Вода – самое простое химическое соединение, входящее в состав живых организмов. А по количественному содержанию в клетке она занимает первое место – на ее долю в среднем приходится приблизительно 75–80%. Однако следует помнить, что в различных клетках содержание воды может сильно варьировать. Так, в клетках зародыша человека содержится более 90% воды, клетках медузы – 95%, а эмаль зубов содержит всего 10% воды.

Вода находится в клетках в двух состояниях – связанном и свободном.

4–5% воды находится в связанном с молекулами белка состоянии. Это так называемая сольватная вода, которая образует оболочки вокруг белковых молекул, изолируя их друг от друга и препятствуя их агрегации. Сольватная вода по своим химическим и физическим свойствам отличается от свободной воды. Так, например, она не растворяет солей, а замерзает при температуре, близкой к –40°С.

95% воды находится в свободном состоянии. Эта вода выполняет следующие функции:

• играет роль растворителя химических веществ;
• является средой, в которой протекают жизненно важные химические реакции;
• включается в качестве активного компонента в некоторые ферментативные реакции;
• осуществляет приток веществ в клетку и удаление продуктов жизнедеятельности из нее;
• определяет тургорное давление клетки;
• благодаря высокой теплоемкости и теплопроводности обеспечивает незначительные колебания температуры внутри клетки и равномерное распределение тепла по клетке и во всем организме, предохраняя его от перегревания;
• межтканевые жидкости, состоящие преимущественно из воды, смачивают (смазывают) покровы там, где происходит трение одного органа о поверхность другого, например, в суставах.

Рис. 17. Молекула воды
(http://www.college.ru/biology/)

Рис. 18. Образование водородной связи в молекуле воды

О большой биологической роли воды свидетельствует четкая связь между интенсивностью обмена веществ и содержанием воды в органах и тканях. Так, серое вещество мозга содержит 86 % воды, мышцы сердца – 79 %, а кости – 20 %.

При снижении интенсивности обмена веществ у животных, например, при анабиозе, количество воды уменьшается. Уменьшается оно и с возрастом – эмбрион человека в возрасте 1,5 месяцев содержит 97,5 % воды, плод 8 месяцев – примерно 83 %, тело новорожденного – 74 %, взрослого человека – 66 % воды.

Очевидно, что одной из причин снижения интенсивности обмена веществ является снижение содержания воды в организме.

Два свойства воды – способность образовывать водородные связи и обратимая ионизация – оказываются весьма существенными для протекания внутриклеточных процессов.

Атомы кислорода и водорода обладают разным сродством к электрону (электроотрицательностью), и, хотя молекула воды в целом электрически нейтральна, на кислороде локализуется частичный отрицательный, а на атомах водорода – частично положительный заряды. Благодаря такому пространственному разделению зарядов соседние молекулы могут электростатически притягиваться друг к другу. Такой тип электростатического притяжения между частичными зарядами электронейтральных молекул называется водородной связью, поскольку два электроотрицательных атома оказываются связаны через атом водорода. Водородные связи намного слабее ковалентных. Энергия водородных связей в жидкой воде (т.е. энергия, необходимая для разрушения одной связи) составляет примерно 18,8 кДж/моль, тогда как энергия ковалентных связей Н–О в молекулах воды равна 460 кДж/моль. Биполярный характер молекулы воды делает ее значительно лучшим растворителем, чем большинство других общеизвестных жидкостей. По отношению к воде все вещества делятся на гидрофильные и гидрофобные.