Zadanie 10. (0–2)AI

Zadanie sprawdza rozumienie właściwości fizykochemicznych wody, które wynikają bezpośrednio z jej budowy. Cząsteczka wody jest dipolem: atom tlenu, jako bardziej elektronegatywny, przyciąga elektrony wiązań, więc ma cząstkowy ładunek ujemny, a atomy wodoru – dodatni. Kątowy kształt cząsteczki (ok. 104,5°) sprawia, że ładunki się nie kompensują. Dzięki temu woda otacza (hydratuje) jony i cząsteczki polarne, rozrywając wiązania jonowe w sieci krystalicznej soli i tworząc otoczki hydratacyjne – stąd rola najlepszego biologicznego rozpuszczalnika substancji hydrofilowych (soli mineralnych, cukrów, aminokwasów, mocznika). Z tej samej cechy wynika druga funkcja: substraty rozpuszczone w wodzie mogą się swobodnie dyfuzyjnie spotykać i zderzać, a same cząsteczki wody uczestniczą w reakcjach jako substrat lub produkt (hydroliza ATP, wiązań peptydowych, glikozydowych; kondensacja przy powstawaniu polimerów; fotoliza wody w fazie zależnej od światła fotosyntezy, powstawanie wody w łańcuchu oddechowym). Dlatego mówimy, że cytozol jest środowiskiem reakcji metabolicznych.

Warto pamiętać, że oprócz tych dwóch odpowiedzi punktowane byłyby inne wspólne dla roślin i zwierząt funkcje: transport substancji (ksylem i floem u roślin, krew i hemolimfa u zwierząt), udział w termoregulacji dzięki wysokiemu ciepłu właściwemu i wysokiemu ciepłu parowania (transpiracja u roślin, pocenie u zwierząt), utrzymywanie odpowiedniego stanu uwodnienia struktur komórkowych i konformacji białek, udział w wydalaniu produktów przemiany materii, a także rola w utrzymaniu ciśnienia osmotycznego. Kluczem w tym zadaniu jest jednak słowo „wspólne” – i tu uczniowie najczęściej tracą punkty.

Typowe błędy: podawanie funkcji charakterystycznych tylko dla jednej grupy, np. „utrzymuje turgor komórek i jędrność roślin”, „umożliwia wzrost komórki przez wydłużanie”, „bierze udział w transpiracji”, „jest substratem fotosyntezy” – to funkcje roślinne; z kolei „pełni funkcję płynu stawowego”, „stanowi składnik krwi i limfy”, „amortyzuje narządy” dotyczą zwierząt. Innym błędem jest opisywanie właściwości, a nie funkcji („woda jest dipolem”, „ma duże napięcie powierzchniowe”, „jest bezbarwna”) – trzeba wskazać, do czego ta właściwość służy komórce. Nie zalicza się też odpowiedzi zbyt ogólnych typu „woda jest niezbędna do życia” czy „jest głównym składnikiem komórki”, bo to nie jest funkcja. Uwaga także na pułapkę: woda nie rozpuszcza substancji niepolarnych (lipidów), więc odpowiedź „rozpuszcza wszystkie substancje w komórce” jest błędna.

Zagadnienie łączy się z wieloma innymi treściami: z budową błony biologicznej (hydrofobowe „ogony” fosfolipidów układają się wewnątrz dwuwarstwy właśnie dlatego, że unikają kontaktu z wodą – efekt hydrofobowy), ze strukturą III- i IV-rzędową białek (oddziaływania hydrofobowe stabilizują wnętrze cząsteczki), z osmozą i zjawiskami plazmolizy, turgoru, hemolizy, z transportem wody w roślinie (kohezja i adhezja wynikające z wiązań wodorowych umożliwiają utrzymanie ciągłego słupa wody w naczyniach), a także z ekologią – anomalna gęstość wody (największa przy 4°C) sprawia, że lód pływa po powierzchni, co umożliwia przetrwanie organizmów wodnych w zimie. Dobrym nawykiem jest wiązanie każdej funkcji z konkretną właściwością: polarność → rozpuszczalnik i środowisko reakcji; wiązania wodorowe → kohezja, wysokie ciepło właściwe i parowania → termoregulacja i transport.