معلومة

الماء # - علم الأحياء

الماء # - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

الماء مادة فريدة ترتبط خصائصها الخاصة ارتباطًا وثيقًا بعمليات الحياة. يذوب الماء أو "يبلل" الخلية والجزيئات الموجودة فيها ، ويلعب دورًا رئيسيًا كمتفاعل أو منتج في عدد لا يحصى من التفاعلات الكيميائية الحيوية ، ويتوسط التفاعلات بين الجزيئات داخل وخارج الخلية. تنبع العديد من الخصائص المهمة للمياه من الطبيعة القطبية للجزيء ، والتي يمكن تتبعها وصولاً إلى الجزيئات القطبية التي ينشأ ثنائي القطب من الروابط التساهمية القطبية بين الهيدروجين والأكسجين.

في BIS2A ، من السهل التغاضي عن الدور الشامل للمياه في جميع العمليات البيولوجية تقريبًا من خلال الانغماس في تفاصيل العمليات المحددة ، والبروتينات ، وأدوار الأحماض النووية ، وفي الإثارة الخاصة بك للآلات الجزيئية (سيحدث ذلك). ومع ذلك ، اتضح أن الماء يلعب أدوارًا رئيسية في كل هذه العمليات وسنحتاج إلى البقاء على دراية مستمرة بالدور الذي تلعبه المياه إذا أردنا تطوير فهم وظيفي أكثر. كن على اطلاع وانتبه أيضًا عندما يشير معلمك إلى ذلك.

في الحالة السائلة ، يتفاعل جزيء الماء الفردي مع بعضه البعض من خلال شبكة من الروابط الهيدروجينية الديناميكية التي تتشكل وتتكسر باستمرار. يتفاعل الماء أيضًا مع الجزيئات الأخرى التي تحتوي على مجموعات وظيفية مشحونة و / أو مجموعات وظيفية مع مانحين أو متقبلين لرابطة الهيدروجين. مادة ذات صفة قطبية أو مشحونة كافية قد تذوب أو تكون شديدة الامتزاج في الماء يشار إليها على أنها موجودة محبة للماء (hydro- = "ماء" ؛ -philic = "محب"). على النقيض من ذلك ، فإن الجزيئات ذات الخصائص غير القطبية مثل الزيوت والدهون لا تتفاعل جيدًا مع الماء وتنفصل عنه بدلاً من أن تذوب فيه ، كما نرى في تتبيلات السلطة المحتوية على الزيت والخل (محلول مائي حمضي). تسمى هذه المركبات غير القطبية نافرة من الماء (مائي- = "ماء" ؛ -رهاب = "خوف"). سننظر في بعض المكونات النشطة لهذه الأنواع من التفاعلات في فصل آخر.

شكل 1. في الحالة السائلة ، يشكل الماء شبكة ديناميكية من الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات الفردية. يظهر زوج واحد من المتبرعين والمقبولين.
الإسناد: Marc T. Facciotti (العمل الأصلي)

خصائص مذيبات الماء

نظرًا لأن الماء جزيء قطبي له شحنة موجبة وسالبة قليلاً ، يمكن للأيونات والجزيئات القطبية أن تذوب فيه بسهولة. لذلك ، يشار إلى الماء باسم أ مذيب، مادة قادرة على إذابة الجزيئات القطبية والمركبات الأيونية الأخرى. ستشكل الشحنات المرتبطة بهذه الجزيئات روابط هيدروجينية بالماء ، وتحيط بالجسيم بجزيئات الماء. يشار إلى هذا باسم أ مجال الترطيب، أو غلاف ترطيب ويعمل على إبقاء الجزيئات منفصلة أو مشتتة في الماء.

عند إضافة المركبات الأيونية إلى الماء ، تتفاعل الأيونات الفردية مع المناطق القطبية لجزيئات الماء ، ومن المحتمل أن تتعطل الروابط الأيونية في العملية المسماة التفكك. يحدث التفكك عندما تنفصل الذرات أو مجموعات الذرات من الجزيئات وتشكل الأيونات. ضع في اعتبارك ملح الطعام (كلوريد الصوديوم أو كلوريد الصوديوم). يتم تثبيت كتلة جافة من كلوريد الصوديوم معًا بواسطة روابط أيونية ويصعب فصلها. عندما تضاف بلورات كلوريد الصوديوم إلى الماء ، تتفكك جزيئات كلوريد الصوديوم إلى Na+ و Clتتشكل الأيونات وكرات الماء حول الأيونات. أيون الصوديوم موجب الشحنة محاط بالشحنة السالبة جزئيًا لأكسجين جزيء الماء. أيون الكلوريد سالب الشحنة محاط بشحنة موجبة جزئيًا للهيدروجين على جزيء الماء. قد يتخيل المرء نموذجًا يتم فيه "تداول" الروابط الأيونية في البلورة للعديد من الروابط الأيونية الأصغر حجمًا مع المجموعات القطبية على جزيئات الماء.

