We are searching data for your request:
Upon completion, a link will appear to access the found materials.
Savo kurso projekte galvoju išvardyti pagrindines chemines reakcijas, vykstančias sinapsėse, kartu su jų laiko charakteristikomis.
Neradau jokių vadovėlių, kuriais galėčiau naudotis kaip atskaitos tašku, ir Google man taip pat nepadėjo. Tikėjausi sulaukti pagalbos ieškant apžvalgos popieriaus ar vadovėlio apie cheminius skaičiavimus sinapsėje.
Jei jums tai įdomu „cheminių skaičiavimų“ požiūriu, tikriausiai norite literatūros, kurioje detaliai nagrinėjamas signalo perdavimas. Siūlyčiau Markso ir kt. vadovėlį apie signalo perdavimą. Aš jos dar neperskaičiau (jis yra mano sąraše), bet man patiko aiškus įžangos rašymo stilius ir, kaip matote iš turinio, jame yra skyrių, kuriuose konkrečiai kalbama apie sinapses ir jų neurotransmiterius.
Abejoju, ar jame bus pilnas sąrašas (yra keli šimtai junginių, kuriuos galima laikyti neurotransmiteriais), bet kaip įvadinis vadovėlis greičiausiai jame bus pagrindiniai.
Visi elementai yra stabiliausi, kai jų išorinis apvalkalas yra užpildytas elektronais pagal okteto taisyklę. Taip yra todėl, kad atomams energetiškai palanku būti tokioje konfigūracijoje ir dėl to jie yra stabilūs. Tačiau kadangi ne visi elementai turi pakankamai elektronų, kad užpildytų savo atokiausius apvalkalus, susidaro atomai cheminiai ryšiai su kitais atomais, tokiu būdu gaunant elektronus, kurių jiems reikia stabiliai elektronų konfigūracijai pasiekti. Kai du ar daugiau atomų chemiškai susijungia vienas su kitu, gaunama cheminė struktūra yra molekulė. Pažįstama vandens molekulė H2O susideda iš dviejų vandenilio atomų ir vieno deguonies atomo, kurie jungiasi kartu sudarydami vandenį, kaip parodyta 1 paveiksle. Atomai gali sudaryti molekules dovanodami, priimdami arba dalindamiesi elektronais, kad užpildytų savo išorinius apvalkalus.
1 pav. Du ar daugiau atomų gali jungtis vienas su kitu ir sudaryti molekulę. Kai du vandeniliai ir deguonis dalijasi elektronais kovalentiniais ryšiais, susidaro vandens molekulė.
Cheminės reakcijos atsiranda, kai du ar daugiau atomų jungiasi kartu sudarydami molekules arba kai surišti atomai suskaidomi. Medžiagos, naudojamos cheminės reakcijos pradžioje, vadinamos reagentai (dažniausiai randama kairėje cheminės lygties pusėje), o reakcijos pabaigoje randamos medžiagos yra žinomos kaip Produktai (paprastai randama dešinėje cheminės lygties pusėje). Tarp reagentų ir produktų paprastai nubrėžiama rodyklė, nurodanti cheminės reakcijos kryptį, ši kryptis ne visada yra „vienpusė gatvė“. Aukščiau parodytai vandens molekulei sukurti cheminė lygtis būtų tokia:
Paprastos cheminės reakcijos pavyzdys yra vandenilio peroksido molekulių, kurių kiekvieną sudaro du vandenilio atomai, sujungti su dviem deguonies atomais (H) skilimas.2O2). Reagentas vandenilio peroksidas suskaidomas į vandenį, kuriame yra vienas deguonies atomas, susietas su dviem vandenilio atomais (H2O) ir deguonis, susidedantis iš dviejų sujungtų deguonies atomų (O2). Žemiau pateiktoje lygtyje reakcija apima dvi vandenilio peroksido molekules ir dvi vandens molekules. Tai yra pavyzdys a subalansuota cheminė lygtis, kur kiekvieno elemento atomų skaičius yra vienodas kiekvienoje lygties pusėje. Pagal materijos tvermės dėsnį atomų skaičius prieš ir po cheminės reakcijos turi būti lygus, kad normaliomis aplinkybėmis atomai nebūtų sukurti ar sunaikinti.
Nors visos šios reakcijos reagentai ir produktai yra molekulės (kiekvienas atomas lieka sujungtas bent su vienu kitu atomu), šioje reakcijoje tik vandenilio peroksidas ir vanduo yra molekulių poklasio, žinomo kaip junginiai: juose yra daugiau nei vieno tipo elementų atomų. Kita vertus, molekulinis deguonis, kaip parodyta 2 paveiksle, susideda iš dviejų dvigubai sujungtų deguonies atomų ir nėra klasifikuojamas kaip junginys, o kaip elementas.
2 pav. O deguonies atomai2 molekulės yra sujungtos dviguba jungtimi.
Kai kurios cheminės reakcijos, pvz., parodyta aukščiau, gali vykti viena kryptimi, kol bus sunaudoti visi reagentai. Šias reakcijas apibūdinančiose lygtyse yra vienakryptė rodyklė ir yra negrįžtamas. Grįžtamos reakcijos yra tie, kurie gali eiti bet kuria kryptimi. Grįžtamosiose reakcijose reagentai virsta produktais, tačiau kai produkto koncentracija viršija tam tikrą ribą (būdinga konkrečiai reakcijai), kai kurie iš šių produktų šiuo metu vėl virsta reagentais, produktų ir reagentų pavadinimai yra atvirkščiai. Tai tęsiasi tol, kol atsiranda tam tikra santykinė pusiausvyra tarp reagentų ir produktų - būsena, vadinama pusiausvyra. Šios grįžtamųjų reakcijų situacijos dažnai žymimos chemine lygtimi su dviguba rodykle, nukreipta tiek į reagentus, tiek į produktus.
