生物都是含水系统.只有在含水的情况下,才有生命活动.水的高比热、高汽化热使其成为有机体的温度调节剂.正常生理条件下,体液在机体内流动、循环把养料和废物分别运送到一定的部位,完成运载工具的重要功能.水又是优良的溶剂,它为生命提供了一个合适的介质环境,其中的pH值、离子种类和离子强度决定着各种物理化学及生物化学过程和反应速度.水还是光合作用、葡萄糖酵解等多种重要反应的直接参加者.此外,水在润滑关节,维持细胞内外渗透压,保持细胞、器官乃至整个有机体的外形方面均起重要作用.20世纪70年代以后,对生物水的研究集中在3方面：①生物体系内电解质、各种生物分子、生物大分子及细胞精细结构对水的物化性质及结构状态的影响.②蛋白质、核酸、多糖等生物大分子的水合过程,它们的三维立体结构中水分子的定位以及水分子对大分子构象的影响,水在膜结构中的定位和作用等.③研究水在酶的激活、代谢、繁殖、生长和膜功能活动等生命现象中的作用,正常及病理条件下,有机体中水状态的变化.
水分子中氢、氧原子电子云分布的不均匀性,使其成为1.84德拜的强偶极子.水分子的孤电子对进入相邻水分子质子的s轨道,发生电荷的共用及再分配.这样,在电子给体与电子受体之间就形成了“氢键”.一个水分子可以有4个氢键,与4个水分子键结合,形成四面体.水分子亦可进入四面体中,形成配位数大于4的水结构.水分子还可以形成瞬时链及环状结构.水分子处于永恒的运动中.氢键属弱键,在外界环境及自身热涨落运动的影响下很容易断裂与重建.正是水结构的易变性及氢键网络把水分子聚集在一起的集团作用,赋予水一系列对生命具有重要意义的特性.
由于水的易变、生物体系的复杂,加之现阶段实验技术的局限,目前对于水的结构模型、结合水的分类、细胞内水的束缚程度及其作用等的认识还远未完成.对大分子晶体中水的状态及其在结构稳定性和分子运动性中作用的深入研究,对酶活性中心周围水分子的作用的阐明,必将对分子生物学的发展作出贡献.进一步了解对细胞内水的束缚状态,很可能会改变把细胞看作是稀溶液的传统观点.生物水特性的研究成果还将广泛应用于植物的防寒抗冻、食品加工、食物保藏、纺织、制革等工农业生产中.在医学上,它与细胞、组织、器官的冷冻保藏及核磁共振成像诊断技术的发展有密切的联系. 生物都是含水系统.只有在含水的情况下,才有生命活动.水的高比热、高汽化热使其成为有机体的温度调节剂.正常生理条件下,体液在机体内流动、循环把养料和废物分别运送到一定的部位,完成运载工具的重要功能.水又是优良的溶剂,它为生命提供了一个合适的介质环境,其中的pH值、离子种类和离子强度决定着各种物理化学及生物化学过程和反应速度.水还是光合作用、葡萄糖酵解等多种重要反应的直接参加者.此外,水在润滑关节,维持细胞内外渗透压,保持细胞、器官乃至整个有机体的外形方面均起重要作用.20世纪70年代以后,对生物水的研究集中在3方面：①生物体系内电解质、各种生物分子、生物大分子及细胞精细结构对水的物化性质及结构状态的影响.②蛋白质、核酸、多糖等生物大分子的水合过程,它们的三维立体结构中水分子的定位以及水分子对大分子构象的影响,水在膜结构中的定位和作用等.③研究水在酶的激活、代谢、繁殖、生长和膜功能活动等生命现象中的作用,正常及病理条件下,有机体中水状态的变化.
水分子中氢、氧原子电子云分布的不均匀性,使其成为1.84德拜的强偶极子.水分子的孤电子对进入相邻水分子质子的s轨道,发生电荷的共用及再分配.这样,在电子给体与电子受体之间就形成了“氢键”.一个水分子可以有4个氢键,与4个水分子键结合,形成四面体.水分子亦可进入四面体中,形成配位数大于4的水结构.水分子还可以形成瞬时链及环状结构.水分子处于永恒的运动中.氢键属弱键,在外界环境及自身热涨落运动的影响下很容易断裂与重建.正是水结构的易变性及氢键网络把水分子聚集在一起的集团作用,赋予水一系列对生命具有重要意义的特性.
由于水的易变、生物体系的复杂,加之现阶段实验技术的局限,目前对于水的结构模型、结合水的分类、细胞内水的束缚程度及其作用等的认识还远未完成.对大分子晶体中水的状态及其在结构稳定性和分子运动性中作用的深入研究,对酶活性中心周围水分子的作用的阐明,必将对分子生物学的发展作出贡献.进一步了解对细胞内水的束缚状态,很可能会改变把细胞看作是稀溶液的传统观点.生物水特性的研究成果还将广泛应用于植物的防寒抗冻、食品加工、食物保藏、纺织、制革等工农业生产中.在医学上,它与细胞、组织、器官的冷冻保藏及核磁共振成像诊断技术的发展有密切的联系.