الشكل 2. عندما يتم خلط ملح الطعام (كلوريد الصوديوم) في الماء ، تتشكل كرات من الماء حول الأيونات. يصور هذا الشكل أيون الصوديوم (كرة زرقاء داكنة) وأيون كلوريد (كرة زرقاء فاتحة) مذابة في "بحر" من الماء. لاحظ كيف يتم محاذاة ثنائيات أقطاب جزيئات الماء المحيطة بالأيونات بحيث ترتبط الشحنات التكميلية / الشحنات الجزئية مع بعضها البعض (أي أن الشحنات الموجبة الجزئية على جزيئات الماء تتماشى مع أيون الكلوريد السالب بينما الشحنات السالبة الجزئية على الأكسجين من الماء تتماشى مع أيون الصوديوم موجب الشحنة).
الإسناد: Ting Wang - UC Davis (العمل الأصلي تم تعديله بواسطة Marc T. Facciotti)

ملاحظة: مناقشة ممكنة

ضع في اعتبارك نموذج إذابة الماء بلورة الملح الموضح أعلاه. صِف بكلماتك الخاصة كيف يمكن استخدام هذا النموذج لشرح ما يحدث على المستوى الجزيئي عند إضافة كمية كافية من الملح إلى حجم من الماء لم يعد يذوب فيه الملح (يصل المحلول إلى التشبع). اعملوا معًا لصياغة صورة مشتركة.

العلامات التي أوصى بها النموذج: مقال: موضوع


خصائص الماء: AP® Biology Crash Course Review

انتباه: تمت كتابة هذا المنشور قبل بضع سنوات وقد لا يعكس أحدث التغييرات في برنامج AP & reg. نحن نقوم بتحديث هذه المنشورات تدريجيًا وسنزيل إخلاء المسؤولية هذا عند تحديث هذا المنشور. شكرا لك على صبرك!


بيولوجيا المياه العذبة

بيولوجيا المياه العذبة هي الدراسة البيولوجية العلمية للنظم الإيكولوجية للمياه العذبة وهي فرع من علم المياه العذبة. يسعى هذا المجال إلى فهم العلاقات بين الكائنات الحية في بيئتها المادية. قد تشمل هذه البيئات المادية الأنهار أو البحيرات أو الجداول أو البرك أو البحيرات أو الخزانات أو الأراضي الرطبة. [1] تُستخدم المعرفة من هذا التخصص أيضًا على نطاق واسع في العمليات الصناعية للاستفادة من العمليات البيولوجية المتضمنة في معالجة مياه الصرف الصحي [2] وتنقية المياه. يعد وجود المياه وتدفقها جانبًا أساسيًا لتوزيع الأنواع والتأثير فيها عندما وأين تتفاعل الأنواع في بيئات المياه العذبة. [1]

في المملكة المتحدة ، كانت الجمعية البيولوجية للمياه العذبة [3] ومقرها بالقرب من ويندرمير في كمبريا واحدة من المؤسسات المبكرة للبحث في بيولوجيا المياه العذبة وتعزيز مفاهيم الانتصار في البحيرات وأظهرت عملية الهجرة من المياه قليلة التغذية من خلال التغذية المتوسطة إلى المستنقعات.