Pavyzdžiui, žmogaus kraujyje vandenilio jonų perteklius (H + ) jungiasi su bikarbonato jonais (HCO).3 – ) sudaro pusiausvyrą su anglies rūgštimi (H2CO3). Jei į šią sistemą būtų pridėta anglies rūgšties, dalis jos virstų bikarbonato ir vandenilio jonais.
Tačiau biologinėse reakcijose pusiausvyra retai pasiekiama, nes reagentų arba produktų arba abiejų koncentracijos nuolat kinta, dažnai vienos reakcijos produktas yra kitos reakcijos produktas. Grįžtant prie vandenilio jonų pertekliaus kraujyje pavyzdžio, pagrindinė reakcijos kryptis bus anglies rūgšties susidarymas. Tačiau anglies rūgštis taip pat gali išeiti iš organizmo kaip anglies dioksido dujos (iškvepiant), o ne virsta atgal į bikarbonato jonus, todėl reakcija į dešinę pagal cheminį dėsnį, žinomą kaip masinio veikimo dėsnis. Šios reakcijos yra svarbios mūsų kraujo homeostazei palaikyti.
Cheminės reakcijos
Elementas chloras (Cl) yra žalsvas nuodas. Ar valgytum chlorą? Žinoma, ne, bet dažnai valgote junginį, kuriame yra chloro. Tiesą sakant, jūs tikriausiai valgote šį chloro junginį beveik kiekvieną dieną. Ar žinote, kas tai yra? It&rsquos valgomoji druska. Stalo druska yra natrio chloridas (NaCl), kuris susidaro, kai chloras ir natris (Na) susijungia tam tikromis proporcijomis. Kaip chloras, toksiška žalia cheminė medžiaga, virsta nekenksminga balta valgomoji druska? Tai vyksta cheminės reakcijos metu.
A cheminė reakcija yra procesas, kurio metu kai kurios cheminės medžiagos pakeičiamos kitomis. Medžiaga, kuri pradeda cheminę reakciją, vadinama a reagentas, o medžiaga, kuri susidaro dėl cheminės reakcijos, vadinama a produktas. Cheminės reakcijos metu reagentai sunaudojami gaminiams gaminti.
Cheminės reakcijos pavyzdys yra metano deginimas. Šioje cheminėje reakcijoje reagentai yra metanas (CH4) ir deguonies (O2), o produktai yra anglies dioksidas (CO2) ir vanduo (H2O). Cheminė reakcija apima cheminių jungčių nutrūkimą ir formavimąsi. Degant metanui, metano ir deguonies molekulėse nutrūksta ryšiai, o anglies dioksido ir vandens molekulėse susidaro nauji ryšiai.
Cheminės lygtys
Cheminę reakciją galima pavaizduoti a cheminė lygtis. Pavyzdžiui, metano degimą galima pavaizduoti chemine lygtimi
Rodyklė cheminėje lygtyje atskiria reagentus nuo produktų ir rodo reakcijos kryptį. Jei reakcija galėtų vykti ir priešinga kryptimi, būtų naudojamos dvi rodyklės, nukreiptos priešingomis kryptimis. Skaičius 2 priešais O2 ir H2O rodo, kad reakcijoje dalyvauja dvi deguonies molekulės ir dvi vandens molekulės. (Jei prieš cheminį simbolį nėra skaičiaus, dalyvauja tik viena molekulė.)
Medžiagos išsaugojimas
Vykstant cheminei reakcijai, kiekvieno elemento kiekis nesikeičia, gaminiuose yra toks pat kiekvieno elemento kiekis, koks buvo reagentuose. Taip yra todėl, kad materija visada išsaugoma. Medžiagos išsaugojimas atsispindi reakcijos ir rsquos cheminėje lygtyje. Kiekvienoje rodyklės pusėje rodomas vienodas kiekvieno elemento atomų skaičius. Pavyzdžiui, aukščiau pateiktoje cheminėje lygtyje kiekvienoje rodyklės pusėje yra keturi vandenilio atomai. Ar galite rasti visus keturis iš kiekvienos lygties pusės?
Cheminės lygtys
Cheminės reakcijos gali būti pavaizduotos cheminėmis lygtimis. A cheminė lygtis yra simbolinis būdas parodyti, kas vyksta cheminės reakcijos metu. Pavyzdžiui, metano deginimas gali būti pavaizduotas chemine lygtimi:
Rodyklė cheminėje lygtyje atskiria reagentus nuo produktų ir rodo reakcijos kryptį. Jei reakcija galėtų vykti ir priešinga kryptimi, būtų naudojamos dvi rodyklės, nukreiptos priešingomis kryptimis. Skaičius 2 priešais O2 ir H2O, vadinamas koeficientas, tai rodo du deguonies molekulių ir du reakcijoje dalyvauja vandens molekulės. Jei dalyvauja tik viena molekulė, prieš cheminį simbolį skaičius nededamas. Atkreipkite dėmesį į apatinis indeksas apie 2 deguonies (O) ir vandenilio (H) atomams atitinkamai deguonies ir vandens molekulėse. Tai rodo, kad kiekviena deguonies molekulė yra sudaryta iš du deguonies atomai. Jei indekso nėra, tada yra vienas atomas. Taigi viena vandens molekulė susideda iš dviejų vandenilio atomų ir vieno deguonies atomo. Kad ši cheminė reakcija įvyktų, viena metano molekulė reaguoja su dviem deguonies molekulėmis ir susidaro viena anglies dioksido molekulė ir dvi vandens molekulės.
