Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Роль і вміст води в організмі
Вступ
Ще в 60-го роки Нобелівський лауреат, найбільший авторитет в області біоенергетики Альберт Сцент-Дьерді вигукнув: «Біологія забула роль води або взагалі не думала про неї». Основну субстанцію організму –воду прийнято розглядати як майже нейтральний розчинник, в якому протікають біохімічні реакції, як субстанцію, яка розносить по тілу різні речовини. Вважалося, що води в організмі більш, ніж достатньо, а та, що втрачається з потом, сечею і повітрям, що видихається, легко компенсується будь-якими напоями, що містять воду, так, що роль води просто недооцінювали. Тільки в самі останні роки стало приходити розуміння ролі води для людини, того, що не існує води, як такої, що вона представлена безліччю різних форм і ця її різноманітність дозволяє їй не тільки підтримувати життя, але, по суті, бути джерелом життя.
Останніми роками почалися дослідження ролі води і її структурних особливостей, що міститься як в живих клітинах, так і в позаклітинному середовищі. Виявилося, що вода в живому організмі високо організована, тобто значна частина води пов'язана з біологічними молекулами, утворюючи багатошарові структури.
Отже, вода грає не менше важливу роль в динамічній структурній організації живої речовини –кліток і оточуючих їх сполучнотканинних елементів, що і біологічні молекули, які в ній мешкають. Але вона ще і безпосередньо бере участь в обміні речовин, який, власне, і лежить в основі всіх процесів життєдіяльності. Обмін речовин –це безперервна заміна одних молекул на інші, тобто розпад одних і синтез тих же або інших молекул, потрібних організму в даний момент і в даному його місці. Здійснення обміну речовин вимагає безперервного притоку енергії, а в її продукції в організмі вода, як ми побачимо далі, також грає ключову роль.
1. Біологічне значення води
1.1 Будова води
Вода –унікальна речовина і всі її аномальні властивості: висока температура кипіння, значна розчинювальна і диссоциїруюча здатність, мала теплопровідність, висока теплота випаровування і інші обумовлені будовою її молекули і просторовою структурою.
У окремо взятої молекули води є якість, яка виявляється тільки у присутності інших молекул: здатність утворювати водневі містки між атомами кисню двох що виявилися поряд молекул, так, що атом водню розташовується на відрізку, що сполучає атоми кисню. Властивість утворювати такі містки обумовлена наявністю особливої міжмолекулярної взаємодії, в якій істотну роль грає атом водню. Ця взаємодія називається водневим зв'язком.
Водневий зв'язок визначає унікальні властивості води: у води дуже високі температури кипіння, плавлення і паротворення, оскільки потрібно затрачувати додаткову енергію на розрив водневих зв'язків. Тільки вода знаходиться у всіх трьох агрегатних станах. Інші речовини з схожою будовою і молекулярною масою, такі як H2S, HCl, NH3 в земних умовах є газами.
Кожна з приєднаних до даної молекули води сама здібна до приєднання подальших молекул. Цей процес можна називати «полімеризацією». Якщо тільки один з двох можливих зв'язків бере участь в приєднанні наступної молекули, а інша залишається вакантною, то «полімеризація» приведе до утворення або зигзагоподібного ланцюга, або замкнутого кільця. Якнайменше кільце, мабуть, може складатися з чотирьох молекул, але величина кута 90° робить водневі зв'язки украй напруженими. Практично ненапруженим повинні бути пятизвенные кільця (кут 108°), а шестизвенные (кут 120°), також як і семизвенные –напружені.
Розгляд реальних структур гідратів показує, що, дійсно, найбільш стійко шестизвінне кільце, що знаходиться в структурах льодів. Плоскі кільця є привілеєм клатратних гідратів, причому у всіх відомих структурах частіше за все зустрічаються плоскі пятизвінні кільця з молекул води. Вони, як правило, чергують у всіх структурах клатратных гідратів з шестизвінними кільцями, дуже рідко з чотирезвінні, а в одному випадку –з плоским семизвінним.
В цілому структура води представляється як суміш всіляких гідратних структур, які можуть в ній утворитися.
