FIZIKO HEMIJSKE OSOBINE VODE I NJENA ULOGA U

FIZIČKO HEMIJSKE OSOBINE VODE I NJENA ULOGA U AKTIVNOSTI PROTOPLAZME - protoplazma sadrži veliku količinu vode (ova sposobnost protoplazme da održava tako veliku količinu vode uslovljena je uglavnom hidrofilnošću bjelančevina) -značaj vode za aktivnost protoplazme uslovljena je njenim fizičko – hemijskim osobinama -voda se razlikuje od većine tečnih tijela po fizičko-hemijskim osobinama – anomalne osobine vode

- voda koja nastaje pri topljenju leda ne širi se kao većina materija već se skuplja 0 - gustina vode povećava se od 0 do 4 C, a tek poslije toga počinje da se smanjuje - latentna toplota materije pri smrzavanju obično se mijenja neznatno, međutim pri smrzavanju vode ova vrijednost raste više od dva puta (2, 05 -4, 18 J/g) - specifična toplota vode pri povećanju temperature opada od 0 do 0 34, 5 C a poslije počinje da se povećava - povećanje pritiska obično dovodi do povećanja viskoznosti materije, a 0 u odnosu na vodu u granicama od 0 do 30 C dolazi do smanjenja viskoznosti - temperatura topljenja leda je neobično visoka ( C) - temperatura ključanja vode je neobično visoka 0(1000 C)

- fizičke osobine bilo koje materije povezane su sa njenom strukturom - za anomalne osobine vode odgovorne su vodonične veze među molekulima vode - na slobodnoj vodenoj površini vodonične veze su orjentisane prema unutrašnjosti tečnosti. Zbog toga voda ima veliki površinski napon ( kapi rose i kapi kiše se ne razlivaju) - privlačna sila (kohezija) između molekula vode daje veliku » otpornost na kidanje « i omogućava dizanje vodenog stuba u uskim sudovima silom koja djeluju gore (za vaskularni transport vode značajna je i sila koja djeluje između molekula vode i zida provodnih sudovaadhezija)

-iako je molekul vode elektroneutralna čestica, usljed nesimetričnog rasporeda vodonika i kiseonika u molekulu vode molekuli vode su jako polarizovani, po električnom naboju su asimetrični - dipol - usljed polarne strukture molekul vode gradi vodonične veze sa susjednim molekulima; vodonikov atom jednog molekula i elektronegativni atom drugog molekula (O 2, S, N i dr. ). Vodonične veze mogu da se grade i između molekula vode i hidrofilnih grupa (amino, amido, hidroksilne, karboksilne i dr. )

- prisustvo rastvorenih materija utiče na fizička svojstva vode (mijenja se i struktura) - tačka smrzavanja se smanjuje srazmjerno koncentraciji rastvorenih materija, a tačka ključanja se povećava -povećanje koncentracije ćelijskog soka povećava otpornost biljkaka prema mrazu - i električna provodljivost zavisi od koncentracije rastvorenih soli - voda je dobar rastvarač mnogim organskim i neorganskim jedinjenima - u njoj se rastvaraju i gasovi (CO 2>N)

-iz osobine polarnosti proizilazi i osobina da voda obrazuje jedinjenja sa drugim naelektrisanim česticama čija je složenost različita – hidratacija – električni naboj jona privlači polarizovane molekule vode u rastvorima elektrolita i oni oko pojedinih jona stvaraju vodeni omotač -kako se protoplazma uglavnom sastoji od bjelančevina, to je i ponašanje ćelija u smislu hidratisanosti uglavnom analogno ponašanju bjelančevina -hidratisanost ima veliki značaj u vodenom režimu biljaka jer utiče na promet materija, na brzinu mnogih reakcija

-za biljke je značajno i to što je voda bezbojna -dobro propušta svjetlost i dopire do ćelija u dubljim slojevima tkiva, -u znatnoj mjeri apsorbuje infracrvenu svjetlost pa je dobar izolator toplote, - osobina da propušta vidljivi dio spektra važna za vodene biljke