تُستخدم بيولوجيا المياه العذبة أيضًا لدراسة آثار تغير المناخ وزيادة تأثير الإنسان على كل من الأنظمة المائية والنظم البيئية الأوسع. [4]

  1. ^ أب كاستيلو إسكريفا ، أندرو أغيلار-ألبيرولا ، جوزيب أ.ميسكيتا جوانيس ، فرانسيسك (2017/06/01). "التأثيرات المكانية والبيئية على مجتمع ما وراء تجمع الصخور تعتمد على إعداد المناظر الطبيعية ووضع التشتت". بيولوجيا المياه العذبة. 62 (6): 1004-1011. دوى: 10.1111 / fwb.12920. ISSN1365-2427.
  2. ^الجامعة المفتوحة - عمليات معالجة مياه الصرف الصحي
  3. ^موقع الرابطة البيولوجية للمياه العذبة
  4. ^
  5. روكستروم ، جوهان ستيفن ، ويل نوون ، كيفن بيرسون ، أوسا شابين ، إف ستيوارت لامبين ، إريك إف لينتون ، تيموثي إم شيفر ، مارتين فولك ، كارل (2009). "مساحة تشغيل آمنة للبشرية" (PDF). طبيعة سجية. 461 (7263): 472-475. دوى: 10.1038 / 461472a. بميد 19779433.

هذه المقالة المتعلقة بالبيئة هي كعب. يمكنك مساعدة ويكيبيديا من خلال توسيعها.


الأهمية البيولوجية للمياه

كان الموضوع الأول الذي غطيته في AS Level Biology حول الجزيئات ذات الأهمية البيولوجية. الماء مادة موجودة بكثرة على هذا الكوكب ، ولها أهمية كبيرة في حياتنا. بدونها ، لا يمكننا أن نعيش ، وليس فقط لأننا سنموت من العطش. بعض الملاحظات هنا ذات صلة أيضًا بتناغم AS ، ولكن كن حذرًا ، حيث قد تطلب المواصفات المختلفة معلومات حول الخصائص الشاذة المختلفة ، لذا تأكد من مراجعة منهج الاختبار الخاص بك!

خواص الماء

يتكون جزيء الماء من ذرتين من الهيدروجين وذرة أكسجين ، ومع ذلك ، فإن الإلكترونات الموجودة في الرابطة التساهمية ليست مشتركة بالتساوي. تتمتع ذرة الأكسجين بقدرة كهرسلبية أكبر ، مما يعني أن لديها قوة جذب أكبر للإلكترونات. نتيجة لهذا ، يحتوي كل جزيء ماء على مناطق سلبية قليلاً وإيجابية قليلاً.

تجذب الأطراف السلبية والإيجابية لجزيئات الماء بعضها البعض لتكوين روابط هيدروجينية. تمنح هذه الروابط الهيدروجينية الماء العديد من خصائصه الفريدة. عادةً ما تكون المركبات التي تحتوي على جزيئات مشابهة لحجم الماء عبارة عن غازات. نظرًا لأن كل جزيء ماء يمكن أن يشكل روابط هيدروجينية مع ما يصل إلى 4 جزيئات ماء أخرى ، فإن الماء عبارة عن سائل في درجة حرارة الغرفة.

تحتوي المواد القطبية والأيونية على شحنة كهروستاتيكية ، لذلك تنجذب إلى الشحنات الموجودة على جزيئات الماء وتذوب بسهولة. المواد غير القطبية ، مثل الزيت ، لا تذوب في الماء ، لأنها لا تحتوي على جزيئات مشحونة. عندما يذوب الملح في الماء ، تنفصل الأيونات وتتشكل طبقة من جزيئات الماء حول الأيونات. تمنع هذه الطبقات الأيونات أو الجزيئات القطبية من التكتل معًا ، مما يحافظ على الجسيمات في المحلول.

عند السطح البيني بين الهواء والماء ، يشكل جزيء الماء على السطح روابط هيدروجينية مع جزيئات أخرى حوله وتحته ، ولكن ليس بجزيئات الهواء فوقه. ينتج عن التوزيع غير المتكافئ للروابط قوة تسمى التوتر السطحي مما يؤدي إلى تقلص سطح الماء وتشكيل طبقة رقيقة أو "جلد" بشكل مدهش.

تكون كثافة الماء في أعلى درجاتها عند 4 درجات مئوية. عندما يتجمد الماء ، تشكل الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات شبكة صلبة تبقي الجزيئات متباعدة عن بعضها في الماء السائل. الجليد ، الذي يتمدد عند التجمد ، يكون أقل كثافة من نظيره السائل وبالتالي يطفو على الماء.