В прикладному аспекті це, наприклад, має важливе значення для розуміння дії лікарських речовин. Як було показане Л. Полингом структурована клатратна форма води в міжсинаптичних утвореннях мозку забезпечує, з одного боку, передачу імпульсів з нейрона на нейрон, а, з другого боку при попаданні в ці ділянки наркозної речовини така передача порушується, тобто спостерігається явище наркозу. Гідратація деяких структур мозку є однією з основ реалізації дії наркотичних анальгетиків (морфіну).
1.2 Біологічне значення води
Вода як розчинник. Вода –чудовий розчинник для полярних речовин. До них відносяться іонні з'єднання, такі як солі, у яких заряджені частинки (іони) дисоціюють у воді, коли речовина розчиняється, а також деякі неіонні з'єднання, наприклад цукру і прості спирти, в молекулі яких присутні заряджені (полярні) групи (-OH).
Результати численних досліджень будови розчинів електролітів свідчать, що при гідратації іонів у водних розчинах основну роль грає ближня гідратація –взаємодія іонів з найближчими до них молекулами води. Великий інтерес представляє з'ясування індивідуальних характеристик ближньої гідратації різних іонів, як ступеня скріплення молекул води в гідратних оболонках, так і ступеня спотворення в цих оболонках тетраедричної льодоподібної структури чистої води –зв'язки в молекулі змінюються на неповний кут. Величина кута залежить від іона.
Коли речовина розчиняється, його молекули або іони дістають можливість рухатися вільніше і, відповідно, його реакційна здатність зростає. З цієї причини в клітці велика частина хімічних реакцій протікає у водних розчинах. Неполярні речовини, наприклад ліпіди, не змішуються з водою і тому можуть розділяти водні розчини на окремі компартаменти, подібно тому, як їх розділяють мембрани. Неполярні частини молекул відштовхуються водою і в її присутності притягуються один до одного, як це буває, наприклад, коли крапельки масла зливаються в більш крупні краплі; інакше кажучи, неполярні молекули гідрофобні. Подібні гідрофобні взаємодії грають важливу роль в забезпеченні стабільності мембран, а також багатьох білкових молекул, нуклеїнових кислот і інших субклітинних структур.
Властиві воді властивості розчинника означають також, що вода служить середовищем для транспорту різних речовин. Цю роль вона виконує в крові, в лімфатичній і екскреторних системах, в травному тракті і у флоемі і ксилемі рослин.
Велика теплоємність. Питомою теплоємністю води називають кількість теплоти в джоулях, яке необхідне, щоб підняти температуру 1 кг води на 1° З. Вода володіє великою теплоємністю (4,184 Дж/г). Це значить, що істотне збільшення теплової енергії викликає лише порівняно невелике підвищення її температури. Пояснюється таке явище тим, що значна частина цієї енергії витрачається на розрив водневих зв'язків, що обмежують рухливість молекул води.
Велика теплоємність води зводить до мінімуму що відбуваються в ній температурні зміни. Завдяки цьому біохімічні процеси протікають в меншому інтервалі температур, з більш постійною швидкістю і небезпека порушення цих процесів від різких відхилень температури загрожує їм не так сильно. Вода служить для багатьох кліток і організмів середовищем незаселеного, для якого характерний досить значна постійність умов.
Велика теплота випаровування. Прихована теплота випаровування є міра кількості теплової енергії, яку необхідно повідомити рідини для її переходу в пару, тобто для подолання сил молекулярного зчеплення в рідині. Випаровування води вимагає досить значних кількостей енергії (2494 Дж/г). Це пояснюється існуванням водневих зв'язків між молекулами води. Саме через це температура кипіння води –речовини з такими малими молекулами –незвичайно висока.
Енергія, необхідна молекулам води для випаровування, черпається з їх оточення. Таким чином, випаровування супроводжується охолоджуванням. Це явище використовується у тварин при випоті, при тепловій задишці у ссавців або у деяких рептилій (наприклад, у крокодилів), які на пригріві сидять з відкритим ротом; можливо, воно грає помітну роль і в охолоджуванні листя, що транспірує.
Велика теплота плавлення. Прихована теплота плавлення є міра теплової енергії, необхідної для розплавлення твердої речовини (льоду). Воді для плавлення (танення) необхідна порівняно велика кількість енергії. Справедливо і зворотне: при замерзанні вода повинна віддати велику кількість тепловій енергії. Це зменшує вірогідність замерзання вмісту кліток і оточуючої їх рідини. Кристали льоду особливо згубні для живого, коли вони утворюються усередині кліток.
