Vandens (reikšmė) vaidmuo ląstelėje, organizme ir ekosistemoje

Su vandeniu yra susiję visi svarbiausi gyvybiniai organizmų procesai – tai biocheminės reakcijos, kvėpavimas, mityba, medžiagų apykaita. Organizmuose laisvo vandens ir junginių būna nuo 45 iki 95%, vidutiniškai -70 -80%. Iš neorganinių medžiagų vanduo užima pirmą vieta ląstelėje. Vanduo reikalingas ląstelės metabolizmui: fiziologiniai procesai vyksta tik vandens terpėje. Natūralus mineralinių ir kitų medžiagų tirpiklis – vanduo. Seilėse, skrandžio sultyse, motinos piene yra nuo 90 iki 99% vandens, kraujyje 83%, kauluose tik 15 – 20%.

Techninės vandens savybės labai svarbios gyvybei. Dauguma ggyvų organizmų gyvena nuo 4 iki 40 laipsnių Celsijaus temperatūroje. Specifine šiluma tik nedaugelis medžiagų pranoksta vandenį. Šilumos rezervai yra didelis vandens telkiniai jūros, ežerai. Šilumą žemėje palaiko ir garo pavidalo vanduo. Vanduo yra ir polinis junginys, tuo pačiu stabilizuoja struktūrą ir daugeliu atžvilgiu nulemia maluomolekulių funkcinį aktyvumą. Laikas, reikalingas visiškai pasikeisti vandens kiekiui, lygiam kūno svoriui, svyruoja priklausomai nuo aplinkos, kurioje yra adaptavęsis organizmas. Pavyzdžiui, amebai reikia 7 dienų, žmogui – 4 savaičių, kupranugariui – 3 mėnesių, vėžliui – 11 metų, o kaktusui – dykumų augalui 29 metų.

Iš vandens gali susidaryti kristalai, ledo struktūros. Su vandeniu susijusios hidrofilinės ir hidrofolinės medžiagos. Hidrofilinės medžiagos kurios gerai tirpsta vandenyje / daugelis druskų, rūgščių, šarmų, alkoholis, aminai, angliavandeniai, baltymai/. Hidrofolinės medžiagos – bblogai tirpsta arba netirpstančios vandenyje / riebalai, celiuliozė/.

Vandens reikšmė ląstelei:

– Vanduo yra tirpiklis,

– Daugelis reakcijų vyksta vandens tirpale,

– Transportuoja tarpląstelinės medžiagos,

– Dalyvauja visose medžiagų apykaitos reakcijose ir susidarant ląstelės struktūroms,

– Nulemia ląstelių dydį, jų stangrumą,

– Dalyvauja termoreguliacijos procesuose.

Vanduo svarbus ir organizmams, priklausomai nuo to kur jie gyvena. Daugelis vandenyje gyvenančių gyvūnų, augalų prisitaikę iš aplinkos paimti vandenį. Sausumos augalai ir gyvūnai, gyvenantys dykumose, sauso klimato teritorijoje, sugeba gyventi su nedideliu kiekiu vandens. Dėl periodiško drėgmės naudojimo susiformavo tam tikras augalų lapų plaukuotumas, vaškinis sluoksnis, žiotelių išsidėstymas, jų dydis ir atsiradimo bei užsidarymo reguliacija. Kai kurių vabzdžių, gyvenančių sausose srityse, trachėjinės angelės būna uždarytos.

Augalų ir gyvūnų organizme palankiu metų laiku kaupiasi didelis kiekis vandens, o nepalankiu jis taupiai naudojamas. Kai kurios samanos, kerpės vandenį iš aaplinkos siurbia visu kūno paviršiumi. Augalai adaptavosi vandenį paimti iš įvairių dirvožemio kapiliarų ir turi didelę siurbiamąją galią

– Svarbus yra gyvūnų sugebėjimas disimiliacijos būdu iš riebalų išskirti matabolinį vandenį.

Per sausras dauguma gyvūnų pradeda maitintis sultingesniu maistu, aktyviai gyvena naktį, o dieną slepiasi drėgnesnėse vietose: olose, urvuose, smėlyje, medžiuose.

Tai paros migracija

Nuo vandens rėžimo priklauso augalų ir gyvūnų gyvenimo trukmė, vystymasis, elgsena geografinis paplitimas, biotipo pasirinkimas, populiacijos gausumas ir tankumas.

Ekosistemoje labai svarbu kaip vandens – drėgmės balansas pasiskirsto per metus: pavasarį, vasarą, rrudenį, žiemą. Be to, vandens balansas būna susijęs ir su temperatūros rėžimu. Gyvą – jei gamtai daug žalos padaro staigios liūtys, kurios sunaikina augalų daigus, žūva nemažai smulkių gyvūnų (ypač vabzdžių). Taip pat daug žalos padaro ir ilgai užsitęsusi dulksna, ypač vabzdžialesiams paukščiams jauniklių maitinimo metu. Kruša sunaikina arba pažeidžia augalus ir gyvūnus. Gyvieji organizmai ekosistemoje adaptuojasi prie tam tikro vandens drėgmės rėžimo. Pakitus vandens rėžimui. Kinta augalų ir gyvūnų išorės ir vidaus struktūra, elgsena ir kai kurie kiti gyvybinės veiklos procesai.

