خواص آب و املاح معدنی

۲۱ دلیل برای اینکه زندگی به آب بستگی دارد

بیشترین جرم بدن از آب تشکیل شده است

۱. درصد تقریبی (بر حسب جرم) آب در بدن انسان چقدر است؟ به نظر شما این درصد در بزرگسالان بیشتر است یا در افراد مسن؟

تقریباً ۶۵ درصد از جرم انسان از آب تشکیل شده است. برای مثال مغز حدود ۹۰ درصد آب است. ماهیچه ها، ۸۵٪؛ و استخوان ها بین ۲۵ تا ۴۰ درصد آب هستند.

جوانان نسبت به افراد مسن نسبت آب بیشتری دارند.

توابع بیولوژیکی آب

۲. وظایف بیولوژیکی اصلی آب چیست؟

آب حلال اساسی برای واکنش های شیمیایی موجودات زنده است. این وسیله اصلی حمل و نقل مواد در داخل و بین سلول ها و بافت ها است و مسئول حفظ دمای مناسب برای عملکرد ارگانیسم است. آب همچنین معرف یا محصول بسیاری از واکنش های بیوشیمیایی مانند فتوسنتز، تنفس سلولی، تشکیل پیوندهای پپتیدی برای سنتز پروتئین و غیره است.

۳. آب در واکنش های آلی نقش کلیدی دارد. نمونه هایی از دو نوع واکنش آلی که در آنها آب ورودی یا خروجی است چیست؟

فتوسنتز یک فرآیند بیوشیمیایی است که در آن آب در مولکول های آلی ترکیب می شود. در این واکنش، اتم های هیدروژن آب به گلوکز تولید شده وارد می شوند و اتم های اکسیژن آب، اکسیژن مولکولی آزاد شده را تشکیل می دهند: دی اکسید کربن + آب + نور = گلوکز + اکسیژن مولکولی. تنفس هوازی نمونه ای از یک واکنش بیوشیمیایی است که در آن آب تولید می شود: گلوکز + اکسیژن مولکولی = دی اکسید کربن + آب.

قطبیت آب

۴. آب یک مولکول قطبی است یا غیر قطبی؟ این برای عملکرد آب به عنوان یک حلال چه معنایی دارد؟

آب از دو اتم هیدروژن ساخته شده است که با پیوند کووالانسی به یک اتم مرکزی اکسیژن متصل شده و یک ساختار فضایی زاویه ای ایجاد می کند. اتم های هیدروژن الکترون ها را به اکسیژن “قرض می دهند” و در نتیجه اتم اکسیژن منفی تر می شود در حالی که اتم های هیدروژن مثبت تر می شوند. هندسه فضایی مولکول آب آن را به یک مولکول قطبی با قطب های منفی و مثبت تبدیل می کند.

آب یک حلال عالی برای مواد قطبی است زیرا فعالیت الکتریکی (جاذب و دافعه) قطب های آن به جداسازی و اختلاط این مواد کمک می کند و به آنها حرکت بیشتری می دهد و در نتیجه تعداد برخوردهای مولکولی و سرعت واکنش های شیمیایی را افزایش می دهد. از طرفی آب برای مواد غیر قطبی حلال خوبی نیست.

  • خواص آب و نمک های معدنی – تنوع تصویر: قطبیت آب  

۵. مواد محلول در آب و محلول در چربی کدام نوع قطبیت را نشان می دهند؟

مواد محلول در آب مولکول های قطبی هستند، به این معنی که دارای مناطق باردار الکتریکی هستند. به این مولکول‌ها «محلول در آب» می‌گویند، زیرا در آب محلول هستند که یک مولکول قطبی نیز هست.

مواد محلول در چربی مولکول های غیر قطبی هستند، به این معنی که از نظر الکتریکی خنثی هستند. آنها “محلول در چربی” نامیده می شوند زیرا مواد غیر قطبی دیگر را حل می کنند.

وابستگی آنزیم ها به آب

۶. اهمیت آب برای فعالیت آنزیم چیست؟

آنزیم ها کاتالیزورهای بیولوژیکی هستند که برای رسیدن به بسترهای خود و اتصال به آنها به آب وابسته هستند. هیچ فعالیت آنزیمی بدون آب وجود ندارد. علاوه بر این، آنزیم ها برای انجام کار خود به فواصل pH کافی بستگی دارند و این pH نتیجه آزاد شدن کاتیون های هیدروژن (H+) و آنیون های هیدروکسیل (OH-) توسط اسیدها و بازهای موجود در محلول های آبی است.