- OKSIDO-REDUKCIONI POTENCIJAL – mjeri se vrijednost p. H i Eh a zatim računa r. H 2 p. H – negativni logaritam koncentracije (ili aktivnosti) vodonikovih jona r. H 2 – negativan logaritam pritiska molekula vodonika Eh – veličina oksido-redukcionog potencijala -u čistoj vodi pored molekula vode nalaze se i vodonikovi i hidroksilni joni -za aktivnost protoplazme, veliki značaj ima intracelularna koncentracija H+ jona (p. H) -granične vrijednosti soka iz vakuole od 2, 5 do 4, 5 p. H, kod nekih plodova čak 1, 7 -u većini slučajeva p. H prototlazme je bliska neutralnoj - na disocijaciju vode utiče mnogo faktora

- u rastvoru vodonikovi joni ne mogu da postoje u slobodnom stanju H+ + H 2 O ↔ H 3 O+ ---- hidronijum jon - voda je donor protona jer izdvaja H+ jone H 2 O ↔ H+ + OHi akceptor H+ + H 2 O ↔ H 3 O+ koji je nestabilan i vrlo lako može da oslobodi H+ jon i da da preda drugom molekulu H 2 O - H+ i OH- joni imaju važnu ulogu katalizatora u procesima hidrolize - u rastvorima u kojima postoje H+ mogu da se obrazuju atomi i molekuli vodonika -paralelno u rastvoru mogu da postoje i molekuli O 2 - od odnosa O 2 / H 2 u rastvoru zavisi pravac oksido-redukcionih procesa

-kao pokazatelj pravca (aerobnosti-anaerobnosti) oksido -redukcionih procesa obično služi r. H 2 – negativan logaritam pritiska molekula vodonika -Eh – veličina oksido-redukcionog potencijala – je pokazatelj intenzivnosti oksido -redukcionih procesa u rastvoru i u ćeliji -zavisi od brzine kretanja elektrona i protona -znači, na osnovu Eh možemo suditi o veličini elektropokretačke sile -Eh je termodinamički pokazatelj fizioloških procesa i uslovljen je oksido redukcionim reakcijama (uz učešće enzima , ali i u neezimatskim sistemima) -redukcioni proces je povezan sa ---primanjem elektrona od strane materije koja se redukuje (akceptor elektrona) -oksidativni proces je povezan sa--- gubljenjem elektrona od strane materije koja se oksiduje (donor elektrona) -oksido -redukcioni enzimi učestvuju u prenosu elektrona i protona (u vidu jona) od materije do materije - redukcione reakcije --- enzimi dehidraza - oksidativne reakcije ---- enzimi oksidaza i peroksidaza

Fizičke osobine protoplazme - protoplazma se karakteriše kao tečnost - ali, odlikuje se nizom fizičkih osobina koje pokazuju da protoplazma ima određenu strukturu -vrijednost viskoziteta karaktreriše protoplazmu kao polutečnu sluz -na viskozitet protoplazme utiču: svjetlost, smjena dana i noći, fiziološki aktivne materije. . . ( manji viskozitet označava veću otpornost biljaka prema nižim temperaturama -znači, svi činioci koji smanjuju viskozitet povećavaju otpornost prema hladnoći (ovo se može objasniti time što povećanje viskoziteta protoplazme preko određene granice usporava promet materija, i kad viskozitet dostigne maksimalnu granicu dolazi do remećenja metabolizma) - elastičnost protoplazme - sposobnost vraćanja u prvobitno stanje ako pretrpi deformaciju; isteže se u fine niti a ne prekida se - optičke osobine – dvojno prelamanje svjetlosti (indeks prelamanja svjetlosti zavisi od momenta diobe, promjene viskoznosti. . . )