الماء "رطب" لأنه يلتصق بالأشياء. هذا لأن جزيئاته يمكن أن تشكل روابط هيدروجينية مع مواد قطبية أخرى. وهذا ما يسمى التصاق. يسمى التجاذب بين جزيئات المواد المتشابهة بالتماسك. وبهذه الطريقة تلتصق جزيئات الماء ببعضها البعض مما يسمح للماء بالدخول والتحرك عبر مساحات ضيقة جدًا ، في عملية تسمى الشعيرات الدموية.

ارتفاع المياه السعة الحرارية محددة مما يعني أنه يحتاج إلى اكتساب الكثير من الطاقة لرفع درجة حرارته. على العكس من ذلك ، فإنه يحتاج أيضًا إلى فقد الكثير من الطاقة لخفض درجة حرارته. تبلغ السعة الحرارية النوعية للماء 4.2 كيلوجول / غرام / درجة مئوية

ارتفاع المياه حرارة التبخر الكامنة مما يعني أن هناك حاجة إلى الكثير من الطاقة لتبخيرها. عندما يتبخر ، يسحب الماء الطاقة الحرارية من السطح الموجود عليه ، وهو ما يمكن ملاحظته أثناء التعرق.

كما أن الماء مرتفع الحرارة الكامنة للانصهار وهذا يعني أنه عند 0 درجة مئوية يجب أن يفقد الماء الكثير من الطاقة الحرارية قبل أن يتجمد ، وبالتالي يمكن أن تصل درجة حرارة الماء السائل إلى -10 درجة مئوية قبل أن يتشكل الجليد.

إنه شفاف لأشعة الشمس.

تتميز بكثافة عالية نسبيًا مقارنة بالهواء.

من الصعب الضغط.

توصل الكهرباء (عندما تحتوي على أيونات ذائبة)

تعرف على ما إذا كان بإمكانك التفكير في الطرق التي تعتبر بها هذه الخصائص مهمة للحياة.

جزء مهم من A Level Biology هو القدرة على كتابة مقال واضح ومختصر حول الموضوعات التي غطتها ، خاصة وأن العديد من مجالس الامتحانات تضع سؤالاً مقالاً في كل ورقة من أوراقها. يوجد أدناه مثال لمقال عن أهمية الماء.

الأهمية البيولوجية للمياه

للماء العديد من الخصائص الفريدة التي تجعله حيويًا ليس فقط للبشر ، ولكن لجميع الكائنات الحية للبقاء على قيد الحياة. وأكثر ما يمكن ملاحظته من خواصه الفيزيائية أنه سائل في درجة حرارة الغرفة ، وهو أمر غير معتاد بالنسبة للمركبات التي تحتوي على جزيئات ذات تركيبة ذرية مماثلة. هذا بسبب الروابط الهيدروجينية التي تتشكل بين كل جزيء ماء وما يصل إلى أربعة جزيئات أخرى. يوفر الماء كونه سائلًا في درجة حرارة الغرفة بيئة بحرية تعيش فيها الكائنات الحية ، كما يوفر بيئة سائلة داخل الخلايا ، والتي لها أهمية كبيرة لأن التفاعلات الأيضية التي تعتبر أساسية للحياة تحدث في المحلول.

جزيئات الماء ثنائية القطب ، مما يعني أن لها منطقة موجبة الشحنة وشحنة سالبة. تجذب شحنات هذه المناطق المواد القطبية والأيونية المذابة فيها ، وتشكل جزيئات الماء طبقة حول كل أيون مشحون ، مما يحافظ على المادة في المحلول. يُعرف الماء باسم "المذيب الشامل" ، وذلك لأنه يذوب مواد أكثر بكثير من معظم المذيبات الشائعة. هذا له أهمية حيوية حيث أن جميع التفاعلات الأيضية الأساسية للحياة تحدث في محلول في سيتوبلازم الخلايا الحية.

خاصية أخرى تسببها جزيئات الماء ثنائية القطب هي أن الماء مادة لاصقة ، وهذا الالتصاق يجعل الماء يلتصق بالمواد القطبية الأخرى ، مما يجعله "رطبًا" بشكل فعال. يسمح هذا للماء بالتحرك لأعلى عبر نسيج الخشب الضيق جدًا للنباتات الطويلة ، مثل الأشجار ، ضد الجاذبية. يمكن أيضًا سحب أعمدة المياه المستمرة إلى أعلى الأشجار نظرًا لقوتها العالية في الشد ، مما يعني أن أعمدة المياه لا تنكسر بسهولة. من المهم أيضًا للنباتات شفافية المياه. الماء ، كونه شفافًا وعديم اللون ، ينقل ضوء الشمس ، مما يتيح للنباتات المائية عملية التمثيل الضوئي ، كما يمكننا من الرؤية ، حيث أن أعيننا مغطاة بالماء.

