IN la crosta terrestre avviene intorno ai 100 elementi chimici, ma solo 16 di essi sono necessari per la vita. I quattro elementi più comuni negli organismi vegetali sono idrogeno, carbonio, ossigeno, azoto, che formano varie sostanze. Componenti principali cellula vegetale sono acqua, sostanze organiche e minerali.

Acqua- la base della vita. Il contenuto di acqua nelle cellule vegetali varia dal 90 al 10%. Sembra che lo sia sostanza unica grazie alle sue proprietà chimiche e fisiche. L'acqua è necessaria per il processo di fotosintesi, trasporto di sostanze, crescita cellulare, è il mezzo per molti organismi biologici reazioni chimiche, solvente universale eccetera.

Minerali(cenere)– sostanze che rimangono dopo aver bruciato un pezzo di organo. Il contenuto di elementi in cenere varia dall'1% al 12% del peso secco. Quasi tutti gli elementi che compongono l'acqua e il suolo si trovano nella pianta. I più comuni sono potassio, calcio, magnesio, ferro, silicio, zolfo, fosforo, azoto (macroelementi) e rame, alluminio, cloro, molibdeno, boro, zinco, litio, oro (microelementi). I minerali giocano ruolo importante nella vita delle cellule - fanno parte di aminoacidi, enzimi, ATP, catene di trasporto degli elettroni, sono necessari per stabilizzare le membrane, partecipano ai processi metabolici, ecc.

Materia organica le cellule vegetali si dividono in: 1) carboidrati, 2) proteine, 3) lipidi, 4) acidi nucleici, 5) vitamine, 6) fitormoni, 7) prodotti del metabolismo secondario.

Carboidrati costituiscono fino al 90% delle sostanze che compongono una cellula vegetale. Ci sono:

Monosaccaridi (glucosio, fruttosio). I monosaccaridi si formano nelle foglie durante la fotosintesi e vengono facilmente convertiti in amido. Si accumulano nei frutti, meno spesso negli steli e nei bulbi. I monosaccaridi vengono trasportati da cellula a cellula. Sono un materiale energetico e partecipano alla formazione dei glicosidi.

I disaccaridi (saccarosio, maltosio, lattosio, ecc.) sono formati da due particelle di monosaccaridi. Si accumulano nelle radici e nei frutti.

I polisaccaridi sono polimeri molto diffusi nelle cellule vegetali. Questo gruppo di sostanze comprende amido, inulina, cellulosa, emicellulosa, pectina e callosio.

L'amido è la principale sostanza di stoccaggio della cellula vegetale. L'amido primario si forma nei cloroplasti. Nelle parti verdi della pianta viene scomposto in mono- e disaccaridi e trasportato lungo il floema venoso fino alle parti in crescita della pianta e agli organi di immagazzinamento. Nei leucoplasti degli organi di immagazzinamento, l'amido secondario viene sintetizzato dal saccarosio sotto forma di granuli di amido.

La molecola di amido è costituita da amilosio e amilopectina. Circuiti lineari Gli amilosi, costituiti da diverse migliaia di residui di glucosio, sono capaci di ramificarsi a spirale e quindi assumere una forma più compatta. Nel polisaccaride ramificato amilopectina la compattezza è assicurata da un'intensa ramificazione della catena dovuta alla formazione di legami 1,6-glicosidici. L’amilopectina contiene circa il doppio delle unità di glucosio dell’amilosio.

Con la soluzione di Lugol, una sospensione acquosa di amilosio dà un colore blu scuro, una sospensione di amilopectina dà un colore rosso-viola e una sospensione di amido dà un colore blu-viola.

L'inulina è un polimero del fruttosio, un carboidrato di riserva della famiglia delle asteracee. Trovato nelle cellule in forma disciolta. Non si colora con soluzione di iodio; diventa rosso con β-naftolo.

La cellulosa è un polimero del glucosio. La cellulosa contiene circa il 50% del carbonio presente nella pianta. Questo polisaccaride è il materiale principale parete cellulare. Le molecole di cellulosa sono lunghe catene costituite da residui di glucosio. Da ciascuna catena sporgono molti gruppi OH. Questi gruppi sono diretti in tutte le direzioni e formano legami idrogeno con le catene vicine, garantendo una rigida reticolazione di tutte le catene. Le catene si uniscono tra loro formando microfibrille e queste ultime si uniscono in strutture più grandi: le macrofibrille. La resistenza alla trazione di questa struttura è molto elevata. Le macrofibrille, disposte a strati, sono immerse in una matrice cementante costituita da sostanze pectiniche ed emicellulose.

