Woda

Woda stanowi 70%-85% masy dorosłego człowieka, w przypadku noworodka ok. 15% więcej, 60-70% limfy, 95% osocza krwi, 90% liści, owoców, 20% kości, 10% szkliwa zębów, tkanki tłuszczowej. Tak wysoka zawartość wody w organizmach wiąże się z specyficznymi właściwościami fizyko-chemicznymi wody, co z kolei wynika z budowy jej cząsteczki. Cząsteczkę wody budują dwa atomy wodoru i atom tlenu. Są one połączone między sobą za pomocą wiązań spolaryzowanych. Wiązania te tworzą pary elektronów, które przesuwają się w stronę atomu tlenu. Kąt pomiędzy atomami tworzącymi cząsteczkę wody wynosi 105 stopni. Występowanie spolaryzowanych wiązań i kątów pomiędzy atomami powoduje, że cząsteczkę wody nazywamy dipolem. Budowa cząsteczki wody jest dipolowa. Cząsteczka posiada dwa bieguny. Biegun naładowany ujemnie usytuowany jest po stronie atomów wodoru a biegun naładowany dodatnio po stronie atomu tlenu. Między przeciwstawnie naładowanymi biegunami w cząsteczce wody dochodzi do słabych oddziaływań elektrostatycznych – wytwarzane są wiązania wodorowe, dzięki których cząsteczka wody posiada uporządkowaną i trójwymiarową strukturę. Tworzenie się wiązań wodorowych decyduje o niektórych właściwościach tego związku chemicznego. Należą do nich: wysoka pojemność cieplna, duże napięcie powierzchniowe oraz duże ciepło parowania.

Napięcie powierzchniowe to zjawisko fizyczne polegające na powstawaniu sił na styku cieczy z ciałem stałym, gazowym lub inną cieczą. W efekcie tego zjawiska utrudnione jest zanurzanie ciał, które nie są podatne na tą ciecz. Dzięki wysokiej pojemności cieplnej, czyli ilość ciepła, jaką układ wymienia z otoczeniem przy zmianie temperatury o 1 K, woda stanowi ochronę komórek przed nagłymi zmianami temperatury. Wysokie ciepło parowania, a więc ilość energii potrzebnej do odparowania jednostki masy wody, wykorzystywane jest przez organizm w termoregulacji, do schładzania ciał i zapobieganiu przegrzaniu.
Dzięki swej polarnej budowie woda ma unikalną zdolność do rozpuszczania różnorodnych związków organicznych i nieorganicznych, stanowiąc tym samym uniwersalny rozpuszczalnik. Woda to doskonałe środowisko reakcji biochemicznych. Jest to bezpośrednią przyczyną powszechności wody w składzie chemicznym organizmów. Roztwory tego rozpuszczalnika wypełniają każdą komórkę.

Woda, jako uniwersalny rozpuszczalnik, tworzy dwa rodzaje roztworów: roztwory właściwe i roztwory koloidalne (zole). Roztwór właściwy to taki, w którym wymiary cząsteczek substancji rozpuszczonej wahają się w granicach 0,1 nm – 1 nm. Są to np. roztwór wodny sacharozy, roztwór wodny chlorku sodu. Roztwór koloidalny to taki, w którym wymiary cząsteczek substancji rozpuszczonej wahają się w granicach 1 nm – 100 nm. Jest to np. roztwór wodny białka. Roztwory właściwe w łatwy sposób oddają wodę, a po jej odparowaniu ma miejsce krystalizacja substancji rozpuszczonej. Koloidy znacznie wolniej oddają wodę. Po odparowaniu wody substancja rozpuszczona przechodzi w stan żelu. Proces ten to koagulacja. Właściwościami żeli jest elastyczność i oporne oddawanie wody. Natomiast zjawisko odwrotne do koagulacji to peptyzacja – polega na przejściu żelu w zol. Można go uzyskać umieszczając żel w czystej wodzie. Komórki organizmów są wypełnione głównie roztworami koloidalnymi, co korzystnie wpływa na stan ich uwodnienia.

Woda stanowi najpowszechniejszy rozpuszczalnik związków ustrojowych. Jest on również ważnym składnikiem dostarczanym w pokarmie. Bierze udział w przebiegu większości reakcji metabolicznych. Pełni funkcję w transporcie wewnątrz ustroju np. produktów przemiany materii, substancji odżywczych, hormonów czy enzymów. Pełni rolę termoregulacyjną. Stanowi biochemiczne środowisko potrzebne do usuwania końcowych produktów przemiany materii.