Фізіологія рослин - Мусієнко М.М. 2001

Водний режим рослин
Стан і фракційний склад внутрішньоклітинної води. Гідратація

При взаємодії іонів з молекулами води відбувається орієнтація диполів води в електричному полі іона. Причому одні іони підвищують рухомість молекул води, а інші —знижують. Коли підвищується трансляційний рух води — мова йде про від’ємну гідратацію, знижується — позитивну гідратацію. Від'ємну гідратацію спричинюоть іони калію, цезію, аміаку, хлору, йоду та нітратів; позитивну гідратацію — іони магнію, кальцію, натрію, сульфатів. Причому енергія взаємодії іона з диполями води значно більша за енергію взаємодії диполя води та водневих зв’язків. Катіони взаємодіють з від'ємно зарядженими атомами кисню води, тоді як аніони — з позитивно зарядженими Н⁺ диполя води. Таке екранування полів іонів зменшує взаємодію між ними та дозволяє залишатися в розчині. На цьому і засновані молекулярні умови гідратації.

Здатністю змінювати фізичні властивості води та її структуру характеризуються також слабкорозчинні речовини, які не утворюють зв’язків з молекулами води. Гідратація молекул високополімерних речовин розподіляється на іонну та електронейтральну. Вона базується на електростатичному притягуванні молекул води. При іонній гідратації молекули води взаємодіють з групами NH₃⁺, -COO , тоді як при електронейтральній гідратації води зв’язуються гетерополярними групами: -СООН, -ОН, -СНО, -NH₂ тощо. Вірогідно, що в цитоплазмі, де присутні іони, низько- та високомолекулярні сполуки, має місце гідратація всіх компонентів її.

Воду, яка зв'язана іонами та низькомолекулярними сполуками, називають осмотично зв’язаною водою.

В клітинних стінках та судинах провідної системи знаходиться капілярно зв’язана Вода.

Крім того, слід розрізняти іммобілізовану, або структурно зв’язану воду. Іммобілізація являє собою механічне захоплення води при конформаційних змінах молекул, в результаті яких молекули потрапляють в замкнутий простір. Більша частина такої води зберігає властивості чистої води. Однак її досить важко відняти і в такому розумінні її слід вважати «зв’язаною". Про фізіологічну роль її ми знаємо дуже мало. Знаходячись у замкнутому просторі, вона важко випаровується, хоча і характеризується значною рухомістю. Вважають, що насіння довгий час зберігає свою життєздатність саме за рахунок наявності в його зародках іммобілізованої води.

Як відомо, Вуглеводи не дисоціюють на іони, а також не мають заряду. Саме тому гідратація їх відбувається в основному по гідроксиль них групах за рахунок електровід’ємного атому кисню. В молекулі глюкози знаходиться п’ять гідроксильних та одна альдегідна групи. Глюкоза добре розчинна у воді, а її полімер (целюлоза) нерозчинна, бо близько 50% гідроксильних груп целюлози екрановані іонами або знаходяться всередині міцели. Зв’язування молекул води прихованими групами називають пермутоїдною гідратацією.

Воду, зв’язану як з внутрішніми, так і з розташованими на поверхні групами, називають колоїдно зв’язаною водою.

Амінокислоти мають у своєму складі два електронвід’ємні елементи — азот та кисень. Вони здатні утворювати водневі зв’язки з Н₂О за рахунок невизначених пар електронів. Принципових відмін гідратації амінокислот від вуглеводів немає. Гідратація білків здійснюється за рахунок взаємодії молекул води з гідрофільними, гідрофобними радикалами та іммобілізації її в замкнутих ділянках.

Як відомо, до складу протоплазми в значних кількостях входять Ліпіди, які мають в своєму складі велику кількість гідрофобних груп, дію яких на воду ще мало вивчено.

Отже, вода, як складова частина протоплазми, в рослині знаходиться переважно в стабілізованому вигляді, тобто її активність знижена. Причина стабілізації —зв’язування її шляхом гідратації та за рахунок бар’єрної функції мембран. Так створюється фракція колоїдно зв’язаної води, найбільш стабільний водний запас організму, що забезпечує стійкість в стресових ситуаціях.

Частина води, яка належить до осмотично зв’язаної та так званої вільної, є найбільш активним учасником фізіологічних процесів.