La cellulosa non si scioglie in acqua; con soluzione di iodio dà un colore giallo.

Le pectine sono costituite da galattosio e acido galatturonico. L'acido pectico è un acido poligalatturonico. Fanno parte della matrice della parete cellulare e ne garantiscono l'elasticità. Le pectine costituiscono la base della piastra centrale formata tra le cellule dopo la divisione. Formare gel.

Le emicellulose sono composti ad alto peso molecolare di composizione mista. Fanno parte della matrice della parete cellulare. Non si dissolvono in acqua, si idrolizzano in un ambiente acido.

Il callosio è un polimero amorfo del glucosio presente nel parti differenti organismo vegetale. Il callosio viene prodotto nei tubi crivellati del floema ed è anche sintetizzato in risposta a danni o avversità.

L'agar-agar è un polisaccaride ad alto peso molecolare contenuto in alga marina. Si dissolve acqua calda, e dopo il raffreddamento si indurisce.

Scoiattoli composti ad alto peso molecolare costituiti da amminoacidi. Composizione elementare – C, O, N, S, P.

Le piante sono in grado di sintetizzare tutti gli aminoacidi da più sostanze semplici. 20 aminoacidi basici formano l'intera varietà di proteine.

La complessità della struttura delle proteine ​​e l'estrema diversità delle loro funzioni rendono difficile creare un'unica e chiara classificazione delle proteine ​​su una qualsiasi base. In base alla loro composizione le proteine ​​si classificano in semplici e complesse. Semplice - costituito solo da aminoacidi, complesso - costituito da aminoacidi e materiale non proteico (gruppo protesico).

Le proteine ​​semplici includono albumine, globuline, istoni, prolamine e glutenine. Le albumine sono proteine ​​neutre, solubili in acqua e raramente presenti nelle piante. Le globuline sono proteine ​​neutre, insolubili in acqua, solubili in diluizione soluzioni saline, distribuito in semi, radici e steli di piante. Gli istoni sono proteine ​​neutre, solubili in acqua, localizzate nei nuclei di tutte le cellule viventi. Le prolamine sono solubili in etanolo al 60-80% e si trovano nei chicchi di cereali. I glutei sono solubili in soluzioni alcaline e si trovano nei chicchi di cereali e nelle parti verdi delle piante.

Le proteine ​​complesse includono fosfoproteine ​​(gruppo protesico - acido fosforico), licoproteine ​​(carboidrati), nucleoproteine ​​(acido nucleico), cromoproteine ​​(pigmento), lipoproteine ​​(lipidi), flavoproteine ​​(FAD), metalloproteine ​​(metallo).

Le proteine ​​svolgono un ruolo importante nella vita dell'organismo vegetale e, a seconda della funzione che svolgono, si dividono in proteine ​​strutturali, enzimi, proteine ​​di trasporto, proteine ​​contrattili, proteine ​​di deposito.

Lipidi – materia organica insolubile in acqua e solubile in solventi organici(etere, cloroformio, benzene). I lipidi si dividono in grassi veri e lipidi.

I veri grassi sono esteri di acidi grassi e parte di alcol. Formano un'emulsione in acqua e si idrolizzano se riscaldati con alcali. Sono sostanze di riserva che si accumulano nei semi.

I lipoidi sono sostanze simili ai grassi. Questi includono fosfolipidi (parte delle membrane), cere (formano un rivestimento protettivo su foglie e frutti), steroli (parte del protoplasma, partecipano alla formazione di metaboliti secondari), carotenoidi (pigmenti rossi e gialli, necessari per proteggere la clorofilla, conferiscono colore frutti, fiori), clorofilla (il pigmento principale della fotosintesi)

Acidi nucleici - materiale genetico tutti gli organismi viventi. Gli acidi nucleici (DNA e RNA) sono costituiti da monomeri - nucleotidi. Una molecola nucleotidica è costituita da uno zucchero a cinque atomi di carbonio, una base azotata e acido fosforico.

Vitamine– sostanze organiche complesse di varia composizione chimica. Hanno un'elevata attività fisiologica: sono necessari per la sintesi di proteine, grassi, per il funzionamento degli enzimi, ecc. Le vitamine sono divise in liposolubili e idrosolubili. Le vitamine liposolubili includono le vitamine A, K ed E; le vitamine idrosolubili includono la vitamina C e le vitamine del gruppo B.

