Wasser: Bedeutung, Eigenschaften und Funktionen im Körper

Wasser: Essentiell für das Leben

Wasser macht etwa 60% des menschlichen Körpers aus. Davon befinden sich 1/3 außerhalb der Zellen und 2/3 innerhalb der Zellen.

Die Bedeutung des Wassers für die Zellen

Zellen sind auf ein stabiles inneres Milieu (extrazelluläre Flüssigkeit) angewiesen, um ihre Funktionen ordnungsgemäß ausführen zu können. Die Bedingungen dieses inneren Milieus (pH-Wert, Nährstoffe, Ionen usw.) sind entscheidend für das Zellleben. Die Aufrechterhaltung dieser konstanten Bedingungen wird als Homöostase bezeichnet. Mechanismen regulieren diese Parameter, um die Homöostase zu gewährleisten.

Funktionale Systeme zur Aufrechterhaltung der Homöostase

• Transport von Flüssigkeiten: Das Kreislaufsystem sorgt für eine ständige Erneuerung der extrazellulären Flüssigkeit. Jedes Molekül durchläuft das System in kurzer Zeit. Die Nähe der Zellen zu den Kapillaren (ca. 50 Mikrometer Abstand) erleichtert diese ständige Verbindung.
• Zufuhr von Nährstoffen: Das Kreislauf-, Atmungs-, Magen-Darm- und Muskel-Skelett-System versorgen die extrazelluläre Flüssigkeit mit Nährstoffen.
• Beseitigung von Stoffwechselendprodukten: Atmungsorgane, Harnwege und Verdauungstrakt sind für die Ausscheidung von Abfallprodukten verantwortlich, deren Ansammlung Enzyme blockieren würde.
• Regulierung der Körperfunktionen: Das neuroendokrine System spielt eine wichtige Rolle bei der Regulation der Körperfunktionen.

Grundlegende Eigenschaften des Wassers

• Hoher Siedepunkt (100 °C): Ermöglicht durch Wasserstoffbrückenbindungen einen starken Zusammenhalt bei Raumtemperatur.
• Hohe Dichte bei 4 °C: Ermöglicht das Überleben vieler Arten, da der Grund der Meere nicht gefriert. Eis ist weniger dicht als Wasser und schwimmt, wodurch der Meeresboden eine Temperatur von 4 °C behält.
• Hohe spezifische Wärme: Die Temperatur bleibt nahezu konstant, auch bei Wärmezufuhr.
• Hohe Verdampfungswärme (536 Kalorien): Beim Schwitzen werden pro Tropfen Schweiß 536 Kalorien (in Form von Wärme) aus dem Körper abgeführt. Durch Anpassung an Hitze kann die Kühlleistung des Körpers verbessert werden.
• Hohe Wärmeleitfähigkeit: Sorgt für eine gleichmäßige Temperaturverteilung im gesamten Organismus, was für die Funktion von Enzymen wichtig ist.
• Hohe dielektrische Konstante: Ermöglicht das Auflösen von ionischen Substanzen (Kationen und Anionen) und kristallinen Stoffen.

Hydratation von Ionen

• Anionen: Haben Elektronen aufgenommen und sind negativ geladen.
• Kationen: Haben Elektronen abgegeben und sind positiv geladen.

Wassermoleküle umgeben Ionen. Natrium-Ionen sind beispielsweise immer von Wasser umgeben. Dies erleichtert das Eindringen von Natrium in die Zellen im Vergleich zu Kalium (das ein größeres Atom ist und nicht von Wassermolekülen begleitet wird).

Amphipathische Moleküle und Mizellen

Amphipathische Moleküle (Moleküle mit polaren und unpolaren Anteilen) bilden spontan Mizellen, wobei der polare Teil mit Wasser in Kontakt steht und der unpolare (hydrophobe) Teil nach innen gerichtet ist. Phospholipide sind Beispiele für amphipathische Moleküle, die Zellstrukturen bilden.

Polar-Lösungsmittel ionische Verbindungen: z.B. Glucose.

• Hohe Oberflächenspannung: Führt zur Bildung von Menisken (Anhaften an Gefäßwänden).
• Transparenz: Ermöglicht Leben im Meer durch Photosynthese von Algen, die Sauerstoff produzieren.
• Schwacher Elektrolyt: Kann sich sowohl sauer als auch basisch verhalten.