Густина і поведінка води поблизу точки замерзання. Густина води (максимальна при +4° З) від +4 до 0° Із знижується, тому лід легше за воду і у воді не тоне. Вода –єдина речовина, що володіє в рідкому стані більшою густиною, ніж в твердому, оскільки структура льоду більш рихла, ніж структура рідкої води.
Оскільки лід плаває у воді, він утворюється при замерзанні спочатку на її поверхні і лише під кінець в придонних шарах. Якби замерзання ставків йшло в зворотному порядку, від низу до верху, то в областях з помірним або холодним кліматом життя в прісноводих водоймищах взагалі не могло б існувати. Та обставина, що шари води, температура яких впала нижче 4 °С, підіймаються вгору, обумовлює перемішування води у великих водоймищах. Разом з водою циркулюють і що знаходяться в ній живильні речовини, завдяки чому водоймища заселяються живими організмами на велику глибину.
Після проведення ряду експериментів було встановлено, що зв'язана вода при температурі нижче за точку замерзання не переходить в кристалічні грати льоду. Це енергетично невигідно, оскільки вода достатньо міцно пов'язана з гідрофільними ділянками розчинених молекул. Це знаходить застосування в кріомедицині.
Велике поверхневе натягнення і когезія. Когезія –це зчеплення молекул фізичного тіла один з одним під дією сил тяжіння. На поверхні рідини існує поверхневе натягнення –результат діючих між молекулами сил когезії, направлених всередину. Завдяки поверхневому натягненню рідина прагне прийняти таку форму, щоб площа її поверхні була мінімальною (в ідеалі –форму кулі). Зі всіх рідин найбільше поверхневе натягнення у води (7,6 – 10,4 Н/м). Значна когезія, характерна для молекул води, грає важливу роль в живих клітках, а також при русі води по судинах ксилеми в рослинах. Багато дрібних організмів отримують для себе користь з поверхневого натягнення: воно дозволяє їм утримуватися на воді або ковзати по її поверхні.
Вода як реагент. Біологічне значення води визначається і тим, що вона є одним з необхідних метаболітів, тобто бере участь в метаболічних реакціях. Вода використовується, наприклад, як джерело водню в процесі фотосинтезу, а також бере участь в реакціях гідролізу.
2. Вміст води в організмі людини
Кожна жива клітка організму людини містить цілющий водний розчин різних живильних речовин.
Системи організму об’ємна доля, %
Кров 92
Нирки до 82
Мозок до 85
Печінка до 69
М'язи
Жирові тканини 25
Кістки до 28
В цілому організм людини перебуває на 86–50% з води (86% у новонародженого і 50% у старого).
Значення води в житті людини визначається тими функціями і тією величезною часткою, яку вона займає в загальній масі тіла людини і його органів.
Достатнє надходження води в організм є однією з основних умов здорового способу життя. Вода бере активну участь в хімічних реакціях, що проходять в нашому тілі, доставляє живильні речовини в кожну клітку, виводить токсини, шлаки і надлишки солей, сприяє пониженню кров'яного тиску, Споживання достатньої кількості води – це один з кращих способів запобігти утворенню каміння в нирках. Вода як би «мастить» суглоби, виконуючи тим самим роль амортизації для спинного мозку, а також регулює температуру тіла і забезпечує еластичність шкіри. Вода необхідна для нормального травлення. Беручи участь в обміні речовин, ця унікальна рідина дозволяє зменшити жирові накопичення і понизити вагу.
Певний і постійний зміст води –одна з необхідних умов існування живого організму.
Необхідно завжди підтримувати оптимальну кількість води в організмі!
Скільки води потрібно людині?
Людина надзвичайно гостро відчуває зміну змісту води в організмі і може прожити без неї всього декілька діб.
При втраті води до 2% маси тіла (1–1,5 л) з'являється спрага, при втраті 6–8% наступає стан напівнепритомності
При браку 10% з'являються галюцинації, порушується ковтання.
При втраті води в об'ємі 12% від маси тіла, людина гине.