Fitormoni– sostanze a basso peso molecolare ad elevata attività fisiologica. Hanno un effetto regolatore sui processi di crescita e sviluppo delle piante in concentrazioni molto basse. I fitormoni si dividono in stimolanti (citochinine, auxine, gibberelline) e inibitori (etilene e abscisine).

1. Che struttura ha l'acqua?

Risposta. La molecola d'acqua ha una struttura angolare: i nuclei inclusi nella sua composizione formano un triangolo isoscele, alla base del quale ci sono due idrogeni e all'apice un atomo di ossigeno. Internucleare Distanze OH vicino a 0,1 nm, la distanza tra i nuclei degli atomi di idrogeno è 0,15 nm. Dei sei elettroni che compongono lo strato elettronico esterno dell'atomo di ossigeno in una molecola d'acqua, due coppie di elettroni formare covalenti Collegamenti ON, e i restanti quattro elettroni rappresentano due coppie solitarie di elettroni.

Una molecola d'acqua è un piccolo dipolo contenente ai suoi poli cariche positive e negative. C'è una mancanza di densità elettronica vicino ai nuclei di idrogeno e oltre lato opposto Nelle molecole, vicino al nucleo dell'ossigeno, c'è un eccesso di densità elettronica. È questa struttura che determina la polarità della molecola d'acqua.

2. Quale quantità di acqua (in%) è contenuta nelle varie cellule?

La quantità di acqua varia nei diversi tessuti e organi. Quindi, una persona dentro materia grigia cervello il suo contenuto è dell'85% e in tessuto osseo - 22 %. Contenuto più alto l'acqua nel corpo si osserva nel periodo embrionale (95%) e diminuisce gradualmente con l'età.

Contenuto d'acqua in vari organi le piante fluttuano in un intervallo abbastanza ampio. Cambia a seconda delle condizioni ambiente esterno, età e tipologia delle piante. Pertanto, il contenuto di acqua nelle foglie di lattuga è del 93-95%, il mais è del 75-77%. La quantità di acqua non è la stessa organi diversi piante: le foglie di girasole contengono l'80-83% di acqua, gli steli - 87-89%, le radici - 73-75%. Il contenuto di acqua del 6-11% è tipico soprattutto per i semi essiccati all'aria, in cui i processi vitali vengono inibiti. L'acqua è contenuta nelle cellule viventi, negli elementi xilematici morti e negli spazi intercellulari. Negli spazi intercellulari l'acqua è allo stato di vapore. I principali organi evaporativi della pianta sono le foglie. A questo proposito è naturale numero maggiore l'acqua riempie gli spazi intercellulari delle foglie. IN stato liquido l'acqua è dentro varie parti cellule: membrana cellulare, vacuolo, citoplasma. I vacuoli sono la parte più ricca di acqua della cellula, il cui contenuto raggiunge il 98%. Al massimo contenuto di acqua, il contenuto di acqua nel citoplasma è del 95%. Contenuto più basso l'acqua è caratteristica delle membrane cellulari. quantificazione il contenuto di acqua nelle membrane cellulari è difficile; apparentemente varia dal 30 al 50%. Anche le forme dell'acqua nelle diverse parti della cellula vegetale sono diverse.

3. Qual è il ruolo dell'acqua negli organismi viventi?

Risposta. L’acqua è la componente predominante di tutti gli organismi viventi. Ha proprietà uniche grazie alle sue caratteristiche strutturali: le molecole d'acqua hanno la forma di un dipolo e tra di loro si formano legami idrogeno. Il contenuto medio di acqua nelle cellule della maggior parte degli organismi viventi è di circa il 70%. L'acqua nella cellula è presente in due forme: libera (95% di tutta l'acqua cellulare) e legata (4-5% legata alle proteine).

Funzioni dell'acqua:

1.Acqua come solvente. Molte reazioni chimiche nella cellula sono ioniche e quindi si verificano solo in un ambiente acquoso. Le sostanze che si sciolgono in acqua sono dette idrofile (alcoli, zuccheri, aldeidi, amminoacidi), quelle che non si sciolgono sono dette idrofobe ( acido grasso, cellulosa).

2.Acqua come reagente. L'acqua è coinvolta in molte reazioni chimiche: reazioni di polimerizzazione, idrolisi e nel processo di fotosintesi.

3.Funzione di trasporto. Movimento in tutto il corpo insieme all'acqua delle sostanze disciolte in esso nelle sue varie parti e rimozione dei prodotti non necessari dal corpo.