3.8.4 pav. Antoine'as Lavoisier yra žinomas kaip „šiuolaikinės chemijos tėvas“.Endokanabinoidų sistemos mokslas: kaip THC veikia smegenis ir kūną
Po kelis dešimtmečius trukusių tyrimų mokslininkai, tyrinėję marihuanos poveikį, padarė keletą svarbių atradimų. Jie ne tik nustatė veikliąją marihuanos sudedamąją dalį, bet ir atrado, kur ir kaip ji veikia smegenyse – per naują sistemą, kurią jie pavadino endokanabinoidų (EC) sistema. EB sistema – pavadinta marihuanos augalo vardu Kanapės sativa ir jo veiklioji medžiaga delta-9-tetrahidrokanabinolis (THC) – tai unikali ryšių sistema smegenyse ir kūne, turinti įtakos daugeliui svarbių funkcijų, įskaitant tai, kaip žmogus jaučiasi, juda ir reaguoja.
Natūralios organizmo gaminamos cheminės medžiagos, kurios sąveikauja EB sistemoje, vadinamos kanabinoidais ir, kaip ir THC, sąveikauja su receptoriais, kad reguliuotų šias svarbias kūno funkcijas. Taigi, kuo EB sistema yra unikali ir kaip THC įtaka šiai sistemai veikia žmogaus atmintį, nelaimingų atsitikimų riziką ir net priklausomybę?
Apžvalga figūra 1 ir toliau nurodytus veiksmus, kad galėtumėte atidžiau pažvelgti į EB sistemos komponentus, jos veikimą ir THC poveikį.
1 pav. Endokanabinoidų (EB) sistema ir THC
Kaip kanabinoidai veikia kitaip nei kiti neuromediatoriai
Smegenų ląstelės (neuronai) bendrauja tarpusavyje ir su likusiu kūno dalimi siųsdamos cheminius „pranešimus“. Šie pranešimai padeda koordinuoti ir reguliuoti viską, ką jaučiame, galvojame ir darome. Paprastai cheminės medžiagos (vadinamos neurotransmiteriai) išsiskiria iš neurono (presinapsinės ląstelės), keliauja per nedidelį plyšį (sinapsę), o tada prisijungia prie specifinių receptorių, esančių netoliese esančiame neurone (postsinapsinėje ląstelėje). Tai paskatina priimantį neuroną veikti, sukeldamas įvykių rinkinį, leidžiantį perduoti pranešimą.
Tačiau EB sistema perduoda savo pranešimus kitaip, nes veikia „atgal“. Kai postsinapsinis neuronas aktyvuojamas, kanabinoidai (cheminiai EB sistemos pasiuntiniai) gaminami „pagal poreikį“ iš lipidų pirmtakų (riebalų ląstelių), jau esančių neurone. Tada jie paleidžiami iš tos ląstelės ir keliauja atgal prie presinapsinio neurono, kur prisijungia prie kanabinoidinių receptorių.
Taigi kodėl tai svarbu? Kadangi kanabinoidai veikia presinaptines ląsteles, jie gali kontroliuoti, kas atsitiks toliau, kai šios ląstelės bus aktyvuotos. Apskritai, kanabinoidai veikia kaip presinapsinių neuronų „dimmer“ jungiklis, ribojantis neuromediatoriaus (pvz., dopamino) išsiskyrimą, o tai savo ruožtu turi įtakos tam, kaip ląstelė siunčia, gauna ir apdoroja pranešimus.
Kaip THC veikia EB sistemą ir elgesį?
Kai žmogus rūko marihuaną, THC užvaldo EB sistemą ir greitai prisijungia prie kanabinoidų receptorių visame smegenyse ir kūne. Tai trukdo natūralių kanabinoidų gebėjimui atlikti savo darbą, suderinant ryšį tarp neuronų, o tai gali išmušti visą sistemą iš pusiausvyros.
Kadangi kanabinoidų receptorių yra daugybėje smegenų ir kūno dalių, THC poveikis yra platus: jis gali sulėtinti žmogaus reakcijos laiką (tai gali pabloginti vairavimo ar sportinius įgūdžius), sutrikdyti gebėjimą prisiminti ką tik nutikusius dalykus. , sukelia nerimą ir daro įtaką sprendimui. THC taip pat veikia tas smegenų dalis, dėl kurių žmogus jaučiasi gerai – būtent tai suteikia žmonėms „aukštumo“ jausmą. Tačiau laikui bėgant THC gali pakeisti EB sistemos veikimą šiose smegenų srityse, o tai gali sukelti atminties, priklausomybės ir psichinės sveikatos problemų.
Atsižvelgti į 2 pav pamatyti smegenų sritis su kanabinoidas receptoriai, tada raskite tas sritis diagramoje, kad ištirtumėte kai kuriuos skirtingus THC poveikius vartotojui.
2 pav. Kanabinoidų receptorių vietos smegenyse
Cheminės reakcijos sinapsėje – Biologija
II DALIS. KAMPINIAI AKMENYS: CHEMIJA, LĄSTELĖS IR MEDŽIAGA
Kai junginiai suskaidomi arba susidaro, susidaro naujos medžiagos, turinčios naujų savybių. Toks medžiagos pasikeitimas vadinamas cheminiu pokyčiu, o procesas vadinamas chemine reakcija. Cheminėje reakcijoje elementai išlieka tie patys, tačiau junginiai ir jų savybės keičiasi, kai atomai sujungiami naujais deriniais. Visi gyvi daiktai naudoja energiją ir materiją. Kitaip tariant, jie nuolat vykdo chemines reakcijas.
