке часть молекул воды адсорбируется на поверхности фибрилл клеточной стенки. Вода тут связывается, главным образом, целлюлозой, гемицеллюлозой, пектиновыми веществами, т. е. коллоидно-связанная вода.

Кроме того, в клеточной стенке есть свободная вода (в порах). В цитоплазме – свободная, коллоидно- и осмотически связанная вода.

Осмотически связанная вода цитоплазмы – это вода, связанная с ионами.

74. Симпластический и апопластический пути переноса воды и растворенных веществ. Механизм транспорта воды через мембрану

Механизмы траспорта воды в растении – пассивный транспорт

осмос – диффузия растворителя через полупроницаемую мембрану

Пассивный транспорт — перенос веществ по градиенту концентрации из области высокой концентрации в область низкой, без затрат энергии

Существует три типа проникновения веществ в клетку через мембраны: простая диффузия, облегчённая диффузия, активный транспорт.

О́смос (от греч. ὄσμος — толчок, давление) — процесс односторонней диффузии через полупроницаемую мембрану молекул растворителя в сторону бо́льшей концентрации растворённого вещества (меньшей концентрации растворителя).

Полупроницаемыми называют мембраны, которые имеют достаточно высокую проницаемость не для всех, а лишь для некоторых веществ, в частности, для растворителя. (Подвижность растворённых веществ в мембране стремится к нулю). Если такая мембрана разделяет раствор и чистый растворитель, то концентрация растворителя в растворе оказывается менее высокой, поскольку там часть его молекул замещена на молекулы растворенного вещества

Механизмы транспорта воды в растении – активный транспорт

только эндоцитоз - это не основной механизм транспорта воды

Активный транспорт — перенос вещества через клеточную или внутриклеточную мембрану (трансмембранный А.т.) или через слой клеток (трансцеллюлярный А.т.), протекающий против градиента концентрации из области низкой концентрации в область высокой, т. е. с затратой свободной энергии организма. В большинстве случаев, но не всегда, источником энергии служит энергия макроэргических связей АТФ.

Апопласт — это система соприкасающихся клеточных стенок, образующая непрерывную сеть по всему растению. До 50% такого целлюлозного каркаса представляет собой как бы «свободное пространство», которое может быть занято водой. При ее испарении в межклетники с поверхности клеток мезофилла в непрерывном апопластном слое воды возникает натяжение, и весь он по механизму объемного потока подтягивается к месту убывания благодаря когезии («сцеплению») водных молекул. В апопласт вода поступает из ксилемы

Симпласт — это система взаимосвязанных протопластов растения. Протопласты соседних клеток соединяются между собой плазмодесмами — цитоплазматическими тяжами, проходящими через поры в клеточных стенках. Вода с любыми растворенными в ней веществами, попав в протопласт одной клетки, может двигаться дальше по симпласту, не пересекая никаких мембран. Это движение иногда облегчается благодаря упорядоченному току цитоплазмы. Симпластный транспорт воды для растения важнее вакуолярного.

75.Химический потенциал воды, водный потенциал, компоненты водного потенциала клетки.

Водный потенциал.

Растворимые вещества понижают активность молекул воды, находящихся в клетке.

Кинетическая энергия молекул воды в клетке и в вакуоли ниже, чем в чистой воде снаружи, в частности, в свободном пространстве.

Энергетический уровень молекул вещества, который характеризуется скоростью их диффузии, получил название химического потенциала.

Водный потенциал характеризует способность воды диффундировать, испаряться или поглощаться.

Он имеет размерность энергии, поделенной на объем (что совпадает с размерностью давления). Его величину выражают в атмосферах или барах

(1 атм = 1,013 бар = 105 Па).

Водный потенциал раствора меньше, чем чистой воды, поэтому молекулы воды в вакуоли обладают меньшей свободной энергией, меньшим потенциалом, чем находящиеся снаружи клетки. Водн.потенциал чистой воды=0.!!

Водный потенциал клетки, ткани или органа, целого растения – величина интегральная (комбинированная).

Он состоит из осмотического Ψр, матричного Ψw, тургорного Ψt и гравитационного Ψg потенциалов:

Ψw = Ψр+ Ψm+ Ψt + Ψg

Матричный потенциал Ψm характеризуется снижением активности воды за счет гидратации коллоидных веществ и адсорбции на границе раздела фаз.

Осмотический потенциал Ψр обусловлен наличием в клетках осмотически активных веществ и отражает их влияние на активность воды. Величина его равна величине осмотического давления с обратным знаком.

Химический потенциал воды (mw) выражает максимальное количество внутренней энергии молекул воды, которое может быть превращено в работу, т. е. означает количество свободной энергии (размерность ккал/моль или Дж/моль):

mw = mw + RT ln aw

mw – химический потенциал чистой воды (принят равным нулю); аw – активность молекул воды; множитель RT необходим, чтобы перевести активность в единицы энергии.

Любое вещество, в том числе вода, движется в направлении уменьшения ее свободной энергии, или (что то же самое) в направлении ее более низкого химического, потенциала.

Химический потенциал, как и другие виды потенциальной энергии, является относительной величиной, поэтому в выражение химического потенциала включен стандартный химический потенциал . Поскольку при расчетах движущих сил транспорта воды используют разность химических потенциалов в двух рассматриваемых точках системы, а не их абсолютные значения, то Сокращаются при вычитании и не фигурируют в выражении градиента химического потенциала, определяющего направление перемещения воды. Величина Соответствует стандартному состоянию системы, определение которому будет дано ниже.