4.L'acqua come termostabilizzatore e termostato. Questa funzione è dovuta a proprietà dell'acqua come l'elevata capacità termica: attenua l'effetto sul corpo di cambiamenti significativi di temperatura nell'ambiente; elevata conduttività termica - consente al corpo di mantenere la stessa temperatura in tutto il suo volume; elevato calore di evaporazione - utilizzato per raffreddare il corpo durante la sudorazione nei mammiferi e la traspirazione nelle piante.

5.Funzione strutturale. Il citoplasma delle cellule contiene dal 60 al 95% di acqua, ed è questa che dà alle cellule il loro contenuto forma normale. Nelle piante l'acqua mantiene il turgore (l'elasticità della membrana endoplasmatica), in alcuni animali funge da scheletro idrostatico (meduse)

Domande dopo il § 7

1. Qual è la particolarità della struttura della molecola d'acqua?

Risposta. Le proprietà uniche dell'acqua sono determinate dalla struttura della sua molecola. Una molecola d'acqua è costituita da un atomo di O legato a due atomi di H tramite legami covalenti polari. La disposizione caratteristica degli elettroni in una molecola d'acqua le conferisce un'asimmetria elettrica. L'atomo di ossigeno più elettronegativo attira più fortemente gli elettroni degli atomi di idrogeno, per cui le coppie di elettroni comuni nella molecola d'acqua vengono spostate verso di esso. Pertanto, sebbene la molecola d'acqua nel suo insieme sia priva di carica, ciascuno dei due atomi di idrogeno porta una carica parzialmente positiva (indicata con 8+), e l'atomo di ossigeno porta una carica parzialmente negativa (8-). La molecola d'acqua è polarizzata ed è un dipolo (ha due poli).

La carica parzialmente negativa dell'atomo di ossigeno di una molecola d'acqua è attratta dagli atomi di idrogeno parzialmente positivi di altre molecole. Pertanto, ciascuna molecola d'acqua tende a formare legami idrogeno con quattro molecole d'acqua vicine.

2. Qual è l'importanza dell'acqua come solvente?

Risposta. A causa della polarità delle molecole e della capacità di formare legami idrogeno, l'acqua dissolve facilmente i composti ionici (sali, acidi, basi). Alcuni composti non ionici ma polari sono solubili anche in acqua, cioè la cui molecola contiene gruppi carichi (polari), ad esempio gli zuccheri, alcoli semplici, aminoacidi. Le sostanze altamente solubili in acqua sono dette idrofile (dal greco hygros - umido e philia - amicizia, inclinazione). Quando una sostanza entra in soluzione, le sue molecole o ioni possono muoversi più liberamente e, quindi, aumenta la reattività della sostanza. Ciò spiega perché l'acqua è il mezzo principale in cui si verificano la maggior parte delle reazioni chimiche e tutte le reazioni di idrolisi e numerose reazioni redox avvengono con la partecipazione diretta dell'acqua.

Le sostanze scarsamente o completamente insolubili in acqua sono dette idrofobiche (dal greco phobos - paura). Questi includono grassi, acidi nucleici, alcune proteine ​​e polisaccaridi. Tali sostanze possono formare interfacce con l'acqua in cui hanno luogo numerose reazioni chimiche. Pertanto, anche per gli organismi viventi è molto importante il fatto che l'acqua non dissolve le sostanze non polari. Tra le proprietà fisiologicamente importanti dell'acqua c'è la sua capacità di dissolvere i gas (O2, CO2, ecc.).

3. Qual è la conduttività termica e la capacità termica dell'acqua?

Risposta. L'acqua ha un'elevata capacità termica, ovvero la capacità di assorbire energia termica con un incremento minimo propria temperatura. La grande capacità termica dell'acqua protegge i tessuti corporei dai rapidi e forti aumenti di temperatura. Molti organismi si raffreddano facendo evaporare l'acqua (traspirazione nelle piante, sudorazione negli animali).

4. Perché si ritiene che l'acqua sia un liquido ideale per una cellula?

Risposta. Alto contenuto acqua nella gabbia - la condizione più importante le sue attività. Con la perdita della maggior parte dell'acqua, molti organismi muoiono, molti anche unicellulari e uniformi organismi multicellulari perde temporaneamente ogni segno di vita. Questo stato è chiamato animazione sospesa. Dopo l'idratazione, le cellule si risvegliano e tornano attive.