Dėl cheminių reakcijų susidaro naujos cheminės medžiagos, turinčios didesnį ar mažesnį potencialios energijos kiekį. Energija absorbuojama, kad būtų sukurtos naujos cheminės medžiagos, turinčios daugiau potencialios energijos. Energija išsiskiria, kai pagamintos naujos cheminės medžiagos turi mažiau potencialios energijos. Pavyzdžiui, fotosintezės procese žaliuose augaluose susidaro naujos cheminės medžiagos. Žalias augalas naudoja spinduliavimo energiją (saulės šviesą), anglies dioksidą ir vandenį naujoms cheminėms medžiagoms ir deguoniui gaminti. Šios naujos cheminės medžiagos, lapai, šaknys ir medis, turi daugiau cheminės energijos nei anglies dioksidas ir vanduo, iš kurių jie susidarė.
Cheminė lygtis yra būdas apibūdinti, kas vyksta cheminėje reakcijoje. Pavyzdžiui, fotosintezės cheminė reakcija apibūdinama lygtimi
Cheminėse reakcijose reagentai yra medžiagos, kurios keičiasi (fotosintezės metu anglies dioksido molekulės ir vandens molekulės), kurios atsiranda kairėje lygties pusėje. Lygtis taip pat rodo, kad energija yra absorbuojama, terminas energija rodomas kairėje pusėje. Rodyklė nurodo kryptį, kuria vyksta cheminė reakcija, tai reiškia "išeiga". Naujos cheminės medžiagos yra dešinėje ir vadinamos produktais. Skaitydami fotosintezės reakciją kaip sakinį, sakytumėte: „Anglies dioksidas ir vanduo reaguodami naudoja energiją, todėl gaunamos augalinės medžiagos ir deguonis."
Atkreipkite dėmesį į fotosintezės reakciją, kad kiekvienoje cheminėje formulėje prieš kai kurias chemines formules ir indeksus yra skaičiai. Skaičius prieš kiekvieną cheminę formulę rodo kiekvienos reakcijoje dalyvaujančios molekulės rūšies skaičių. Indeksai nurodo kiekvienos rūšies elemento skaičių vienoje to junginio molekulėje. Cheminės reakcijos visada vyksta sveikųjų skaičių santykiais. Tai reiškia, kad cheminėje reakcijoje gali dalyvauti tik visos molekulės. Neįmanoma, kad pusė vandens molekulės tarnautų kaip reagentas arba taptų produktu. Pusė vandens molekulės nėra vanduo. Be to, kiekvieno elemento atomų skaičius reagento pusėje turi būti lygus skaičiams produkto pusėje. Kadangi ankstesnėje lygtyje yra vienodas kiekvieno elemento (C, H, O) skaičius iš abiejų pusių, lygtis laikoma „subalansuota“.
Penkios svarbiausios cheminės reakcijos, vykstančios organizmuose, yra (1) oksidacija-redukcija, (2) dehidratacijos sintezė, (3) hidrolizė, (4) fosforilinimas ir (5) rūgščių bazių reakcijos.
Oksidacijos-redukcijos reakcija yra cheminis pokytis, kurio metu elektronai pereina iš vieno atomo į kitą ir kartu su juo elektronuose esanti energija. Kaip rodo pavadinimas, tokia reakcija susideda iš dviejų dalių ir kiekviena dalis pasakoja, kas atsitinka su elektronais. Oksidacija apibūdina tai, kas nutinka atomui ar molekulei, kuri praranda elektroną. Redukcija apibūdina tai, kas nutinka atomui ar molekulei, kuri įgyja elektroną. Kai pirmą kartą buvo vartojamas terminas oksidacija, jis konkrečiai reiškė reakcijas, susijusias su deguonies deriniu su kitais atomais. Tačiau netrukus buvo pripažinta, kad fluoras, chloras ir kiti elementai dalyvauja panašiose reakcijose, todėl apibrėžimas buvo pakeistas, kad apibūdintų elektronų poslinkius reakcijoje. Pavadinimas taip pat reiškia, kad bet kurioje reakcijoje, kurios metu vyksta oksidacija, turi vykti ir redukcija. Vienas negali išsiversti be kito. Ląstelių kvėpavimas yra oksidacijos-redukcijos reakcija, kuri vyksta visose ląstelėse:
Šioje ląstelių kvėpavimo reakcijoje cukrus oksiduojasi (praranda elektronus), o deguonis redukuojasi (elektronus gauna iš cukraus). Išsiskiria didelio cheminio potencialo energija cukraus molekulėje, o organizmas dalį šios energijos panaudoja darbui atlikti. Anksčiau minėtoje fotosintezės reakcijoje vanduo oksiduojamas (netenka elektronų), o anglies dioksidas redukuojasi (elektronus gauna iš vandens). Šiai reakcijai atlikti reikalinga energija gaunama iš saulės spindulių ir kaupiama produkte – cukruje.
Dehidratacijos sintezės reakcijos
Dehidratacijos sintezės reakcijos – tai cheminiai pokyčiai, kurių metu išsiskiria vanduo ir iš mažesnių, mažiau sudėtingų dalių susidaro (sintetinama) didesnė, sudėtingesnė molekulė. Vanduo yra produktas, susidarantis iš jo sudedamųjų dalių (H ir OH), kurios pašalinamos iš reagentų. Pavyzdžiui, baltymai susideda iš daugybės aminorūgščių subvienetų, sujungtų dehidratacijos sintezės būdu:
Baltymų (amino rūgščių) statybiniai blokai yra sujungti vienas su kitu, kad sintezuotų didesnes, sudėtingesnes produktų molekules (ty baltymus). Dehidratacijos sintezės reakcijose vanduo susidaro, kai mažesni reagentai chemiškai susijungia vienas su kitu, sudarydami mažiau, bet didesnes produkto molekules.