اهمیت آب برای زندگی

۷. آیا آب ظرفیت گرمایی کم یا زیاد دارد؟ اهمیت بیولوژیکی این ویژگی چیست؟

ترمولوژی به ما می گوید که مقدار گرمای مبادله شده (Q) برابر است با جرم (m) ضرب در گرمای ویژه یک ماده (c) ضرب در تغییر دما (T): Q = mcΔT. علاوه بر این، می گوید که ظرفیت گرمایی Q/T است، و بنابراین، ظرفیت گرمایی mc، با این حال، به یک جسم خاص مربوط می شود، زیرا جرم را در نظر می گیرد، در حالی که گرمای ویژه به طور کلی به ماده مربوط می شود. بنابراین رجوع به گرمای مخصوص در این مورد صحیح تر است.

آب دارای گرمای ویژه ۱ کالری در گرم درجه سانتیگراد است که به این معنی است که به ازای هر اضافه یا تفریق ۱ کالری انرژی ۱ درجه سانتیگراد در هر گرم تغییر می کند. این مقدار بسیار بالایی است (به عنوان مثال، گرمای ویژه اتانول ۰.۵۸ کالری در گرم درجه سانتیگراد است و جیوه، یک فلز، دارای گرمای ویژه ۰.۰۳۳ کالری در گرم درجه سانتیگراد است)، که آب را به یک محافظ حرارتی عالی در برابر می کند. تغییرات دما حتی اگر تغییرات دمای خارجی ناگهانی رخ دهد، شرایط بیولوژیکی داخلی در موجودات حاوی آب کافی ثابت نگه داشته می شود.

گرمای ویژه بالا یکی از مهمترین خواص آب است.

۸. خواص اصلی آب که آن را برای زندگی خاص می کند چیست؟

خواصی که آب را از نظر بیولوژیکی مهم می کند عبارتند از: قطبیت مولکولی، پایداری حرارتی (حرارت ویژه بالا)، همجوشی و نقطه جوش که به آن اجازه می دهد در اکثر محیط ها مایع بماند، خنثی بودن اسید-باز، اندازه مولکولی کوچک و واکنش شیمیایی کم. (این با مواد دیگر مانند اتانول یا سولفید هیدروژن مقایسه می شود.)

یون های بیولوژیکی اصلی

۹. یون ها چیست؟ دو نوع مولکول که یون ها در آنها طبقه بندی می شوند کدامند؟

یون ها اتم ها یا موادی هستند که به دلیل از دست دادن یا به دست آوردن الکترون ها بار الکتریکی دارند.

دو نوع یون کاتیون و آنیون هستند. کاتیون ها یون هایی با بار الکتریکی کل مثبت و آنیون ها یون هایی با بار الکتریکی کل منفی هستند.

۱۰. یون های مثبت اصلی موجود در موجودات زنده کدامند؟

کاتیون های اصلی موجود در موجودات زنده عبارتند از: کاتیون سدیم (Na+)، کاتیون پتاسیم (K+)، کاتیون کلسیم (Ca++)، کاتیون های آهن (Fe++، Fe+++)، کاتیون منیزیم. Mg++)، کاتیون روی (Zn++) و کاتیون منگنز (Mn++).

۱۱. یون های منفی اصلی موجود در موجودات زنده کدامند؟

آنیون های اصلی موجود در موجودات زنده عبارتند از: آنیون کلرید (Cl-)، آنیون فسفات (PO4–)، آنیون بی کربنات (HCO3-)، آنیون نیترات (NO3-) و آنیون سولفات (SO4-).

توابع بیولوژیکی نمک های معدنی

۱۲. نقش نمک های معدنی در تنظیم اسمزی چیست؟

فشار اسمزی به تعداد ذرات حل شده در محلول بستگی دارد نه به ماهیت چنین ذرات. نمک های معدنی، گلوکز، پروتئین ها و اوره ذرات اصلی تنظیم کننده اسمولاریته یک ارگانیسم هستند. این مولکول ها به همراه سایر ذرات داخل و خارج سلول، شیب اسمزی بزرگتر یا کوچکتر را بین فضای درون سلولی و خارج سلولی ایجاد می کنند.

۱۳. نقش نمک های معدنی در ایجاد کشش الکتریکی (ولتاژ) در سطح سلولی چیست؟

به عنوان مثال، فعالیت الکتریکی یک سلول، در نورون ها، به غلظت های مختلف یون های مثبت و منفی بین سطوح داخلی و خارجی غشای سلولی بستگی دارد. نمک های معدنی مسئول آن ولتاژ هستند.

غشای سلولی یک سلول غیر برانگیخته معمولاً دارای درون منفی و بیرون مثبت است. این وضعیت الکتریکی با انتقال یون در سراسر غشا حفظ می شود.

