Які основні властивості води визначають її функції?

Вода - єдина речовина на Землі, яка може бути у трьох агрегатних станах: твердому, рідкому та газуватому. За нормальних умов температура замерзання чистої води дорівнює 0 °С, а кипіння - відповідно 100 °С. Густина води є максимальною за температури +4 °С і дорівнює 1 г/см3. Із зниженням температури густина зменшується. Коли температура досягає точки замерзання 0 °С або опускається нижче, починають утворюватися дрібні кристалики льоду. Під час замерзання вода розширюється на 1/9 свого об’єму, і ці кристалики руйнують клітини. Розчинення речовин у воді знижує її температуру замерзання. Через те в клітинах рослин для витримування низьких температур накопичуються вуглеводи й олії, в клітинах членистоногих - гліцерол, в крові арктичних риб - особливі білки-кріопротектори. Перехід води з рідкого в газуватий стан потребує затрат теплоти, що використовується клітинами й організмами для захисту від перегрівання (наприклад, транспірація у рослин, потовиділення у тварин). Виділяючи нагріту воду й пару, вони позбавляються надлишку теплоти.

Вода здатна поглинати велику кількість теплоти із незначним підвищенням власної температури: у цьому сутність її високої теплоємності. Через те в клітинах вона є чудовим «тепловим акумулятором», запобігаючи різким змінам температури. Вода має й теплопровідність, що забезпечує рівномірний і швидкий розподіл теплоти в клітинах і між клітинами в організмі. Таким чином, ці властивості є основою для терморегуляції організмів.

Воді властивий винятково великий поверхневий натяг, що визначається силами зчеплення молекул води між собою з утворенням водневих зв’язків. Сили притягання між молекулами води спричиняють появу плівки на її поверхні, яка за стійкістю поступається лише поверхневій плівці ртуті. В живому поверхневий натяг визначає форму клітин та їх окремих частин (наприклад, при фагоцитозі). Молекули води завдяки силам зчеплення між собою та із поверхнями, що мають електричний заряд, здатні «підійматися» тонкими трубчастими отворами. Завдяки цьому відбувається переміщення рідин крізь пори клітинних стінок, капілярами тварин і судинами рослин тощо.

Воді властиві висока пружність і нестискуваність, що зумовлює її значення як опори. Ці властивості пояснюють роль гідроскелета для червів, стан напруги в клітинах рослин, сприяють проходженню звукових хвиль по клітинах (наприклад, у дельфінів, кашалотів).

Для клітин велике значення мають й хімічні властивості води. Її амфотерність та здатність до дисоціації (Н2О ⇄ Н+ + ОН-) визначають взаємодію з основами, солями, кислотами та участь в реакціях для підтримання рН цитоплазми та міжклітинних рідин (іл. 5).

Іл. 5. Розташування молекул води під час розчинення кухонної солі

Вода як реагент бере участь в біологічно важливих реакціях розкладу сполук за участі води - реакціях гідролізу. Ці реакції є основою гомеостазу й обміну речовин та перетворення енергії. Наприклад, гідроліз солей з утворенням кислот чи лугів має значення для підтримання рН у біосистемах, гідроліз білків до амінокислот забезпечує клітини будівельним матеріалом тощо.

Отже, життєво важливе значення води визначається її унікальними фізико-хімічними властивостями.