Hidrolizės reakcijos yra priešingos dehidratacijos sintezės reakcijoms. Hidrolizės reakcijoje vanduo naudojamas reagentams suskaidyti į mažesnius, ne tokius sudėtingus produktus:
Labiau žinomas šios cheminės reakcijos pavadinimas yra virškinimas. Tai tokia cheminė reakcija, kuri įvyksta virškinant baltyminį maistą, pavyzdžiui, mėsą. Ankstesniame pavyzdyje atkreipkite dėmesį, kad reaguojančio vandens H ir OH sudedamosios dalys tampa statybinių blokų gaminių dalimis.
Fosforilinimo reakcija vyksta, kai atomų spiečius, žinomas kaip fosfatų grupė
pridedama prie kitos molekulės. Šis klasteris daugelyje cheminių formulių yra sutrumpintas kaip P, o tik P rodomas, kai fosfatas perkeliamas iš vienos molekulės į kitą. Tai labai svarbi reakcija, nes ryšyje tarp fosfato grupės ir kito atomo yra potenciali energija, kurią visos ląstelės naudoja daugeliui veiklų. Dėl fosforilinimo reakcijų jų potenciali energija perduodama kitoms molekulėms, kurios skatina visų organizmų veiklą (2.14 pav.).
2.14 PAVEIKSLAS. Fosforilinimas ir raumenų susitraukimai
Kai fosfatų grupė perkeliama tarp molekulių, išsiskiria energija, kuri skatina raumenų susitraukimus.
Tokio tipo reakcija dažniausiai yra susijusi su kinetinės energijos, reikalingos visiems organizmams, tiekimui. Tai gali vykti ir atvirkščiai. Kai tai įvyksta, energija turi būti pridėta iš aplinkos (saulės šviesos ar kitos fosforilintos molekulės) ir kaupiama naujai fosforilintoje molekulėje.
Rūgščių ir šarmų reakcijos vyksta, kai rūgšties jonai sąveikauja su bazės jonais, sudarydami druską ir vandenį (žr. 2.9 skyrių). Vandeninis tirpalas, kuriame yra ištirpusios rūgšties, yra tirpalas, kuriame yra vandenilio jonų. Jei pridedamas tirpalas, kuriame yra antrasis joninis bazinis junginys, susidaro jonų mišinys. Kol jie sumaišomi, gali įvykti reakcija, pvz.
Vykstant rūgšties ir bazės reakcijai, H iš rūgšties chemiškai susijungia su bazės OH. Tokio tipo reakcija dažnai vyksta organizmuose ir jų aplinkoje. Kadangi rūgštys ir bazės gali būti labai kenksmingos, reakcijos, kurių metu jos neutralizuoja viena kitą, apsaugo organizmus nuo žalos.
Vanduo ir gyvybė – labiausiai paplitęs gyvų daiktų junginys
1. Vanduo turi didelį paviršiaus įtempimą. Kadangi vandens molekulės yra polinės, tarp vandens molekulių susidaro vandenilio ryšiai ir jos labiau prilimpa viena prie kitos nei prie oro molekulių. Taigi vanduo linkęs susitraukti ir sudaryti lygų paviršių, kuriame vanduo susitinka su oru. Šis sluoksnis gali būti stebėtinai stiprus. Pavyzdžiui, kai kurie vabzdžiai gali vaikščioti tvenkinio paviršiumi. Vandens molekulių polinkis prilipti viena prie kitos ir prie kai kurių kitų medžiagų paaiškina, kodėl vanduo gali sudrėkinti daiktus. Tai taip pat paaiškina, kodėl vanduo lipa per siaurus vamzdelius, vadinamus kapiliariniais vamzdeliais. Šis kapiliarinis veiksmas taip pat padeda vandeniui judėti dirvožemyje, aukštyn augalų stiebų kraujagyslėmis ir gyvūnų kapiliarais (smulkiomis kraujagyslėmis).
2. Vanduo turi neįprastai aukštą garavimo ir susiliejimo šilumą. Kadangi poliarinės vandens molekulės prilimpa viena prie kitos, joms atskirti reikia neįprastai daug šilumos energijos. Vanduo atsparus temperatūros pokyčiams. Norint paversti 1 gramą skysto vandens į dujinę būseną, vandens garus, reikia 540 kalorijų šilumos energijos. Tai reiškia, kad dideli vandens telkiniai, tokie kaip ežerai ir upės, turi sugerti didžiulį energijos kiekį, kad išgaruotų ir liktų gyvybė juose aukšta ir sausa. Tai taip pat reiškia, kad žmonės prakaituodami gali atsikratyti kūno šilumos pertekliaus, nes išgaravęs vanduo pašalina šilumą iš odos. Kita vertus, didelė lydymosi šiluma reiškia, kad šis didelis šilumos energijos kiekis turi būti pašalintas iš skysto vandens, kol jis iš skysto nepatenka į kietą būseną – ledą. Todėl vanduo gali išlikti skystas ir tinkamas namas daugybei organizmų dar ilgai po to, kai atmosferos temperatūra pasiekia užšalimo tašką – 0°C (32°F).
3. Vanduo pasižymi neįprastomis tankio charakteristikomis. Vanduo tankiausias esant 4°C. Vandens telkinyje prarandant šilumos energiją ir jo temperatūrai nukritus žemiau 4°C, jo tankis mažėja ir šis mažiau tankus, šaltesnis vanduo lieka viršuje. Kai paviršinis vanduo pasiekia užšalimo tašką ir keičiasi iš skystos į kietą fazę, molekulės sudaro naujas struktūras, panašias į korį. Tarpai tarp vandens molekulių daro kietąją fazę, ledą, mažiau tankią nei apačioje esantis vanduo, o ledas plūduriuoja. Tai paviršinis vanduo, kuris užšąla iki kietos medžiagos, padengdamas tankesnį, skystą vandenį ir jame esančius gyvius.