La molecola d'acqua è elettricamente neutra. Ma la carica elettrica all'interno della molecola è distribuita in modo non uniforme: nella regione degli atomi di idrogeno (più precisamente, dei protoni), predomina la carica positiva, nella regione in cui si trova l'ossigeno, la densità della carica negativa è maggiore. Pertanto, una particella d'acqua è un dipolo. La proprietà dipolare di una molecola d'acqua spiega la sua capacità di orientarsi in un campo elettrico e di attaccarsi a varie molecole e sezioni di molecole che trasportano una carica. Di conseguenza, si formano idrati. La capacità dell'acqua di formare idrati è dovuta alle sue proprietà solventi universali. Se l'energia di attrazione delle molecole d'acqua sulle molecole di una sostanza è maggiore dell'energia di attrazione tra le molecole d'acqua, la sostanza si dissolve. A seconda di ciò, viene fatta una distinzione tra sostanze idrofile (idros greco - acqua e phileo - amore) che sono altamente solubili in acqua (ad esempio sali, alcali, acidi, ecc.) e idrofobiche (idros greco - acqua e phobos - paura) sostanze difficilmente o per nulla solubili in acqua (grassi, sostanze grasse, gomma, ecc.). La composizione delle membrane cellulari comprende sostanze simili al grasso che limitano il passaggio dall'ambiente esterno alle cellule e viceversa, nonché da una parte all'altra della cellula.

La maggior parte delle reazioni che avvengono in una cellula possono verificarsi solo in soluzione acquosa. L'acqua partecipa direttamente a molte reazioni. Ad esempio, la scomposizione di proteine, carboidrati e altre sostanze avviene a seguito della loro interazione con l'acqua catalizzata da enzimi. Tali reazioni sono chiamate reazioni di idrolisi (dal greco idros - acqua e lisi - scissione).

L'acqua ha un'elevata capacità termica e allo stesso tempo una conduttività termica relativamente elevata per i liquidi. Queste proprietà rendono l'acqua un liquido ideale per mantenere l'equilibrio termico di cellule e organismi.

L'acqua è il mezzo principale per le reazioni biochimiche della cellula. È una fonte di ossigeno rilasciato durante la fotosintesi e idrogeno, che viene utilizzato per ripristinare i prodotti dell'assimilazione dell'anidride carbonica. E infine, l'acqua è il principale mezzo di trasporto delle sostanze nel corpo (flusso sanguigno e linfatico, correnti ascendenti e discendenti di soluzioni attraverso i vasi delle piante) e nella cellula.

5. Qual è il ruolo dell'acqua nella cellula

Garantire l'elasticità cellulare. Le conseguenze della perdita di acqua da parte delle cellule sono l'avvizzimento delle foglie, il disseccamento dei frutti;

Accelerazione delle reazioni chimiche sciogliendo le sostanze nell'acqua;

Garantire il movimento delle sostanze: l'ingresso della maggior parte delle sostanze nella cellula e la loro rimozione dalla cellula sotto forma di soluzioni;

Garantire la dissoluzione di molti sostanze chimiche(un numero di sali, zuccheri);

Partecipazione a una serie di reazioni chimiche;

Partecipazione al processo di termoregolazione grazie alla capacità di riscaldarsi lentamente e raffreddarsi lentamente.

6. Cosa strutturale e caratteristiche fisico-chimiche le acque lo definiscono ruolo biologico in una gabbia?

Risposta. Le proprietà fisico-chimiche strutturali dell'acqua determinano le sue funzioni biologiche.

L'acqua è un buon solvente. A causa della polarità delle molecole e della capacità di formare legami idrogeno, l'acqua dissolve facilmente i composti ionici (sali, acidi, basi).

L'acqua ha un'elevata capacità termica, ovvero la capacità di assorbire energia termica con un aumento minimo della propria temperatura. La grande capacità termica dell'acqua protegge i tessuti corporei dai rapidi e forti aumenti di temperatura. Molti organismi si raffreddano facendo evaporare l'acqua (traspirazione nelle piante, sudorazione negli animali).

L'acqua ha anche un'elevata conduttività termica, garantendo una distribuzione uniforme del calore in tutto il corpo. Quindi alto calore specifico e l'elevata conduttività termica rendono l'acqua un liquido ideale per mantenere l'equilibrio termico di cellule e organismi.

L'acqua praticamente non si comprime, creando una pressione di turgore, determinando il volume e l'elasticità di cellule e tessuti. Pertanto, è lo scheletro idrostatico che mantiene la forma del nematodi, meduse e altri organismi.