Недостатнє споживання води порушує нормальну життєдіяльність організму: з'являється утомленість і знижується працездатність, порушуються процеси травлення і засвоєння їжі, сповільнюється перебіг біохімічних реакцій, збільшується в'язкість крові, що створює умови утворення тромбів, порушується процес кровотворення. Без води неможлива регуляція теплообміну організму з навколишнім середовищем і підтримка постійної температури тіла. Оскільки мозок на 75% складається з води, відносне його обезводнення викликає у кліток мозку найсильніший стрес. Обезводнення негативно впливає на найважливіші функції організму, ослабляючи його і роблячи уразливим для хвороб.
На думку ряду фахівців дефіцит води в організмі – хронічне обезводнення – є найважливішою причиною багатьох захворювань: астми, алергії, підвищеного артеріального тиску, надмірної ваги, деяких емоційних проблем, у тому числі депресії.
Потреба у воді залежить від характеру живлення, трудової діяльності, стани здоров'я, віку, клімату і інших чинників. Потреба у воді дорослої людини, що проживає в середній смузі, – 2,5–3 л в доба. В США нормою вважається 1 л води на 1000 ккал раціону живлення. Учені підрахували, що частину води (1,5 -2 л) ми споживаємо з їжею і напоями, близько 3% (0,3 л) води утворюється в результату біохімічних процесів в самому організмі. Таким чином, потреба організму в питній воді складає приблизно 1,2 -1,5 л в доба.
Проте останнім часом деякі фахівці схиляються до думки, що нормальній здоровій людині випивати потрібно все-таки 2 літри в день. Про всяк випадок. Щоб у жодному випадку не припуститися навіть невеликого обезводнення.
До речі, йоги рекомендують вживати 8–10 стаканів чистої води в день, тобто теж близько 2х літрів.
Потреба у воді збільшується в середньому: на 10% при підвищенні температури тіла на кожний градус вище 37 °C при фізичній роботі середньої тяжкості потреба підвищується – до 4–5 л при важкій роботі на свіжому повітрі до 6 л, а при роботі в гарячих цехах може збільшуватися до 15 л. (В.Г.Ліфляндській, доктор медичних наук, «Вода для здоров'я і довголіття»).
3. Роль води в організмі
Вода грає велику роль в розвитку, зростанні і фізіологічних функціях живого організму.
Все життєво важливі процеси в організмі протікають у водних розчинах органічних і неорганічних, речовин.
Рідини організму (кров, лімфа, тканинна рідина), що омивають в складному тваринному організмі клітинні елементи, беруть безпосередню участь в процесах обміну речовин. Універсальним внутрішнім середовищем для всіх органів і тканин організму є кров.
Кров і лімфа нашого організму переважно складаються з води. Лімфа (від лат. – чиста вода, волога) – рідина, що міститься в лімфатичних судинах хребетних тварин і людини.
Завдяки властивостям води як розчинника кров і лімфа служать ідеальним середовищем для протікання в організмі найскладніших хімічних процесів. Здатність організму підтримувати постійну температуру тіла в значній мірі обумовлена трьома фізичними властивостями води:
) вода володіє високою здатністю запасати тепло. Навіть холоднокровні тварини здатні підтримувати відносну постійність температури тіла при короткочасних коливаннях температури навколишнього середовища завдяки фізичним властивостям рідини, що міститься в їх організмі;
) вода має високий ступінь теплопровідності. Завдяки цьому тепло легко відводиться з глибоко розташованих частин тіла;
) вода постійно випаровується з поверхні легенів і шкіри. При випаровуванні втрачається значна кількість тепла, що має значення для процесів фізичної теплорегуляції.
Завдяки воді в організмі присутні у вигляді розчинів життєво важливі мінеральні речовини. У присутності води відбувається внутріклітинний синтез, всмоктування в кров різних речовин і т.і.
Кількість води, що міститься в органах і тканинах, носить майже постійний характер і виражається в наступних цифрах: кора великих півкуль головного мозку – 83,3%, сполучна тканина – 80, нирки – 82, шкіра – 72, кров –79,3, жирова тканина – 29, скелет – 22, зубна емаль – 0,2%'.
З вживаної нами їжі можуть пройти через стінки кишкового каналу тільки розчинні речовини. Нерозчинні компоненти їжі для нас даремні, оскільки вони не можуть проникнути через стінки кишківника в кров.