Būtinos energijos gavimo keliai. Kvėpavimo apibrėžimas. Kvėpavimas, jo reikšmė. Glikolizė. Kvėpavimas ir rūgimas. Energijos perdavimo etapai.

Antras termodinamikos dėsnis teigia , kad atvirosios termodinaminės sistemos vidinė energija mažėja, nes sistema atlikdama darbą, dalį šios energijos išskiria į aplinką šilumos pavidalu. Kadangi ląstelės yra atvirosios termodinaminės sistemos, joms vidinės energijos išteklius irgi reikia nuolat papildyti. Vienos ląstelės joms būtiną energiją gauna skaidydamos organinius junginius. Autotrofinės ląstelės jų pasigamina fotosintezės būdu, o heterotrofinės – gauna iš autotrofinių arba kitų heterotrofinių ląstelių, tačiau negali panaudoti akumuliuotos energijos, nes ji atsipalaiduoja tik šiems junginiams skylant. Dėl to ląstelės juos skaido į paprastesnius arba iki galutinių produktų – CO2 ir H2O, o skilimo metu atsipalaiduojančią energiją akumuliuoja ATP makroenergetinėse jungtyse ir tik po to ppanaudoja įvairiems savo poreikiams. Procesas, kai organiniai junginiai aerobiškai skaidomi iki CO2 ir H2O, o atsipalaidavusi energija naudojama ATP sintetinti vadinamas kvėpavimu. Kvėpuojant dažniausiai skaidomi angliavandeniai. Kvėpavimo suminė lygtis:

C6 H12 O6 + 6O2 + 36ADP + 36P  6CO2 + 6H2O + 36ATP

Energija iš ląstelės i ląstelę arba iš vienų audinių bei organų į kitus netransliuojama, dėl to kvėpavimas vyksta kiekvienoje gyvoje ląstelėje. Energijos tiekimas – svarbiausia, bet ne vienintelė gyvavimo funkcija. Šis procesas būtinas dėl to, kad iš skaidomų angliavandenių susidarytų tarpinių skaidymo produktų, iš kurių sintetinami kiti ląstelėms būtini junginiai – amino rūgštys, baltymai, lipidai. Per kvėpavimą išsiskyrusią energiją naudojame mineralinių druskų jonams ir organiniams junginiams pro membranas pernešti bei *********** nunešti, dirginimo signalams priimti ir į kitus audinius bei organus perduoti, citoplazmos judėjimui palaikyti. Energijos taip pat reikia augimui, dauginimuisi.

Kvėpuojant skaidomi įvairūs organiniai junginiai, bet svarbiausia yra gliukozė. Ji skaidoma dviem būdais: aeroliniu ir anoeroliniu būdu. Gliukozės skilimo ir pirovynuogių rūgšties reakcija vadinama glikolizė. Ji pradedama fosforo rūgšties liekanos atskyrimu iš ATP, ir susidaro ADP. Viskas vyksta ląstelių mitodrondrijose, kur susitelkę fermentai. Kvėpavimo metu daugiausia naudojamas O2, nes vyksta nerolinis skaidymas. Jo metu išsiskiria 2875 kJ/mol. Galutiniai produktai CO2 ir H2O, bei ATP, kurioje sukaupta apie 45% ggautos energijos. Kai žmogus intensyviai dirba, sportuoja, kraujas neatneša į jo raumenis pakankamai deguonies ir susidaro anaerobinės sąlygos. Raumenyse gliukozė skyla iki pieno rūgšties:

C6 H12 O6 + 2ADP + 2H3 PO4= 2C3 H6 O3 + 2ATP + 2H2O.

šiame procese deguonis nedalyvauja. Tai anoerolinis kvėpavimas.

Organizme energija perduodama trim etapais:

1. Medžiagų patekimas į ląsteles.

Maistas ir O2 per virškinimo ir kvėpavimo organus patenka į kraują, audinių skystį ir limfą, nukeliauja į audinių ląsteles.

2. Medžiagų kitimas ląstelėse.

Vyksta asimiliacija ir disimiliacija. Vykstant disimiliacijai sudėtingos medžiagos skaidomos į paprastesnes: baltymai – į amino r., nukleininės r. – į nukleotidus, krakmolai – į gliukozę, riebalai – į riebiąsias rūgštis ir gliceriną. Visos šios medžiagos suskaidomos iki CO2 ir H2O, išsiskiria energija. Kartu vyksta ir sintezės reakcijos – atsiranda medžiagų reikalingų naujoms įvairių ląstelių dalių molekulėms susidaryti. Tai asimiliacija. Visos ląstelės procesai vyksta tinkamu laiku ir tvarkingai, visose reakcijose dalyvaujant fermentams.

3. Medžiagų šalinimas.

Skilimo produktai pašalinami pro inkstus, odą, plaučius (arba augaluose pro žioteles). Visų šių procesų metu ląstelės kvėpuoja, energija sunaudojama ir vėl pasigamina.