L'acqua è caratterizzata da una forza di tensione superficiale ottimale per i sistemi biologici, che nasce dalla formazione di legami idrogeno tra le molecole d'acqua e le molecole di altre sostanze. A causa della forza della tensione superficiale, nelle piante si verificano il flusso sanguigno capillare, correnti ascendenti e discendenti di soluzioni.

In alcune processi biochimici l'acqua funge da substrato.

Proprietà dell'acqua e suo ruolo nella cellula:

Al primo posto tra le sostanze della cellula c'è l'acqua. Costituisce circa l'80% della massa cellulare. L'acqua è doppiamente importante per gli organismi viventi, perché è necessaria non solo come componente delle cellule, ma per molti anche come habitat.

1. L'acqua determina Proprietà fisiche cellule: il suo volume, elasticità.

2. Molti processi chimici avvengono solo in una soluzione acquosa.

3. Acqua - buon solvente: molte sostanze entrano nella cellula dall'ambiente esterno in una soluzione acquosa e in una soluzione acquosa i prodotti di scarto vengono rimossi dalla cellula.

4. L'acqua ha un'elevata capacità termica e conduttività termica.

5. L'acqua ha proprietà unica: quando viene raffreddato da +4 a 0 gradi, si espande. Pertanto, il ghiaccio risulta essere più leggero dell'acqua liquida e rimane sulla sua superficie. Questo è molto importante per gli organismi che vivono nell'ambiente acquatico.

6. L'acqua può essere un buon lubrificante.

Il ruolo biologico dell'acqua è determinato dalle piccole dimensioni delle sue molecole, dalla loro polarità e dalla capacità di connettersi tra loro attraverso legami idrogeno.

Funzioni biologiche dell'acqua:

trasporto. L'acqua garantisce il movimento delle sostanze nella cellula e nel corpo, l'assorbimento delle sostanze e l'eliminazione dei prodotti metabolici. In natura, l’acqua trasporta i prodotti di scarto nei suoli e nei corpi idrici.

metabolico. L'acqua è il mezzo per tutte le reazioni biochimiche, un donatore di elettroni durante la fotosintesi; è necessario per l'idrolisi delle macromolecole nei loro monomeri.

L'acqua è coinvolta nella formazione di fluidi lubrificanti e muco, secrezioni e succhi nel corpo.

Con pochissime eccezioni (ossa e smalto dei denti), l'acqua è la componente predominante della cellula. L'acqua è necessaria per il metabolismo cellulare (scambio), poiché i processi fisiologici avvengono esclusivamente in un ambiente acquoso. Le molecole d'acqua sono coinvolte in molte reazioni enzimatiche della cellula. Ad esempio, la scomposizione di proteine, carboidrati e altre sostanze avviene a seguito della loro interazione con l'acqua catalizzata da enzimi. Tali reazioni sono chiamate reazioni di idrolisi.

L'acqua funge da fonte di ioni idrogeno durante la fotosintesi. L'acqua in una cellula è in due forme: libera e legata. L'acqua libera costituisce il 95% di tutta l'acqua nella cellula e viene utilizzata principalmente come solvente e come mezzo di dispersione per il sistema colloidale del protoplasma. L’acqua legata, che rappresenta solo il 4% dell’acqua totale nella cellula, è legata alle proteine ​​tramite legami idrogeno.

A causa della distribuzione asimmetrica delle cariche, la molecola d'acqua agisce come un dipolo e può quindi essere legata sia da gruppi proteici carichi positivamente che negativamente. La proprietà dipolare di una molecola d'acqua spiega la sua capacità di orientarsi in un campo elettrico e di attaccarsi a varie molecole e sezioni di molecole che trasportano una carica. Di conseguenza, si formano idrati

Grazie alla sua elevata capacità termica, l'acqua assorbe il calore e quindi lo impedisce forti fluttuazioni temperatura nella cella. Il contenuto di acqua del corpo dipende dalla sua età e dall'attività metabolica. È più alto nell'embrione (90%) e diminuisce gradualmente con l'età. Il contenuto di acqua dei diversi tessuti varia a seconda della loro attività metabolica. Ad esempio, nella materia grigia del cervello c'è fino all'80% di acqua e nelle ossa fino al 20%. L'acqua è il mezzo principale per spostare le sostanze nel corpo (flusso sanguigno, linfa, correnti ascendenti e discendenti di soluzioni attraverso i vasi delle piante) e nella cellula. L'acqua funge da “lubrificante”, necessario ovunque siano presenti superfici di sfregamento (ad esempio nelle articolazioni). L'acqua ha la sua densità massima a 4°C. Pertanto, il ghiaccio, che ha una densità inferiore, è più leggero dell'acqua e galleggia sulla sua superficie, proteggendo il serbatoio dal congelamento. Questa proprietà dell'acqua salva la vita di molti organismi acquatici.