Без води було б неможливе живлення нашого тіла. Вона є необхідним провідником нових елементів, які доставляються організму. Вода ж відносить з собою речовини, які не були засвоєні або виділяються різними органами. Немає в організмі жодного процесу, пов'язаного з обміном речовин, який проходив би без участі води. Чим енергійніше ці процеси протікають, тим більше має потребу людина у воді. В молодому організмі, що росте, зміст води більше, ніж у дорослої людини, що сформувалася. Так, у новонародженого кількість води досягає 75% ваги тіла.
В процесі життєдіяльності організм виділяє воду через легені, шкіру і нирки. Водний обмін має виключно велике значення для людини, оскільки разом з водою з організму віддаляються шкідливі речовини або продукти обміну. Затримка цих речовин або невчасне їх видалення приводять до важких форм отруєння, а іноді навіть і до загибелі організму. Дослідами встановлено, що тварини, коли всю їх шкіру покривали лаком, гинули через закупорку пітних залоз. Їх організм перенасичувався токсичними речовинами, які повинні були виділятися пітними залозами.
Складова частина водного обміну – водний баланс. Він визначає співвідношення між кількостями води, що поступила і виділилася, в організмі. Постійний процентний вміст води в тканинах тіла є вельми важливою умовою його існування і нормальної життєдіяльності. Порушення цієї постійності може викликати значні зміни у функціональному стані організму.
Водне голодування швидше приводить до смерті, ніж повне харчове. Тому збереження водного балансу на відповідному рівні є важливою стороною загального обміну організму.
Для збереження нормального водного балансу необхідно, щоб кількість води, що поступає в організм за певний відрізок часу (наприклад, за добу), повністю відповідали кількості води, що виділилася.
Добова прибуткова частина водного балансу у людини складає в середньому близько 2500 мл. Вода вводиться в організм у вигляді пиття при угамуванні спраги, що приблизно складає 1200 мл, близько 1000 мл поступає з різними продуктами, що входять в добовий харчовий раціон людини. Крім того, 300 мл утворюється в організмі за рахунок окислення основних живильних речовин.
Виділяється вода з організму з сечею нирками (близько 1400 мл в добу); у вигляді калових мас (200 мл); у вигляді водяної пари з легких (близько 400 мл) і з поверхні шкіри у вигляді поту (близько 500 мл). Рідина, що виділилася, складає витратну частину водного балансу. Вода, будучи великим акумулятором тепла, грає важливу роль в регуляції температури тіла. Терморегуляція – це, здатність організму підтримувати майже постійну температуру тіла, не дивлячись на різні температурні умови зовнішнього середовища. Тепло утворюється в організмі безперервно в результаті окислювальних процесів, що відбуваються у всіх органах і тканинах. При дії на організм холодних подразників (низька температура повітря, холодний вітер, холодна вода і ін.) ці процеси посилюються, зростає утворення тепла, що оберігає тіло від охолоджування. Інший, протилежний процес, в якому вода грає основну роль, полягає в регуляції тепловіддачі. Основна частина всього що утворюється в організмі тепла віддається з поверхні тіла (шкіри) При підвищенні зовнішньої температури кровопостачання шкіри і її нагрівання посилюється, що сприяє тепловіддачі. В цих умовах підвищується виділення поту, який зволожує шкіру; випаровування поту з поверхні шкіри забезпечує велику віддачу тепла. При високій температурі повітря і підвищеній його вогкості випаровування, не дивлячись на рясне виділення поту, сповільнюється, тепловіддача утрудняється, і може наступити перегрів організму.
При посиленій м'язовій роботі різко зростає інтенсивність окислювальних процесів в організмі, а отже, і кількість що утворюється в організмі тепла. При цьому звичайно посилюється виділення поту і, головним чином за рахунок його випаровування, збільшується тепловіддача.
Чим важче робота, виконувана людиною, тим він більше потіє і більше споживає води, кількість якої може доходити до 6 л в день і більше. В умовах високої температури повітря, наприклад при роботі в гарячих цехах, а також при роботі або просто русі в південних пустелях людина може випивати до 11 л води в день. При цьому до 90% випитої води виділяється у вигляді поту.