Strujanje (kretanje) protoplazme -u protoplazmi se nalaze brojne organele - po kretanju ovih granula može se suditi o kretanju protoplazme - postavlja se pitanje da li se kreće osnovna masa protoplazme ili je to aktivno kretanje samih organela? --- ta kretanja su povezana i nemoguće ih je posmatrati pojedinačno Strujanje protoplazme se dijeli na: a) kolebljivo b) cirkulatorno c) rotaciono d)fontanirajuće b) e) višebrazdasto f) u vidu plime g) trakasto

-na brzinu kretanja protoplazme utiču: temperatura, svjetlost, zračenja, plazmoliza, osmotski pritisak, centrifugalna sila, sila teže, magnetno polje. . . , kalijumcijanid, ugljenmonoksid, p. H, auksini, razne soli. . . - soli Na. Cl, KCl, Mg. Cl 2 --ubrzavaju kretanje protoplazme -soli Li. Cl, Ca. Cl 2, Ba Cl 2 –usporavaju kretanje protoplazme -anjoni stimulišu kretanje protoplazme (najviše CO 32 - a najmanje NO 3 -) -kretanje protoplazme ima značaja u transportu različitih materija kroz pojedine biljne djelove i organe

Propustljivost ćelije za vodu i rastvore - difuzija – sposobnost molekula gasova ili tečnosti da se miješaju do izjednačenja koncentracije u određenom prostoru -ako se difuzija odvija između rastvora ali kroz membranu – osmoza - membrane mogu biti propustljive (permeabilne) i polupropustljive (semipermeabilne) -polupropustljive mebrane propuštaju samo rastvarač, ali ne i rastvorenu materiju, ili je veoma malo propuštaju -polupropustljive mebrane mogu biti prirodne ili vještačke - poznata vještačka polupropustljiva membrana je membrana od bakarheksacijanoferata Cu 2 Fe(CN)6 (djelovanje polupropustljivih membrana zasniva se na tome da one sadrže sitne pore čiji je prečnik manji od 1 nm, tako da omogućavaju prolaženje molekula vode prečnika 0, 2 nm, ali ne propuštaju molekule saharoze koji imaju veličinu oko 1 nm)

-za mjerenje osmoze – osmometri -Pfefer-ov osmometar - po zakonu difuzije, odnosno osmoze, molekuli vode će difundovati iz spoljašnjeg suda u sud sa rastvorom šećera koji će se razblaživati i povećavati svoju zapreminu, rastvor će se penjati u staklenoj cijevi i potiskivati živu - ovo će se dešavati dok se pritisak živinog stuba u cijevi ne izjednači sa pritiskom pod kojim voda ulazi u glineni sud - taj pritisak koji sprječava dalje ulaženje vode u rastvor šećera naziva se osmotski pritisak

- osmotska vrijednost rastvora (moć usisavanja rastvora) – moć rastvora da usisava vodu preko polupropustljive membrane - ako se upoređuju dva rastvora i ako prvi ima veću osmotsku vrijednost on je hipertoničan u odnosu na drugi, a drugi je hipotoničan u odnosu na prvi tj. ima manju osmotsku vrijednost mjerenjem osmotskih pritisaka došlo se do zaključaka: 1. osmotski pritisak je upravo proporcionalan koncentraciji rastvora 2. zavisi od temperature, raste sa temperaturom 3. ako u rastvoru ima više materija tada svaka materija ima svoj pritisak pa je ukupan pritisak rastvora jednak zbiru pojedinačnih pritisaka 4. molarni rastvori svih neelektrolita imaju isti osmotski pritisak (na zapreminu od 1 l iznosi 2269 k. Pa) (kod elektrolita u rastvoru je pored molekula nalaze još i joni, pa je osmotski pritisak povećan izoosmotski koeficijent je broj koji pokazuje kolika je razlika između osmotskog pritiska elektrolita u odnosu na neelektrolit

-protoplazma po svojim osmotskim osobinama se približava polupropustljivim membranama -njena propustljivost zavisi od hemijskog sastava i njene strukture kao i od životnih procesa koji se u njoj dešavaju - osnovnu ulogu u njenoj propustljivosti imaju plazmalema i tonoplast - pri proučavanju propustljivosti protoplazme za pojedine materije koristila se osmotska metoda. Na osnovu plazmolize odnosno deplazmolize zaključeno je o brzini difuzije određene materije kroz membranu, i sve materije su podijeljene u nekoliko grupa (one koje brzo ulaze pa sve do onih koje veoma sporo ulaze u ćeliju).

