Wasser, H₂O, mengenmäßig bedeutendster anorganischer Bestandteil lebender Organismen. F. 0 °C, Sdp. 100 °C. Eine normale lebende Zelle enthält etwa 80 % W. Pflanzen können bis zu 95%, Quallen 98%, höhere Tiere 60-75% W. enthalten. Alle Lebensfunktionen sind spezifisch auf W. eingestellt.

Über die Struktur des W. existieren mehrere Theorien. Die Dipoleigenschaften des W. bedingen eine gegenseitige Anziehung von Wassermolekülen. Es entstehen über eine Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen Molekülaggregate (Tetrahydrolstruktur, Abb. 1, Abb. 2). Die meisten Clusterhypothesen postulieren eine Mischung von Netzwerken vierfach verknüpfter Wassermoleküle mit monomeren Molekülen, die den Raum zwischen den Clustern ausfüllen. Die mittlere Lebensdauer eines solchen Clusters beträgt nur 10-¹¹s. Die durch den Dipolcharakter des Wasserstoffmoleküls bestimmten physikalischen und chemischen Eigenschaften des W. sind Grundlagen für seine biologischen Funktionen. Die Dipolmoleküle des W. treten als gebundenes W. mit den räumlichen Strukturen der biologischen Makromoleküle, besonders der Proteine und Nucleinsäuren, in enge Wechselwirkung, wobei es zur Ausbildung einer Hydrathülle (Hydratation) kommt. Die Aktivität der Enzyme im Cytoplasma hängt wesentlich vom Wassergehalt ab. W. löst organische und anorganische Stoffe und transportiert sie innerhalb und außerhalb der Zellen. Bei den organischen Verbindungen unterscheidet man entsprechend dem Gehalt an hydrophilen und hydrophoben Gruppierungen Stoffklassen, die sich gut in W. lösen (Aminosäuren, Proteine, Nucleinsäuren und Kohlenhydrate), und solche, die sich nur schwer in W. lösen (Fette und Lipoide).

Als Reaktionspartner in verschiedenen Stoffwechselreaktionen ermöglicht W. unter der katalytischen Wirkung von Hydrolasen die Spaltung von Makromolekülen (Proteine, Kohlenhydrate und Fette), womit deren biologischer Abbau eingeleitet wird. Im Stoffwechsel entsteht W. (Atmungswasser) im Zuge der Atmungskette. W. ist Ausgangssubstanz für die Photosynthese.

Der Wasserhaushalt der tierischen Organismen reguliert die Körpertemperatur. Durch die Verdunstung von W. kann Wärme nach außen abgeführt werden.

In der biochemischen Forschung hat neben dem natürlichen W., dem leichten W., mit der Zusammensetzung ¹H₂¹⁶O das isotop substituierte schwere W. ²H2¹⁶O Bedeutung. Hierbei ist der Wasserstoff H durch das Wasserstoffisotop D (Deuterium) ausgetauscht. Schweres W. D₂O verursacht zahlreiche Veränderungen, die zur Abnahme der Stoffwechselaktivität, zu cytologischen und morphologischen Modifizierungen und teilweise sogar zum Absterben von Organismen führen können. Man nutzt die Wirkungen dieser Isotopieeffekte beim Studium der Rolle des W. in biologischen Systemen. Die Wasserbildung erfolgt 1) aus Wasserstoff H₂ und Sauerstoff O₂ (Knallgasreaktion; Atmungskette) sowie 2) durch Entfernung von Wasser aus organischen Verbindungen (Dehydratisierung), z.B. aus Äpfelsäure an der Malat-Dehydratase.

Wasser. Abb. 1. Tetrahydrolstruktur des Wassers.

Wasser. Abb. 2. Zweidimensionale Darstellung der Wechselwirkungen im flüssigen Wasser.