Всякий прийом води викликає в нервовій системі людини складні процеси, які визначають угамування спраги, або потребу організму у воді. Встановлено, що у людини є так званий питний центр, що складається з тих відділів нервової системи, які регулюють поповнення водних ресурсів організму.
Питна збудливість (спрага) зменшується або збільшується під впливом гуморальних і рефлекторних чинників. Гуморальні чинники – це хімічний склад і физико-хімічний стан крові, а рефлекторні – дія з боку нервових закінчень початкової частини травного тракту.
Людський організм погано переносить обезводнення. Втрата 1–1,5 л води вже викликає необхідність відновлення водного балансу, сигналом чого є відчуття спраги, залежне від збудження питного центру.
Коли людина втрачає 6–8% своєї ваги за рахунок дефіциту води в його організмі наступають розлади ряду функцій: порушується обмін речовин; наростає кількість молочної кислоти; окислювальні процеси знижуються; збільшується в'язкість крові. Температура тіла підвищується, пульс швидшає, шкіра червоніє, частішає дихання, перехідне в задишку. Порушується секреція травних залоз. Апетит зникає повністю. Шкіра стає в'ялої в результаті зменшення волога в підшкірному шарі. З'являються м'язова слабкість, запаморочення, головний біль і млявість.
Якщо тіло людини втратить понад 10% своєї ваги за рахунок дефіциту води, то патологічні явища стають необоротними. При цьому западають очні яблука, погіршується зір, на шкірі утворюються тріщини. З'являються спазми в горлі. Розвивається анурія (відсутність сечі). Наступає марення. Дослідами над тваринами доведено, що вони гинуть при втраті 20–22% води, що знаходиться в тілі; хворобливі розлади (турбота; слабкість в кінцівках і ін.) наступають вже тоді, коли втрата води досягає 10%.
Хворобливі явища можуть наступити і коли людина споживає зайву кількість води. В цьому випадку наступають симптоми інтоксикації. З'являється слинотеча, нудота, блювота, температура тіла падає. Посилюється діурез (більше виділяється рідині, ніж поступає). Порушується координація рухів, з'являються судоми, м'язова слабкість і головний біль.
Всі ці явища наступають значно швидше, якщо вода мало мінералізована. От чому не рекомендується вживати дощову воду, воду талу, кип’ячену і т.д.
4. Роль води в енергетичних та хімічних процесах організму
Роль води в основних біохімічних реакціях відомо давно, але останнім часом на це не звертали дуже великої уваги, вважаючи, що води в організмі завжди вистачає для нормального їх протікання. Якщо ж придивитися уважніше, то стане ясно, що для одних процесів потрібна як би одна вода, для інших –зовсім інша, для третіх ще якась, і т.д. Тоді можлива ситуація, при якій організм може страждати від спраги при, здавалося б, надлишку в ньому води через дефіцит тієї, що потрібна йому в даний момент. Наприклад, для отримання з їжі живильних речовин і будівельних матеріалів основні компоненти їжі –білки і вуглеводи повинні бути роздроблені на дрібні фрагменти. Це відбувається за рахунок гідролізу –розщеплювання полімерів водою. Але щоб гідроліз пройшов, повинна розділитися на дві частини і сама молекула води. Значить, ефективність розщеплювання харчових полімерних молекул залежить не тільки від їх складу і структури, не тільки від ферментів, які їх розщеплюють, але і від того, чи достатньо там, де йде гідроліз, саме тієї води, яка володіє необхідною для здійснення гідролізу структурною організацією. Гідроліз протікає і у внутрішньому середовищі організму, де одні полімери безперервно заміщаються іншими, де постійно перебудовуються внутріклітинні і позаклітинні структури. Шляхом гідролізу усуваються старі, відпрацьовані біополімери або ті, що в даний момент не потрібні.