Pojava plazmolize, deplazmolize i turgora - spoljašnja sredina u kojoj se ćelija nalazi odnosu na ćelijski sok može biti: - izotonična - hipertonična i - hipotonična - kada se ćelija nalazi u izotoničnoj sredini tj. kada je vodni potencijal u ćeliji ravan onome u spoljašnjem rastvoru, onda nema difuzije ni osmoze; ćelija se nalazi u ravnoteži sa sredinom, što znači da prima i otpušta jednake količine vode.

- kada se ćelija prenese u koncentrovaniji rastvor bilo koje materije, ova materija neće prodirati u ćeliju, već će, oduzimati vodu od ćelijskog soka koja će prelaziti u spoljni rastvor i zbog toga će protoplazma smanjivati svoj obim i pri tome će doći do plazmolize -ćelija se ponaša kao osmometar i plazmalema uz ćelijski zid ima svojstvo polupropostljivosti. -rastvor koji izaziva plazmolizu naziva se plazmolitik

-plazmoliza se zaustavlja tek onda kad se izjednače koncentracije plazmolitika i ćelijskog soka – na taj način može da se odredi molarnost ćelijskog soka i može da se računanjem dođe do vrijednosti osmotskog pritiska u ćeliji (490 -3922 k. Pa, u biljkama zaslanjenih staništa i do 9, 8 MPa) -ako se sada ćelije ponovo stave u vodu ili rastvor hipotoničan u odnosu na ćelijski sok doći će do – deplazmolize - prema obliku plazmolize može se suditi o viskozitetu protoplazme što je od značaja u prometu materija - postoje različiti oblici plazmolize; npr. konkavna pokazuje da se protoplazma čvrsto drži za ćelijski zid---vremenom ova veza se prekida i plazmoliza dobija konveksnu formu (zavisi od plazmolitika, od osobine biljke, od organa, ćelije)

-kada se ćelije nađu u vodi - usljed dobre propustljivosti protoplazme za vodu a nepropustljivosti za materije rastvorene u ćelijskom soku, - usvajaju vodu iz okolne sredine i ćelijski sok uvećava svoju zapreminu -protoplazma se rasteže i predaje svoj pritisak ćelijskoj membrani -takođe i ćelijski zid vrši pritisak na protoplazmu - taj pritisak se naziva turgorov pritisak -ćelija koja je jako ispunjena vodom ---turgescentna ćelija (turgor ima važnu ulogu za održavanje čvrstine biljke) - snaga usisavanja ćelije (osmotska moć ćelije) zavisi u prvom redu od koncentracije ćelijskog soka - ulaženjem vode u ćeliju dolazi do turgora koji postaje sve veći s daljim primanjem vode—kada turgor postane maksimalan, a ćelija turgescentna dalje usvajenje vode će prestati

-prilikom usisavanja vode smanjuje se koncentracija ćelijskog soka i njegova osmotska vrijednost-linija O -turgor je najmanji u momentu venjenja biljke, a prilikom upijanja vode on postepeno raste i najveću vrijednost dostiže kada prestaje dalje ulaženje vode u ćeliju –linija T -u tom momentu turgor je jednak osmotskom pritisku ćelijskog soka u vakuoli - snaga usisavanja ćelije S=O–T – najveća je u momentu upijanja vode (dok još nema turgora) - zatim opada i - kada se turgor izjednači sa osmotskim pritiskom ćelijskog soka njena vrijednost je 0 - snazi usisavanja (S) se suprostavlja pored turgora ćelije (T) u koju ulazi voda i pritisak okolnih ćelija (P) tzv. napon tkiva S = O – (T+P)