4. Vandens savitasis svoris taip pat yra svarbi savybė. Vandens tankis 4°C temperatūroje yra 1 gramas kubiniame centimetre. Viskas, kurio tankis didesnis, skęsta vandenyje, o bet kas mažesnio tankio plūduriuoja. Savitasis sunkis yra medžiagos tankio ir vandens tankio santykis. Todėl vandens savitasis svoris yra 1,00. Plūduriuoja bet kuri medžiaga, kurios savitasis tankis yra mažesnis nei 1,00. Jei sumaišysite vandenį ir benziną, benzinas (savitasis sunkis 0,75) plūduriuoja į viršų. Žmonės taip pat skiriasi pagal savo kūno svorį. Kai kuriems žmonėms labai lengva plūduriuoti vandenyje, o kitiems tai neįmanoma. Tai tiesiogiai susiję su kiekvieno žmogaus savituoju sunkiu, kuris yra asmens kūno riebalų ir raumenų bei kaulų santykio matas.
5. Vanduo laikomas universaliu tirpikliu, nes dauguma kitų cheminių medžiagų gali būti ištirpinti vandenyje. Tai reiškia, kad visur, kur teka vanduo – per žemę, orą ar per organizmą – jis neša chemines medžiagas. Vanduo savo gryniausia forma netgi gali veikti kaip aliejų tirpiklis.
6. Vanduo sudaro 50-60% daugumos gyvų būtybių kūnų. Tai svarbu, nes vandenyje vyksta visų gyvų būtybių cheminės reakcijos.
7. Vandens garai atmosferoje yra žinomi kaip drėgmė, kuri kinta priklausomai nuo aplinkos sąlygų. Santykine oro drėgme vadinamas santykis, kiek vandens garų yra ore ir kiek vandens garų galėtų būti ore tam tikroje temperatūroje. Santykinė drėgmė yra glaudžiai susijusi su jūsų komfortu. Esant aukštai santykinei oro drėgmei ir temperatūrai, sunku išgaruoti vandenį iš odos, todėl sunkiau atvėsti ir nepatogiai šilta.
8. Vandens savitasis svoris kinta priklausomai nuo jo fizinės fazės. Taip pat yra didesnė tikimybė, kad ledas iš kieto į skystą (tirps) atšilus. Jei užšalus vandens savitasis svoris nesumažėtų, greičiausiai ledas nuskęstų ir niekada neatiirtų. Mūsų gyvybę teikiantis vanduo būtų įstrigęs vandenyno dydžio ledkalniuose. Ledas taip pat suteikia apsauginį sluoksnį gyvenimui po ledo lakštu.
Paklauskite inžinieriaus
Žmogaus smegenys susideda iš maždaug 100 milijardų nervinių ląstelių (neuronų), sujungtų trilijonais jungčių, vadinamų sinapsėmis. Vidutiniškai kiekviena jungtis perduoda apie vieną signalą per sekundę. Kai kurios specializuotos jungtys siunčia iki 1000 signalų per sekundę. „Kažkaip… tai verčia susimąstyti“, – sako Charlesas Jenningsas, MIT McGovern smegenų tyrimų instituto neurotechnologijų direktorius.
Atsižvelgiant į fizinį to, kas vyksta jūsų galvoje, sudėtingumą, atsekti mintį nuo pradžios iki pabaigos nėra lengva. „Tai panašu į klausimą, kur prasideda miškas. Ar su pirmu lapu, ar su pirmos šaknies galiuku? sako Jennings. Paprasčiau, pradedant nuo suvokimo – „minčių“, kurias tiesiogiai sukelia išoriniai dirgikliai – plunksna nuvalo odą, matai šiuos žodžius kompiuterio ekrane, girdi telefono skambėjimą. Kiekvienas iš šių įvykių sukelia signalų seriją smegenyse.
Pavyzdžiui, kai skaitote šiuos žodžius, fotonai, susiję su raidžių raštais, patenka į jūsų tinklainę, o jų energija paleidžia elektros signalą šviesos aptikimo ląstelėse. Tas elektrinis signalas sklinda kaip banga išilgai ilgų gijų, vadinamų aksonais, kurie yra neuronų jungčių dalis. Kai signalas pasiekia aksono galą, jis sukelia cheminių neurotransmiterių išsiskyrimą į sinapsę, cheminę jungtį tarp aksono galo ir tikslinių neuronų. Tikslinis neuronas reaguoja savo elektriniu signalu, kuris, savo ruožtu, plinta į kitus neuronus. Per kelis šimtus milisekundžių signalas išplito į milijardus neuronų keliose dešimtyse tarpusavyje susijusių jūsų smegenų sričių ir jūs suvokėte šiuos žodžius. (Visa tai ir jūs tikriausiai net neprakaitote.)
Tai, kad tuomet galite paversti šių formų suvokimą simboliais, kalba ir prasme, yra visai kita istorija – ir geras neurologijos sudėtingumo požymis. Bandymas įsivaizduoti, kaip jūsų smegenyse susilieja trilijonai ryšių ir milijardai vienu metu vykstančių perdavimų, kad susidarytų mintis, panašu į bandymą žiūrėti į lapus, šaknis, gyvates, paukščius, erkes, elnius ir visa kita miške. ta pati akimirka.