На місце розібраних на дрібні шматочки біополімерів повинні поступити нові. Вони збираються в клітині з молекулярної цегли, яка в потрібній послідовності стикується один до одного. Коли до ланцюга біополімеру, що росте, пришивається нова ланка, звільняється одна молекула води. Ця хімічна реакція носить назву поліконденсації, і вона, по суті, протилежна гідролізу. Останнім часом учені не дуже замислювалися над тим, як в клітині, яку вони розглядали як не дуже концентрований розчин (пригадаємо, що більше 99% всіх молекул клітки –це молекули води), взагалі може йти такий процес. Адже молекулу води, що звільнилася при з'єднанні двох цеглин, здавалося б, не так вже просто «виштовхнути» в оточуючу воду. Але якщо велика частина молекул води там, де йде синтез полімерів, не вільна, а зв'язана: входить, наприклад, до складу тих або інших оболонок, то виниклій при поліконденсації молекулі води набагато простіше покинути місце свого народження. Природно, там, де йде синтез, властивості водного середовища повинні різко відрізнятися від води в місцях гідролізу. В тому місці, де йде гідроліз, вона повинна бути вільніша, щоб забезпечити для гідролізу достатню кількість вільних молекул. Дотепер ці міркування, як правило, не бралися до уваги при розгляді обміну речовин.
Вода виконує також роль будівельного комплексу. Відомо, що істотна частина енергетичних процесів в клітинах будь-якого організму забезпечується молекулами АТФ –так би мовити, універсальною енергетичною валютою. Молекули АТФ несуть в собі легко доступну енергію, і, розщеплюючись, вони віддають її в потрібному місці в потрібний час. Для здійснення будь-якого акту життєдіяльності, наприклад, м'язового скорочення, молекула АТФ повинна розпастися на два фрагменти –молекулу АДФ і залишок фосфорної кислоти, а цей розпад –суть гідролізу. Значить, насправді, енергія звільняється при зв'язаному процесі розпаду молекули АТФ і молекули води і якщо останнє утруднене, то реалізувати енергію молекули АТФ стає важче. А щоб запасти енергію в молекулі АТФ, її необхідно синтезувати, з'єднавши молекулу АДФ із залишком фосфорної кислоти. І при цьому молекула води звільняється. Неважко здогадатися, що в тому місці, де АТФ синтезується і в тому місці, де вона розпадається, вода повинна бути по-різному зв’язаною.
Інше відоме джерело енергії –це різниця електричних потенціалів між клітиною і середовищем за рахунок нерівномірного розподілу між ними іонів калію і натрію. Концентрація калію в живій клітці багато вище, ніж в середовищі, а натрію набагато більше в середовищі, ніж в клітці. Особливо велика ця різниця в нервових клітках, де вона досягає багатьох десятків мілівольт. Проведення нервового імпульсу –це електричний розряд, при якому іони калію викидаються з клітки, а іони натрію входять в неї. Потім клітка направляє енергію обміну речовин на відновлення потенціалу до наступного його розряду. На роль води в цьому процесі уваги майже не звертають, хоча перерозподіл іонів калію і натрію супроводиться як перерозподілом води між кліткою і середовищем, так і істотною зміною її властивостей. Оскільки кожний іон оточений декількома молекулами води, то води перерозподіляється багато більше, ніж самих іонів. А, значить, і тут стан води як в клітках, так і в позаклітинному середовищі повинне визначати ефективність проведення нервових імпульсів, тобто функціонування нервової системи. Те ж можна сказати і про інші збудливі клітки, наприклад, м'язових, і, в першу чергу, про клітки серцевого м'яза. При скороченні м'язових кліток іони також перерозподіляються як усередині клітки між різними її частинами, так і між кліткою і середовищем разом із зв'язаною цими іонами водою. В незбудливих клітках зміни різниці електричних потенціалів між кліткою і середовищем також грає певну роль у виконанні ними своїх функцій. Отже, стан води важливий для електричної активності всіх кліток живого організму.
Отже, вода грає визначальну роль навіть в добре відомих біоенергетичних процесах, хоча, на жаль, останнім часом ця її роль залишалася поза увагою більшості біологів і медиків. А та роль, яку грає вода в процесах горіння, про які мовилося вище, взагалі практично ніким не обговорюється. Нагадаємо, що горіння відрізняється від тління, тим, що в останньому випадку енергія звільняється у формі тепла, а при горінні, коли горючі речовини напряму окислюються активними формами кисню, звільняються великі порції енергії, які перетворюються на видиме світло. Як це не дивно, виявилося, такою горючою речовиною може бути сама вода.