۱۴. چرا تنظیم pH برای موجودات زنده مهم است نقش نمک های معدنی در این تنظیم چیست؟

پتانسیل هیدروژن (pH) اندازه گیری مقدار یون هیدروژن (H-) در یک محلول است. تنظیم pH بسته به نیاز هر اندام یا بافت برای یک ارگانیسم بسیار مهم است، زیرا آنزیم ها فقط در محدوده pH خاصی عمل می کنند و بسیاری از پروتئین ها فقط در محدوده pH خاصی فعال هستند. بنابراین، واکنش های بیوشیمیایی به وجود سطوح صحیح pH بستگی دارد.

PH خنثی یکی از خواص آب است.

۱۵. نقش نمک های معدنی در فعالیت آنزیم چیست؟

بسیاری از نمک های معدنی کوفاکتور آنزیم ها هستند، به این معنی که آنها موادی هستند که بدون آنها آنزیم ها کار نمی کنند.

کلسیم، آهن، منیزیم، فسفات، ید و کلر

۱۶. فرآیندهای بیولوژیکی اصلی که کلسیم در آن دخالت دارد کدامند؟

کلسیم تقریباً در تمام سلول ها وجود دارد و عملکردهای مختلفی دارد.

کلسیم نقش مهمی در انقباض عضلانی، در فرآیند انعقاد خون، در ساختار بافت استخوانی، در دندان ها، در حرکت تاژک سلول اسپرم و در انتقال تکانه های عصبی ایفا می کند.

۱۷. هموگلوبین چیست؟ کدام عنصر معدنی در ترکیب هموگلوبین اساسی است؟

هموگلوبین پروتئین موجود در خون است که وظیفه انتقال اکسیژن از ریه ها به بافت ها و سلول ها را بر عهده دارد.

مولکول هموگلوبین از چهار زنجیره پروتئینی تشکیل شده است که هر کدام دارای یک گروه هِم حاوی یک اتم آهن است. آهن مسئول اتصال اکسیژن در ریه ها و همچنین رنگ قرمز هموگلوبین و در نتیجه خون است.

۱۸. اهمیت منیزیم برای گیاهان چیست؟ سایر عملکردهای بیولوژیکی اصلی منیزیم چیست؟

منیزیم اساساً برای گیاهان مهم است زیرا بخشی از مولکول کلروفیل است (و کلروفیل برای فتوسنتز ضروری است).

منیزیم همچنین به عنوان کوفاکتور چندین آنزیم عمل می کند و نقش مهمی در آرامش عضلانی و در انتقال تکانه های عصبی دارد.

۱۹. فسفوریلاسیون چیست؟ برخی از فرآیندهای بیولوژیکی که فسفوریلاسیون در آنها نقش حیاتی دارد کدامند؟

فسفوریلاسیون نامی است که به فرآیندهای افزودن فسفات ها به برخی مولکول ها داده می شود، بنابراین این مولکول ها انرژی بیشتری می گیرند. فسفوریلاسیون نقش مهمی دارد، به عنوان مثال، در فتوسنتز (فتوفسفوریلاسیون فاز نور) و در تنفس هوازی (فسفوریلاسیون اکسیداتیو زنجیره تنفسی). به طور کلی، فسفات مورد استفاده در فسفوریلاسیون از مولکول های ATP می آید.

۲۰. چرا ید برای انسان مهم است؟

ید یک عنصر شیمیایی است که برای عملکرد مناسب تیروئید ضروری است زیرا توسط هورمون های تولید شده توسط این غده موجود است. کمبود ید باعث ایجاد نوعی کم کاری تیروئید به نام گواتر آندمیک می شود.

۲۱. توابع بیولوژیکی اصلی که یون های کلرید در آن نقش دارند کدامند؟

مانند کاتیون های سدیم، آنیون های کلرید به طور فعال در تنظیم اسمولاریته بافت و سلول ها با عبور از غشای سلولی و جلوگیری از ورود آب به داخل سلول یا توقف از دست دادن بیش از حد آب از سلول، شرکت می کنند. آنیون‌های کلرید نقش مهمی در تعادل اسید و باز موجودات زنده دارند زیرا همراه با آنیون‌های بی کربنات در سیستم بافر pH بدن نقش دارند. عملکرد دیگر یون‌های کلرید در فیزیولوژی گوارش است: در داخل مجرای معده، اسید هیدروکلریک ترشح شده توسط سلول‌های معده به یون‌های هیدروژن و کلر یونیزه می‌شود و pH آب معده را کاهش می‌دهد و اجازه می‌دهد تا هضم آنزیمی انجام شود.

اکنون که مطالعه خواص آب و نمک های معدنی را به پایان رسانده اید ، این گزینه های شما هستند:

  • این موضوع را باز هم مرور کنید، همه پرسش و پاسخ ها را دوباره بخوانید.
  • موضوع بعدی را مطالعه کنید: به سراغ کربوهیدرات بروید .
  • با استفاده از منوی موضوع، دنباله پرسش و پاسخ دیگری را برای مطالعه انتخاب کنید.