Tačiau pasitelkę naujus smegenų vaizdavimo įrankius mokslininkai žengia žingsnius link to. Geresnis supratimas apie tai, kur ir kaip smegenyse kyla įvairių tipų mintys, pavyzdžiui, veido atpažinimas, emocijos ar kalba, gali padėti tyrėjams sukurti tokių sutrikimų kaip autizmas ar disleksija gydymo būdus.
Bet ar pasiekti šį tikslą? „Tai didelis užsakymas“, - sakė McGovern instituto doktorantė Evelina Fedorenko. Dirbdama su smegenų ir pažinimo mokslų profesore Nancy Kanwisher, Fedorenko kuria geresnius įrankius, skirtus minčių įrašams išskaidyti. Jų neseniai atliktas darbas atskleidžia aiškesnį vaizdą apie tai, kur smegenys apdoroja kalbą – vieną iš svarbiausių veiklų, kurios daro mus žmonėmis.
Dėkojame Rugada Meghanath iš Srikakulamo, Andhra Pradešo, Indijos, už šį klausimą.
Cheminių sinapsių struktūra
Funkcinis ryšys tarp neuronų vyksta specializuotose jungtyse, vadinamose sinapsės. Dažniausiai sinapsėse smegenyse naudojamos cheminės medžiagos (konkrečiau, neurotransmiteriai) bendrauti tarp neuronų. Šie vadinami cheminės sinapsės.
Presinapsinis elementas, aksonas ir postsinapsinis elementas, pavyzdžiui, dendritinis stuburas, sinapsėje yra glaudžiai susilieję, bet neturi tiesioginio kontakto. Presinapsinę ir postsinapsinę membranas skiria plyšys – sinapsinis plyšys. Cheminiai siųstuvai užpildo šią spragą difunduodami iš išleidimo vietų presinapsinėje pusėje į receptorius postsinapsinėje pusėje.
Sinapsėje atsiranda įvairių ultrastruktūrinių specializacijų, leidžiančių vienareikšmiškai identifikuoti prieš ir postsinapsinius partnerius. Presinapsiniame aksoniniame butone gali būti sinapsinių pūslelių debesys, ryškūs mitochondrijos, taip pat endoplazminio tinklelio kanalėliai. Būdingas sinapsės bruožas yra nepermatomos medžiagos kaupimasis postsinapsinės membranos citoplazminiame paviršiuje. Ši medžiaga vadinama postsinapsiniu tankiu. Tankis rodo neurotransmiterių receptorių ir signalinių baltymų, būtinų cheminiam sinapsiniam perdavimui, agregaciją.
Nuo šeštojo dešimtmečio pabaigos atskirų sinapsių ultrastruktūrinės ypatybės buvo plačiai tiriamos naudojant momentines nuotraukas, gautas naudojant elektroninę mikroskopiją. Grey'us suskirstė dviejų tipų sinapses smegenyse pagal ultrastruktūrines presinapsinių (turinčių pūsleles) ir postsinapsinių partnerių savybes (uždėtos membranos ilgis, membranos sustorėjimai ir sinapsinis plyšys):
Šios dvi kategorijos dar labiau išsiskyrė pagal jų vietas: 1 tipo sinapsės buvo rastos ant dendritinių spyglių ir dendrito šachtų, o 2 tipo sinapsės daugiausia įvyko dendrito šachtuose ir neuronų ląstelių kūnuose. Praktiškai Grėjaus nomenklatūros sinonimai yra terminai:
aprašė Colonnier (1968). Colonnier išplėtė Grėjaus stebėjimus naudodamas aldehidu fiksuotas smegenis. Aldehidu fiksuotame audinyje asimetrinės sinapsės apima aksonus, kuriuose vyrauja apvalios arba sferinės pūslelės ir sudaro sinapses, kurios išsiskiria sutirštėjusiu, postsinapsiniu tankiu. Priešingai, simetriškos sinapsės apima aksonus, kuriuose yra pūslelių sankaupų, kurios dažniausiai yra plokščios arba pailgos. Presinapsinės ir postsinapsinės membranos yra labiau lygiagrečios nei aplinkinė nesinapsinė membrana, o sinapsėje nėra ryškaus postsinapsinio tankio. Spauskite čia norėdami peržiūrėti Colonnier asimetrinių ir simetriškų sinapsių aprašymą.
Sterotipinė ir gausiausia sinapsė centrinėje nervų sistemoje yra asimetrinė sinapsė, vykstanti tarp aksono ir dendritinio stuburo. Other synaptic relationships exist and involve different parts of the neuron. For instance, axo-axonic, somato-axonic, somato-dendritic, dendro-axonic, and dendro-dendritic synapses can occur and provide alternate mechanisms for functional communication between neurons.
Structural and functional classifications of axons, dendrites and their synapses are still emerging. The use of electrophysiology, laser scanning, and serial electron microscopy, together with 3D computer-aided reconstruction, facilitate the study of neurons and the intricacies of their synapses within the brain.
Exothermic Reactions
Figure 3.9.2 Exothermic reactions release energy.A chemical reaction that releases energy is called an exothermic reaction . This type of reaction can be represented with this general chemical equation:
Reactants → Products + Šiluma
Another example of an exothermic reaction is chlorine combining with sodium to form table salt. The decomposition of organic matter also releases energy because of exothermic reactions. Sometimes on a chilly morning, you can see steam rising from a compost pile because of these chemical reactions (see photo in Figure 3.9.2).
This compost pile is steaming because it is much warmer than the chilly air around it. The heat comes from all the exothermic chemical reactions taking place inside the compost as it decomposes.