1.3 Distribuzione dell'acqua nella cella

Il contenuto di acqua nei vari organi vegetali varia entro limiti abbastanza ampi. Varia a seconda delle condizioni ambientali, dell'età e del tipo di piante. Pertanto, il contenuto di acqua nelle foglie di lattuga è del 93-95%, il mais è del 75-77%. La quantità di acqua varia a seconda degli organi vegetali: le foglie del girasole contengono l'80-83% di acqua, gli steli l'87-89%, le radici il 73-75%. Il contenuto di acqua del 6-11% è tipico soprattutto per i semi essiccati all'aria, in cui i processi vitali vengono inibiti.

L'acqua è contenuta nelle cellule viventi, negli elementi xilematici morti e negli spazi intercellulari. Negli spazi intercellulari l'acqua è allo stato di vapore. I principali organi evaporativi della pianta sono le foglie. A questo proposito è naturale che la maggior quantità di acqua riempia gli spazi intercellulari delle foglie. Allo stato liquido, l'acqua si trova in varie parti della cellula: membrana cellulare, vacuolo, protoplasma. I vacuoli sono la parte più ricca di acqua della cellula, il cui contenuto raggiunge il 98%. Al massimo contenuto di acqua, il contenuto di acqua nel protoplasma è del 95%. Il contenuto di acqua più basso è caratteristico delle membrane cellulari. La determinazione quantitativa del contenuto di acqua nelle membrane cellulari è difficile; apparentemente varia dal 30 al 50%.

Anche le forme dell'acqua nelle diverse parti della cellula vegetale sono diverse. La linfa delle cellule vacuolari è dominata dall'acqua, che viene trattenuta relativamente composti a basso peso molecolare(osmoticamente legato) e acqua libera. Nel guscio di una cellula vegetale, l'acqua è legata principalmente da composti ad alto contenuto polimerico (cellulosa, emicellulosa, sostanze pectiniche), cioè acqua legata colloidalmente. Nel citoplasma stesso è presente acqua libera, legata colloidalmente e osmoticamente. L'acqua che si trova ad una distanza massima di 1 nm dalla superficie della molecola proteica è strettamente legata e non ha una struttura esagonale regolare (acqua legata colloidalmente). Inoltre, nel protoplasma è presente una certa quantità di ioni e quindi parte dell'acqua è legata osmoticamente.

Significato fisiologico gratuito e acqua legata vari. La maggior parte dei ricercatori ritiene che l'intensità processi fisiologici, compresi i tassi di crescita, dipende principalmente dal contenuto acqua gratis. Esiste una correlazione diretta tra il contenuto di acqua legata e la resistenza delle piante agli agenti sfavorevoli condizioni esterne. Queste correlazioni fisiologiche non vengono sempre osservate.

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Tutti gli organismi viventi sono capaci di metabolismo con ambiente. I processi sono costantemente in corso nelle cellule sintesi biologica, o biosintesi...

Il contenuto di acqua nei vari organi vegetali varia entro limiti abbastanza ampi. Varia a seconda delle condizioni ambientali, dell'età e del tipo di piante. Pertanto, il contenuto di acqua nelle foglie di lattuga è del 93-95%, il mais è del 75-77%. La quantità di acqua varia a seconda degli organi vegetali: le foglie di girasole contengono l'80-83% di acqua, gli steli - 87-89%, le radici - 73-75%. Il contenuto di acqua del 6-11% è tipico soprattutto per i semi essiccati all'aria, in cui i processi vitali vengono inibiti.

L'acqua è contenuta nelle cellule viventi, negli elementi xilematici morti e negli spazi intercellulari. Negli spazi intercellulari l'acqua è allo stato di vapore. I principali organi evaporativi della pianta sono le foglie. A questo proposito è naturale che la maggior quantità di acqua riempia gli spazi intercellulari delle foglie. Allo stato liquido l'acqua si trova in varie parti della cellula: membrana cellulare, vacuolo, citoplasma. I vacuoli sono la parte più ricca di acqua della cellula, il cui contenuto raggiunge il 98%. Al massimo contenuto di acqua, il contenuto di acqua nel citoplasma è del 95%. Il contenuto di acqua più basso è caratteristico delle membrane cellulari. La determinazione quantitativa del contenuto di acqua nelle membrane cellulari è difficile; apparentemente varia dal 30 al 50%.

