ความสัมพันธ์ทางชีวภาพระหว่างน้ำกับชีวิต

         ร่างกายมนุษย์ประกอบด้วยน้ำประมาณ 60 ถึง 70% ในวัยหนุ่มสาว และเมื่อถึงวัยชราปริมาณน้ำในร่างกายจะน้อยลง น้ำเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำงานของชีวิต ใครก็ตามที่มองมนุษย์แบบองค์รวม จะต้องให้ความสำคัญกับน้ำมากที่สุด ประมาณหนึ่งในห้าของน้ำในร่างกายมนุษย์ เช่น ที่น้ำหนักตัว 80 กก. ซึ่งมีประมาณ 50 ลิตรพบว่า เป็นของเหลวระหว่างเซลล์ ซึ่งเรียกว่าน้ำเหลือง มากกว่าครึ่งหนึ่งของน้ำในร่างกาย เป็นน้ำในเซลล์ ส่วนที่เหลือจะพบในเลือดและในอวัยวะ หากไม่มีน้ำจะไม่มีกระบวนการชีวิตเกิดขึ้นได้
         น้ำเหลือง เป็นเสมือนสำเนาของมหาสมุทรในยุคดึกดำบรรพ์ ซึ่งสิ่งมีชีวิตกำเนิดขึ้นเมื่อหลายล้านปีก่อน มหาสมุทรดึกดำบรรพ์นี้ เป็นทะเลเค็มที่มีความเค็ม 0.9% ซึ่งต่ำกว่าทุกวันนี้เล็กน้อย ในเวลานั้นเซลล์แต่ละเซลล์จะรวมตัวกันเป็นกลุ่มเซลล์ที่เริ่มจัดระเบียบตัวเอง และพัฒนาสติปัญญา ซึ่งในที่สุดก็ก่อกำเนิดเป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เราพบสภาพแวดล้อมของมหาสมุทรดึกดำบรรพ์นี้อีกครั้งในน้ำเหลืองของเรา ค่าความเค็ม 0.9% เป็นสิ่งที่เรารู้จักกันดี คือ น้ำเกลือที่ให้กันในโรงพยาบาล น้ำเหลืองจะล้อมรอบเซลล์ทั้งหมด และมีส่วนประกอบ คือ (นอกเหนือจากน้ำและเกลือ) แร่ธาตุและโปรตีน มันคือ "สิ่งแวดล้อม" ที่เซลล์ "อาศัย" และเป็นส่วนหนึ่งของเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน หากสภาพแวดล้อมของเซลล์ไม่เหมาะสม เซลล์จะไม่สามารถพัฒนาไปในทางที่ดีได้

มีความคล้ายคลึงกันระหว่างเซลล์อะมีบา (ซ้าย) และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (ขวา)
ภาพโดย Arthur Hauck (ซ้าย) Nissim Benvenisty (ขวา)

         ดังนั้น เราสามารถเปรียบเทียบร่างกายของเรากับพิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำ: เซลล์ของร่างกายเราเป็นสิ่งมีชีวิตในน้ำที่อาศัยอยู่ในทะเลน้ำเหลือง ซึ่งพวกมันกินอาหารด้วยตัวเอง และดูดซับของเสียจากการเผาผลาญของพวกมัน ในพิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำสุขภาพของ "สัตว์น้ำที่อาศัยอยู่" นั้นขึ้นอยู่กับคุณภาพของอาหารและความสะอาดของน้ำ ไม่มีเจ้าของตู้ปลาที่ให้ยาแก่ปลาที่ป่วย แต่เขาจะควบคุมคุณภาพของน้ำ เปลี่ยนน้ำและให้อาหารที่ดีต่อสุขภาพ

                                                              น้ำเหลือง (Lymph)

 

 

 

         น้ำ มีความสำคัญต่อโครงสร้าง 3 มิติของโปรตีน  และโปรตีนเองก็ควบคุมโครงสร้างของน้ำที่ล้อมรอบมันอยู่

"การทำปฏิกิริยากับน้ำ  ส่งผลต่อการพับ (folding), โครงสร้าง, ความเสถียร และการทำงานของโปรตีน"

          โปรตีน จะสูญเสียหน้าที่ทางชีวภาพ  หากปราศจากน้ำอย่างเพียงพอ      น้ำมีผลต่อปฏิกิริยาของโคเอ็นไซม์ และโคแฟกเตอร์

 

Protein folding (การขดเรียงตัวกันของโปรตีน)

         Protein folding จะขึ้นกับปฏิกิริยาของโปรตีนกับน้ำ   เกิดขึ้นในขณะที่โปรตีนที่ผลิตจากไรโบโซม เข้าไปในไซโตพลาสซึม

Nucleic Acid Hydration น้ำกับกรดนิวคลีอิก

         น้ำ มีผลต่อโครงสร้างและการทำงานของกรดนิวคลีอิก

 

 

Biomembrane Hydration น้ำกับเยื่อหุ้มเซลล์

         โดยทั่วไป เยื่อหุ้มเซลล์ จะประกอบด้วย โปรตีน, ไขมัน และน้ำ      เยื่อหุ้มเซลล์ เป็นหน่วยโครงสร้าง มีในทุกๆเซลล์ และออร์แกเนลลส์ (organelles)  เป็นเหมือนปราการที่มีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำ  ทำหน้าที่ส่งผ่านสารบางอย่าง, ให้กำเนิดพลังงาน, จดจำ และส่งสัญญาณระดับเซลล์       เยื่อหุ้มเซลล์ ประกอบด้วยชั้นฟอสโฟลิพิด 2 ชั้น ที่มีโปรตีน และโมเลกุลอื่นๆอยู่      สายไฮโดรคาร์บอนของฟอสโฟลิพิด  ทำให้ชั้นทั้งสองชั้นของเยื่อหุ้มเซลล์มีความยืดหยุ่นดี   ในขณะที่ส่วนหัวที่ประกอบไปด้วยไขมัน  ทำปฏิกิริยากับน้ำ, โมเลกุลอื่น และไอออน

 

 

Typical hydration shells of (a) a protein, (b) a DNA double strand, and (c) a phospholipid bilayer (snapshots from simulations described in refs 57−59).

 

Typical hydration shells of (a) a protein, (b) a DNA double strand, and (c) a phospholipid bilayer