A special type of exothermic reaction is an exergonic reaction – not only do exergonic reactions release energy, but in addition, they occur spontaneously. Many cell processes rely on exergonic reactions: in a chemical process called cellular respiration, which is similar to combustion, the sugar glucose is “burned” to provide cells with energy.
Amino Acids: Properties and Chemical Reactions
(a) Amino acids have at least two ionizable groups i.e. -COOH and –NH + 3. The former dissociates more easily than the latter. In solution, two forms of these groups, one charged and one neutral, exist in pro-tonic equilibrium with each other.
R-COOH and R-NH3 + represent the protonated or acid partners in these equilibria, R-COO − and R NH2, are the conjugated bases (i.e. proton acceptors) of the corresponding acids. Although both R-COOH and R-NH3 + are weak acids, R-COOH is a several thousand times stronger acid than is R-NH3 − .
(b) At pH 7.4, carboxyl groups exist almost entirely as the conjugated base i.e. R-COO − . Most amino groups exist in the form, R-NH3 + .
In blood and most tissues, amino acid structures are drawn as fol­lows:
The following structure cannot exist at any pH but is frequently used as a con­venience when the chemistry of amino acids is discussed.
(c) Pk of an acid is simply the negative log of the dissociation constant
Pk values for α-amino groups of free amino acids is about 9.8.
(d) The isoelectric pH (P I ) of an amino acid is that pH at which it has no net charge and hence does not move in an electric field.
Addition of acid or alkali depresses one type of ionisation so that the amino acid behaves as a base or an acid.
The ion at the isoelectric point which carries + and – charges internally neutralized is called “Zwitterion”. The three types of ions are represented in Fig. 5.5.
In an acid solution, the amino acid acts as a base yielding cations. When current is allowed to pass through the solution, the amino acid migrates to the cathode or positive pool.
In an alkaline solu­tion, it behaves as an acid forming anions. In the electric field, the amino acid migrates to the anode or negative pool.
On account of these opposite re­actions depending on the acidity or alkalinity of the solution the amino acids are called ampholytes.
Since Pk1(RCOOH) = 2.35 and Pk2 (RNH3 + ) = 9.69, the isoelectric pH (P 1 ) of alanine is
Thus P 1 of lysine and arginine is 9.7 and 10.8 respectively. The ability to perform calculations of this type is of significant value in the clinical laboratory to assess the mobility of known compounds in elec­tric fields and to select appropriate buffers for sepa­ration of one from another.
i. The ion at isoelectric point which carries + and – charges is called zwitterion.
ii. In acid solution zwitterion combines with H + ions to form base yielding cation, when the current is passed, the amino acid mi­grates towards cathode,
iii. In alkali solution, zwitterion combines with OH – to form acid yielding anions and migrates towards anode during the change of current.
iv. Zwitterion is the ampholyte i.e. it is both a proton donor and proton acceptor.
v. Generally, the acidic and basic strength of the zwitterion are different and a solu­tion of pure amino acid in water is not neutral.
vi. Proteins like the amino acids, contain 6 acidic and basic groups exist in solution as zwitterion.
i. The isoelectric pH of an amino acid is that pH at which it has no net charge and does not move in an electric field.
ii. It can be denoted as follows:
iii. Isoelectric pH (P I ) of
iv. It has a significant value in the clinical laboratory to determine the mobility of known compounds in electric field.
v. It selects appropriate buffers for separa­tion of one from another.
vi. Proteins like amino acids have isoelectric pH (P I ) at which they are least soluble and migrate least in an electric field.
vii. Above P I they (proteins) act as acids and form negative protein ions, whereas be­low P I they act as bases and form positive protein ion.
i. In acid solution, the amino acid (Zwitterion) acts as base yielding cation, when current → cathode.
ii. In alkali solution → acid yielding anion, when current anode.
iii. On the basis of these opposite reactions depending upon the acidity and alkalin­ity of the solution, the amino acids are called ampholyte.
2. Structures of Amino Acids:
For many purposes, it is convenient to subdi­vide the amino acids in proteins into 7 classes as in the following table. In addition to their common names, systematic chemical names are also included in this table.
3. Optical Isomers of Amino Acids:
Except glycine, each amino acid has at least one asymmetric carbon atom and hence is optically active. Although D-amino acids occur in cells and even in polypeptides, they are not present in pro­teins.
Various other amino acids—Homocysteine, Homoserine, Ornithine, Citrulline, Arginosuccinic acid, Dopa, 3-monoiodotryrosine, 3, 5-Diiodotyro- sine, 3,5,3′-triiodotyrosine, Thyroxine, β-Alanine, Taurine etc.—in free or combined states fulfil important functions in metabolic processes other than as constituents of proteins. Many additional amino acids occur in plants or in antibiotics. Over 20 D- amino acids occur naturally.
Physical Properties of Amino Acids:
1. Amino acids are soluble in polar solvents such as water and ethanol but they are in­soluble in nonpolar solvents such as ben­zene or ether.
2. Their melting point is above 200°C.
3. The aromatic amino acids tryptophan, ty­rosine, histidine and phenylalanine absorb ultraviolet light.
Chemical Reactions of Amino Acids:
Ninhydrin is a powerful oxidizing agent which causes oxidative decarboxylation of α-amino acids yield­ing CO2, NH3 and an aldehyde. The re­duced ninhydrin then reacts with the lib­erated ammonia forming a blue complex. Proline and hydroxyproline produce a yellow rather than a purple colour with ninhydrin.
2. A variety of colour reactions specific for particular functional groups in amino ac­ids are known which are useful in both qualitative and quantitative identification of particular amino acids. These are given below.
3. Formation of Peptide Bonds:
Peptide bond formation involves removal of one mole of water between the α-amino group of one amino acid and the α-carboxyl group of a second amino acid.