Anche le forme dell'acqua nelle diverse parti della cellula vegetale sono diverse. La linfa delle cellule vacuolari è dominata da acqua trattenuta da composti a peso molecolare relativamente basso (legati osmoticamente) e acqua libera. Nel guscio di una cellula vegetale, l'acqua è legata principalmente da composti ad alto contenuto polimerico (cellulosa, emicellulosa, sostanze pectiniche), cioè acqua legata colloidalmente. Nel citoplasma stesso è presente acqua libera, legata colloidalmente e osmoticamente. L'acqua che si trova ad una distanza massima di 1 nm dalla superficie della molecola proteica è strettamente legata e non ha una struttura esagonale regolare (acqua legata colloidalmente). Inoltre, nel citoplasma è presente una certa quantità di ioni e, quindi, parte dell'acqua è legata osmoticamente.

Il significato fisiologico dell'acqua libera e legata è diverso. Secondo la maggior parte dei ricercatori, l’intensità dei processi fisiologici, compresi i tassi di crescita, dipende principalmente dal contenuto di acqua libera. Esiste una correlazione diretta tra il contenuto di acqua legata e la resistenza delle piante alle condizioni esterne sfavorevoli. Queste correlazioni fisiologiche non vengono sempre osservate.

Per la loro normale esistenza, le cellule e l'organismo vegetale nel suo insieme devono contenere una certa quantità di acqua. Tuttavia, questo è facilmente fattibile solo per le piante che crescono in acqua. Per le piante terrestri questo compito è complicato dal fatto che l'acqua entra organismo vegetale viene continuamente perso per evaporazione. L'evaporazione dell'acqua da parte della pianta raggiunge proporzioni enormi. Possiamo fare il seguente esempio: una pianta di mais fa evaporare fino a 180 kg di acqua durante la stagione di crescita e 1 ettaro di foresta Sud America evapora in media 75mila kg di acqua al giorno. L'enorme consumo di acqua è dovuto al fatto che la maggior parte delle piante ha una superficie fogliare significativa situata in un'atmosfera non satura di vapore acqueo. Allo stesso tempo è necessario lo sviluppo di un'ampia superficie fogliare, che viene garantita nel corso di una lunga evoluzione alimentazione normale anidride carbonica contenuta nell'aria in concentrazioni trascurabili (0,03%). Nel suo famoso libro “Lotta delle piante contro la siccità” K.A. Timiryazev ha sottolineato la contraddizione tra la necessità di catturare diossido di carbonio e la riduzione del consumo di acqua ha lasciato un'impronta sulla struttura dell'intero organismo vegetale.

Per compensare la perdita d'acqua dovuta all'evaporazione è necessario fornirne continuamente una grande quantità alla pianta. Vengono chiamati due processi che si verificano continuamente in una pianta: l'ingresso e l'evaporazione dell'acqua equilibrio idrico delle piante. Per una crescita e uno sviluppo normali delle piante è necessario che il flusso d'acqua corrisponda approssimativamente all'afflusso, o in altre parole che la pianta riduca la sua Bilancio idrico senza un grosso deficit. Per raggiungere questo obiettivo la pianta, attraverso il processo di selezione naturale, ha sviluppato adattamenti per l’assorbimento dell’acqua (sviluppati in modo colossale sistema radicale), al movimento dell'acqua (uno speciale sistema di conduzione), alla riduzione dell'evaporazione (il sistema dei tessuti tegumentari e il sistema di chiusura automatica delle aperture stomatiche).

Nonostante tutti questi adattamenti, la pianta spesso presenta un deficit idrico, cioè l'apporto d'acqua non è bilanciato dal suo consumo durante il processo di traspirazione.

Disturbi fisiologici si verificano in piante diverse con vari gradi di carenza idrica. Esistono piante che, nel processo di evoluzione, hanno sviluppato vari adattamenti per tollerare la disidratazione (piante resistenti alla siccità). Scoprire caratteristiche fisiologiche, che determinano la resistenza delle piante alla mancanza d'acqua, è il problema più importante, la cui soluzione è di grande importanza non solo teorica, ma anche pratica agricola. Allo stesso tempo, per risolverlo, è necessario conoscere tutti gli aspetti dello scambio idrico in un organismo vegetale.