Другие показатели термодинамики водных систем.

В термодинамике водных систем в последнее время стали более широко использоваться такие понятия как свободная энергия Гиббса, энтропия и энтальпия.

При определении свободной энергии масса воды может быть выражена либо в молях, либо в граммах. В первом случае – парциальная молекулярная свободная энергия, а во втором – парциальная удельная свободная энергия. Экспериментальная оценка этого параметра стала возможной после внедрения в физиологию растений калориметрического метода, позволяющего учитывать тепловыделение и теплопоглощение при фазовых переходах воды в объекте (вода лед).

Энтальпия ( Н) – это показатель теплосодержания системы. Он определяется прямым изменением тепловыделения изучаемой реакции. Значение Н при определении фазового перехода воды зависит от количества водородных связей, образующихся при замерзании свободной воды.

Энтропия ( S) – это показатель, выражающий ту долю внутренней энергии, которую нельзя превратить в работу S = . В растительной клетке увеличение энтропии может быть связано с разупорядочивающим воздействием поля иона на воду. Величина энтропии очень чувствительна к нарушениям структуры водных растворов. Энтропию можно использовать в качестве показателя характера гидратации (положительной или отрицательной). При положительной гидратации подвижность молекул гидратной воды снижается, что ведет к повышению упорядоченности всей системы и снижению энтропии. При отрицательной гидратации, наоборот, увеличение подвижности молекул гидратной воды, разупорядочение и увеличением энтропии. При переходе воды из жидкого состояния в твердое (лед) с понижением температуры энтропия уменьшается. Это связано с переходом воды в более упорядоченное состояние.

Метод низкотемпературной калориметрии дает возможность оценить термодинамические параметры – энтальпию, энтропию, свободную энергию и температуру фазового перехода, которые характеризуют тепловые свойства воды.

Механизм транспорта воды через мембраны.

В настоящее время растительную клетку рассматривают не только как осмотическую систему. По этому поступление и выход воды из клетки зависит не только от градиента водного потенциала – соотношения активности воды (или водного потенциала) внутри клетки и в растворе, но и от проницаемости плазмалеммы и тонопласта для входа воды.

Молекулы воды могут преодолевать биологические мембраны двумя путями: 1) через липидный бислой; 2) через поры, образуемыми специфическими белками – акавапоринами. Хотя молекула воды является диполем, она электронетральна и вследствие этого может в отличие от ионов диффундировать через липидную фазу мембраны. Долгое время путь воды через липидный бислой рассматривался как единственный. Однако известны физиологические процессы, связанные с интенсивной «переброской» больших объемов воды или быстрым изменением водной проницаемости мембран. Эти явления невозможно объяснить диффузией воды через липиды, что заставило предположить существование переносчиков воды белковой природы. Наличие в мембранах пор, пропускающих молекулы воды, стали предполагать, начиная с 1960-х годов. Позднее существование таких белковых пор было доказано, и они получили название водных каналов – аквапоринов.