Su, canlı organizmaların baskın kimyasal bileşenidir. Suyun dipolar yapısından elde edilen ve hidrojen bağları oluşturmak için olağanüstü kapasiteden türetilen çok çeşitli organik ve inorganik molekülleri çözme kabiliyetini içeren benzersiz fiziksel özelliklere sahiptir. Suyun çözülmüş biyomolekülle etkileşimi, her birinin yapısını etkiler.
Mükemmel bir nükleofil, su bir çok metabolik reaksiyonda bir reaktan veya üründür.
Su, hidroksit iyonlarına ve protonlara ayrılma eğilimindedir. Sulu çözeltilerin asitliği genellikle logaritmik pH ölçeği kullanılarak rapor edilir. Bikarbonat ve diğer tamponlar normalde hücre dışı sıvının pH’ını 7.35 ila 7.45 arasında tutar. Asit baz dengesinin şüpheli bozuklukları, arteriyel kanın pH’ı ve venöz kanın CO2 içeriği ölçülerek doğrulanır. Asidozun nedenleri (kan pH <7.35) diyabetik ketozu ve laktik asidozu içerir. Alkaloz (pH> 7.45), asidik gastrik içeriğin kusmasını izleyebilir.
Su dengesinin düzenlenmesi, susuzluğu kontrol eden hipotalamik mekanizmalara, antidiüretik hormona (ADH), suyun böbrekler tarafından tutulmasına veya atılmasına ve buharlaşma kaybına bağlıdır. İdrarın konsantre edilmemesini veya hücre dışı sıvı osmolaritesindeki ince değişikliklere uyum sağlayamamasını içeren nefrojenik diabetes insipidus, renal tübüler osmorekeptörlerin ADH’ye yanıt vermemesinden kaynaklanır.
SU İDEAL BİR BİYOLOJİK ÇÖZÜCÜ
Bir su molekülü merkezinde oksijen bulunan düzensiz, hafif eğri bir tetrahedrondur. İki hidrojen ve kalan iki sp3 hibritlenmiş orbitalin paylaşılmayan elektronları, tetrahedronun köşelerini işgal eder. Hidrojenler arasındaki 105 derecelik açı, ideal dörtyüzlü açıdan, 109.5 dereceden biraz farklıdır. Amonyak ayrıca, hidrojenleri arasında 107 derecelik bir açı ile dörtyüzlüdür. Su bir dipol, yapısı gereği asimetrik olarak dağıtılmış, elektrik yüküne sahip bir molekül. Güçlü elektronegatif oksijen atomu, elektronları hidrojen çekirdeğinden uzağa çekerek, onları kısmen pozitif yükte bırakırken, iki paylaşılmamış elektron çifti yerel negatif yükün bir bölgesini oluşturur.
Kovalent ve Kovalent Olmayan Bağlar Biyolojik Molekülleri Stabilize Ediyor
Kovalent bağ, molekülleri bir arada tutan en güçlü kuvvettir. Kovalent olmayan kuvvetler, daha az büyüklükte olsa da, canlı hücrelerde makromoleküllerin yapı, stabilite ve fonksiyonel yeterliliğine önemli katkılarda bulunur. Hem çekici hem de itici olabilen bu kuvvetler, hem biyomolekülün içinde hem de çevre ortamın temel bileşenini oluşturan su arasındaki etkileşimi içerir.
SU MÜKEMMEL BİR NÜKLEOFİLDİR
Metabolik reaksiyonlar çoğu zaman, elektrolit olarak adlandırılan elektron bakımından zayıf atomlar üzerinde nükleofiller olarak adlandırılan elektron bakımından zengin moleküller üzerinde bulunan yalnız çift elektron saldırısını içerir. Nükleofiller ve elektrofiller mutlaka resmi bir negatif veya pozitif yüke sahip değildir. İki yalnız sp3 elektron çifti kısmi negatif yük taşıyan su, mükemmel bir nükleofildir. Biyolojik öneme sahip diğer nükleofiller arasında fosfatların, alkollerin ve karboksilik asitlerin oksijen atomları; tiollerin kükürt; aminlerin azotu; ve hidadinin imidazol halkası. Yaygın elektrofiller arasında amitler, esterlerdeki karbonil karbonları bulunur,
aldehitler ve ketonlar ve fosforların fosfor atomları. Su ile nükleofilik atak genellikle biyopolimerleri bir arada tutan amid, glikozit veya ester bağlarının bölünmesine yol açar. Bu işlem hidroliz olarak adlandırılır. Tersine, monomer birimleri proteinler veya glikojen gibi biyopolimerler oluşturmak için bir araya getirildiğinde, su, örneğin iki amino asit arasında bir peptid bağı oluşumu sırasında bir üründür.