На рубежі нового тисячоліття відразу в декількох лабораторіях світу було знайдено, що в звичайних умовах: при нормальних температурах і тиску, вода може безпосередньо окислюватися активним киснем з утворенням інших активних його форм. Одна з них –це добре відомий перекис водню, Н2О2, яку можна зобразити як Н-О-О-Н. Але ще в кінці 19 століття російський хімік А.Н. Бах (пізніше –академік АН СРСР, засновник академічного Інституту біохімії, названого його ім'ям), передбачив, що можливе існування поліокисів водню типу Н2О3 (Н-О-О-О-Н) і Н2О4 (Н-О-О-О-О-Н), які повинні володіти ще більш високою «запальною активністю», ніж перекис водню. Згідно висунутої ним в 1897 р. теорії, яку він продовжував відстоювати ще майже півстоліття, саме з активації кисню, зокрема, при утворенні перекісних з'єднань, починаються будь-які окислювальні процеси в організмі, що живе за рахунок енергії, одержуваної від дихання.
Хоча перекисна теорія Баха грунтувалася на солідних наукових фактах, вона залишилася на периферії біоенергетики. І лише в 2000 році американські учені встановили, що воду може окисляти активований кисень (синглетний кисень) внаслідок чого утворюється перекис водню. Проміжними продуктами при цьому є Н2О3 і Н2О4. За певних умов вони можуть навіть нагромаджуватися у воді, перетворюючи її на джерело цінної енергії.
Американські учені довели, що окислення води киснем, а, по суті, її горіння постійно йде в крові людини і тварин. Давно відомо, що циркулюючі в крові захисні білки –антитіла –зв'язуються з чужорідними для організму молекулами для їх подальшого усунення. Відкриття полягало в тому, що антитіла сприяють горінню води. Вони так організовують воду в просторі, що вона каталізує власне окислення синглетним киснем до перекису водню. Ця властивість антитіл, очевидно, сприяє ефективному виконанню ними захисних функцій. Оскільки активні форми кисню –сильні дезинфікуючі засоби, значить, вірусам і бактеріям завдається збитку вже у момент скріплення з ними антитіл, тому що вода буквально «горить» навкруги них.
Антитіла захищають організм і від його власних молекул, якщо ті не відповідають встановленому «стандарту». Як ми відзначали вище, в нормі старі, відпрацьовані своє молекули усуваються шляхом гідролізу. Інший шлях їх видалення –це їх спалювання активними формами кисню. При гідролізі з високополімерних «відходів» обміну речовин виходить цегла, яку можна використовувати для побудови нових біополімерів і інших потрібних організму в даний момент біомолекул. При спалюванні відходів звільняється вкладена в них енергія. Ефективність обох процесів вимагає крім інших важливих чинників (наявність відповідних ферментів, достатнього надходження активного кисню для спалювання «відходів») особливої структурної організації води. Якщо ж оптимальні умови видалення відходів не забезпечені, в органах і тканинах нагромаджуються «нестандартні молекули», по суті, токсини, а в крайніх випадках наступає пухлинне переродження кліток. І тоді до боротьби з цими «внутрішніми ворогами» підключаються і клітки імунної системи, і антитіла, які здатні самостійно структурувати воду, і «спалювати» супротивника за допомогою активних форм кисню. Але ж основне призначення імунної системи –це захист організму від зовнішніх «ворогів», а боротьба з «внутрішнім ворогом» –це додаткове і не зовсім природне на неї навантаження. Якщо війна з «криміналом» продовжується дуже довго, можливо розвиток хронічних запальних станів або інших порушень імунітету, наприклад аутоіммунних захворювань, коли антитіла починають ворогувати не тільки з нестандартними молекулами, але і з цілком нормально функціонуючими молекулами організму, що приводить до його саморуйнування.
Отже, роль води, і сама вода –центральний персонаж у всіх процесах, що забезпечують життя будь-якого організму. Порушення її нормальної структурної організації, точніше за співвідношення різних структурних організацій і динамічних характеристик може служити одній з основних причин виникнення найрізноманітніших захворювань. Значить, запобігання хвороб або лікування вже хворого вимагає не менше уважного відношення до водної основи організму, ніж до стану його «твердих молекул», бо нормальна робота всіх кліток, органів і тканин можлива тільки тоді, коли вода і «тверді включення» в ній функціонують погоджено.
Література