المـــاء وأهميتة H2O
يعتبر الماء من اكثر المكونات الخلوية وفرة ,
ويعمل كمحيط مناسب للمركبات الموجودة في الخلية, ويلعب دوراً رئيسياً في ارتباط
خلايا الكائنات الحية, ويتصرف كمذيب رئيسي للبروتينات والسكريات, وتقرر الاواصر
الهيدروجينية اغلب فعالياته الحياتية, ويشكل حوالي 70% من الوزن الكلي لجميع
الكائنات الحية, اما في جسم الانسان فيكون 45_60 % من وزنه. والماء موجود بصورة
متوازنه بحالتين: الماء المرتبط والماء الحر. يستعمل الماء الحر لنقل كافة الاملاح
والايونات. اما الماء المرتبط فيتصل بانواع من المركبات الحياتية كالبروتينات
والاحماض النووية.
يقوم الماء بوظائف عديدة تتضمن :
-
التنظيم الحراري للجسم.
-
نقل العديد من المكونات الغذائية.
- اتصاف الماء بالفعالية التأينية.
ويصبح له تركيب قطبي كهربائي لذا يستفاد منه
كمذيب تعتمد علية الكثير من فعاليات الجسم الكيميائية والفيزيائية.
صفات الماء الهامة
للماء عدد من الصفات الفيزيائية تعود لخواصة
القطبية تتضمن درجة غليان عالية, وحرارة كامنة للتبخر مرتفعة, حيث تميل ذرة
الاوكسجين لسحب الالكترونات من ذرتي الهيدروجين تاركة شحنة موجبة حول البروتونات,
ونتيجة لذلك تتصرف جزيئات الماء كجزيئات لها قطبين, احدهما سالب جهة الاوكسجين,
والآخر موجب جهة الهيدروجين. أن ارتفاع درجة غليان الماء, وارتفاع درجة انصهار
الثلج, وارتفاع الحرارة الكامنة يفسر وجود روابط هيدروجينية بين جزيئات الماء, الا
ان هذه الرابطة ضعيفة تقدر بحوالي 4.5 كيلو كالوري/الجزيئة, وتقدر الطاقة اللازمة لتكسير كل
رابطة هيدروجينية 10-4 كيلو كالوري/الجزيئة.
التركيب البنائي للماء
تقدر الزاوية للآصرة بين الاوكسجين وذرتي
الهيدروجين بــ 104.5(H-O-H)
. علماً بأن ذرتي الهيدروجين تحملان شحنة موجبة جزئياً, ويحمل الاوكسجين شحنة
سالبة جزئية محدثاً بذلك حالة ثنائية الاقطاب. وترتبط ذرات الهيدروجين ذات الشحنة
الموجبة في جزيئة الماء بذرة الاوكسجين ذات الشحنة السالبة بجزيئة الماء الاخرى
مكونة بذلك آصرة ضعيفة بينهما. ان الآصرة الهيدروجينية التي تتكون حول ذرة
الاوكسجين بين جزيئات الماء في الحالة السائلة تكون مسؤولة جزئياً عن ارتفاع حرارة
التبخر للماء وكذلك الشد السطحي.
يتصف الماء في الحالة الصلبة بكون تركيبه
البنائي بشكل رباعي السطوح يتميز بان آصرتة الهيدروجينية تساهم في تركيبة البلوري,
ويتكسر بعض من هذه الاواصر عند تحول الثلج الى الماء. ومن المعروف ان كل آصرة
هيدروجينية تكون ضعيفة نسبياً, الا ان وجود اعداد كبيرة من الاواصر الهيدروجينية
بين الماء السائل
تساهم في ثبوتية الماء وحتى في درجة حرارة
100 مئوية, اضافة الى ذلك يستطيع الماء ان يتآصر هيدروجيناً الى مختلف التراكيب
البنائية الكيميائية عند توفر الاوكسجين او النتروجين ذي السالبية الكهربائية.
تقوم الايونات بالانجذاب نحو جزيئات الماء,
وبالتالي تتمزق شبكية الماء ويتم فيها ترتيب جزيئات الماء نفسها حول الايون
الموجب. وتكون جزيئات كرات امامه في داخلها ايونات سالبة او موجبة, وبسبب عدم
القدرة على تكوين كرات امامه حول مجاميعها الايونية, فان العديد من الجزيئات
الكبيرة مثل البروتينات لا تذوب في الماء.
الماء كمذيب عالمي
• تحدث معظم الأنشطة
البيولوجية في المحاليل المائية (ذات الأساس المائي).
• الماء قادر على
إذابة الجزيئات التساهمية الصغيرة غير القطبية والمركبات الأيونية والجزيئات التساهمية
القطبية الأخرى.
• الجزيئات القابلة
للذوبان في الماء توصف بأنها محبة للماء (hydrophilic).
تذوب الجزيئات المحبة للماء في الماء.
• الجزيئات غير
القابلة للذوبان في الماء كارهة للماء (Hydrophilic).
جزيئات كارهة للماء - تصد الماء.
• جزيئات أمفيباثيك
Amphipathic - لها خصائص محبة للماء وكارهة
للماء .
المحلول Solution - خليط من مادة أو أكثر تسمى
المذابات solutes ، مشتتة في وسط تذويب يسمى مذيب solvent .
المواد غير القطبية
غير قابلة للذوبان في الماء. يذوب الماء المركبات القطبية.
• اعتمادًا على
الرقم الهيدروجيني للمحلول ، فإن الجزيئات الضخمة مثل البروتينات التي تحتوي على العديد
من المجموعات المشحونة ، ستحمل شحنة صافية كبيرة ، سواء كانت موجبة أو سالبة.
• تحتوي خلايا
الجسم والدم على العديد من الإلكتروليتات المتعددة (جزيئات تحتوي على عدة شحنات متشابهة
، على سبيل المثال DNA و RNA)
وجزيئات البولي امفوليت polyampholytes على مقربة شديدة.
• يسمح الارتباط
الوثيق لهذه الجزيئات بالتفاعل من خلال مجموعات مشحونة متعاكسة .
تأين الماء
• يؤدي تأين H2O إلى إطلاق أيونات الهيدروجين [+ H]
وأيونات الهيدروكسيل [OH-]
• مقياس الأس
الهيدروجيني - يتراوح من 0 إلى 14 ، ويعبر عن تركيز ايونات H+
- الرقم الهيدروجينيPH هو اللوغاريتم لتركيز أيونات
H +.
المــــــصادر
سامي المظفر,-اساسيات الكيمياء الحياتية.-
دار المسيرة,-2009 .
The Biochemistry of Water.2010[Retrieved-sep-2020.
from].
https://bajan.files.wordpress.com/2010/01/the-biochemistry-of-water.pdf.
تعليقات
إرسال تعليق