Водный потенциал. Осмос. Транспорт воды в растительной клетке

Водный обмен растительных клеток.

Поглощение воды из внешней среды является обязательным условием существования любого живого организма. Поступление воды в клетки идет путем осмоса, набухания биоколлоидов и увеличения степени их гидратации, а также активным путем.

3.1. Формы воды в растительной клетке

В клетках и тканях различают две формы воды – свободную и связанную. Свободная вода – это чистая, лишенная каких-либо примесей вода с высокой подвижностью. Свзанная вода – вода, содержащаяся в гетерогенных системах, она не может служить растворителем и имеет ограниченную подвижность. Различают три формы связанного состояния воды: осмотически связанную, коллоидно связанную и капиллярно связанную. Осмотически связанная вода участвует в гидратации растворяемых веществ. Коллоидно связанная вода включает интрамицеллярную воду (находится внутри коллоидной системы) и интермицеллярную воду (находится на поверхности коллоидов и между ними). Таким образом вода может связываться с белками и полисахаридами.

Капиллярно связанная вода находится в клеточных стенках и сосудах проводящей системы. Клеточные стенки обладают высокой гигроскопичностью благодаря гидрофильности пектиновых веществ и целлюлозы. Они содержат две фракции воды – подвижную и малоподвижную. Вода, удерживаемая на микрофибриллах целлюлозы водородными связями считается малоподвижной. Вода, находящаяся в крупных капиллярных пространствах – подвижной.

Содержание воды в цитоплазме может достигать 95% от ее массы. Большая часть воды находится в виде гидрофильных коллоидов белков.

Митохондрии, хлоропласты, ядро содержат около 50% воды, т.к. более 40% в них липиды и другие гидрофобные вещества.

Вакуоль содержит до 98% воды, т.к. клеточный сок – это раствор сахаров, солей, органических и неорганических веществ.

Вода является важным структурным компонентом мембран, которые могут содержать до 25% воды в связанной форме. Взаимодействие воды с мембранными липидами и белками определяет структурно-функциональные свойства мембран и играет важную роль в процессах их формирования и стабилизации.

Энергетический уровень воды, как и любого другого веществ, отражаемый скоростью диффузии, называют химическим потенциалом, или, применительно к воде, водным потенциалои. Водный потенциал является термодинамическим показателем состояния воды в системе и характеризует способность воды диффундировать, испаряться или поглощаться.. Величину водного потенциала выражают в паскалях (1 ПМа = 10 атм). Направление диффузии воды, или массового водного тока, определяется градиентом водного потенциала.

Водный потенциал складывается из 4 компонентов:

Ψ_w= ψ_s+ψ_p+ψ_g+ψ_m

ψ_s - осмотический потенциал, определяется концентрацией растворенного вещества. ψ_s - -сRT, где с – концентрация вещества в молях, R- газовая постоянная, T – абсолютная температура, знак «-«означает, что растворенное вещество уменьшает водный потенциал раствора. Осмотический потенциал равен осмотическому давлению с обратным знаком. ψ_p + - потенциал давления, отражает влияние на активность воды гидростатического давления. Потенциал давления по абсолютной величине равен тургорному давлению, но противоположен ему по знаку.ψ_g+ - гравитационный потенциал, отражает влияние на активность воды силы тяжести. ψ_m– потенциал набухания биоколлоимдов, связан с поглощением воды за счет гидратации белков и других биоколлоидов.

Наибольшая величина водного потенциала у чистой воды. Она условно принята за 0. Водный потенциал растворов, растительных клеток, тканей, атмосферы, почвы, как правило, имеет отрицательное значение.. Для определения гидростатического давления растительных клеток обычно используют психрометр, осмотическую ячейку.

Осмос. Это процесс диффузии воды в раствор, отделенной полупроницаемой мембраной. Осмотический потенциал – равен тому давлению, которое необходимо приложить к раствору, что бы предотвратить поступление в него воды.. Если вода диффундирует в раствор, отделенный от нее полупроницаемой мембраной, возникает давление (осмотическое), равное по величине, но противоположное по знаку исходному осмотическому давлению. Осмотическое давление определяется по формуле Вант-Гоффа:

Р_осм = icRT,

i – изотонический коэффициент, равный 1+ α(n-1), где α – степень электролитической диссоциации; n – количество ионов, на которые распадается молекула электролита. R – универсальная газовая постоянная. Е – температура. Из уравнения следует, что осмотическое давление определяется концентрацией растворенного вещества.

Силу, с которой вода входит в клетку называют сосущей силой (S). Она тождественна водному потенциалу клетки:

S= Р_осм–Р, где Р – тургорное давление клетки, оно равно противодавлению клеточной стенки при ее растяжении.

Когда клетка насыщена водой S=0, т.к. Р_осм =Р. Вода не поступает в клетку. Устанавливается динамическое равновесие, ее водный потенциал равен 0. При водном дефиците водный потенциал клеточных стенок становится меньше чем в вакуолях и вода начинает перемещаться в клеточные стенки. Отток воды снижает тургорное давление клетки, следовательно, увеличивается сосущая сила. При длительном дефиците воды клетки теряют тургор. т.е Р=о, следловательно, S= Р_осм..

Молекул воды малы и проходят через клеточные мембраны намного быстрее чем молекулы других веществ. Для транспорта воды служат интегральные мембранные белки аквапорины, формирующие в мембране избирательные для воды каналы.

Дата добавления: 2014-01-20