هناك أيضًا العديد من الخصائص الحرارية التي تجعل الماء ضروريًا جدًا للحياة ، على سبيل المثال السعة الحرارية النوعية العالية جدًا ، 4.2kJ / g / o C. وهذا يعني أنه يجب اكتساب أو فقدان الكثير من الطاقة من أجل تغيير درجة حرارة الماء ، وبالتالي فإن البيئة داخل الكائنات الحية تقاوم التغيرات في درجات الحرارة التي قد تسبب تلفها. يحتوي الماء أيضًا على حرارة كامنة عالية من التبخر مما يعني أن الماء يحتاج إلى الكثير من الطاقة ليتبخر ، وبالتالي تسحب هذه الطاقة الحرارية من السطح الموجود عليها ، وتبريدها مع تبخر الماء منه (يمكن ملاحظة ذلك عندما نتحرك العرق لتهدئة أنفسنا). تمنع حرارة الاندماج الكامنة العالية للماء البيئة السائلة للخلايا من التجمد وتمزيق الخلايا ، حيث يمكن أن تنخفض درجة حرارة الماء السائل إلى حوالي -10 درجة مئوية قبل أن تبدأ في التجمد.


الجمعة 28 أكتوبر 2016

هل أسطح البروتين الكارهة للماء مثل الكارهات المائية الكبيرة أو الصغيرة؟

يبدو لي أن ورقة بحثية عن تمسخ البروتين من إعداد ميشيل فيندروسكولو في كامبريدج ، وستيفانو جياني من جامعة روما لا سابينزا ، وزملاؤهم سيعيدون دراسة متأنية (سي. وآخرون ، علوم. اعادة عد. 6، 28285 2016 & # 8211 ورقة هنا). يستخدم الباحثون محاكاة MD لنمذجة تحولات الرنين المغناطيسي النووي الملحوظة أثناء التمسخ البارد والساخن ، وبالتالي لاكتساب نظرة ثاقبة على هياكل الحالة الانتقالية ، والتغيرات في الترطيب والمعلمات الديناميكية الحرارية. وهذا يمكّنهم من وصف الاختلافات بين التمسخ الساخن والبارد بشيء من التفصيل: فالأول يحتوي على بنية ثانوية أكثر ، حيث يتأثر أكثر بالتفاعلات الكارهة للماء. في الواقع ، يشير هذا إلى وجود آليتين بديلتين قابلة للطي من الدول المشوهة. ما هو أكثر من ذلك ، أن جزيئات الماء الموجودة على سطح البروتين لها نفس عدد الروابط الهيدروجينية في المتوسط ​​كتلك الموجودة في الكتلة. هذا هو ما تتنبأ به النظرية بالنسبة للكرات المائية الصغيرة (7 أحصنة ، بعضها يصل إلى 20 رطلًا. تميل هذه المياه إلى التواجد في تقعرات على سطح البروتين وتكوين روابط هيدروجينية أقل مع المياه المحيطة مقارنة بالجزيئات الموجودة في الكتلة. علاوة على ذلك ، فإن المياه القريبة تميل المجموعات الكارهة للماء إلى أن تكون أبطأ في المتوسط ​​من تلك الموجودة بالقرب من المجموعات المحبة للماء. ولكن على الرغم من أن سوء التشكيل يعرض المزيد من السطح الكارهة للماء ، إلا أنه يعني أيضًا أن هذه المناطق الكارهة للماء أقل تقعرًا ، وبالتالي فإن ديناميكيات المياه أسرع إلى حد ما في المتوسط ​​وهناك عدد أقل من مواقع & # 8220ultraslow & # 8221.


أوقات تسوس إعادة توجيه المياه تظهر في محاكاة الأبقار الأصلية (على اليسار) وغير المطوية (اليمنى) البقري ألفا لاكتالبومين.

تم إجراء تمرين مشابه إلى حد ما لـ B-DNA بواسطة James Hynes و Damien Laage في ENS Paris وزملاؤه (E. Duboué-Dijon) وآخرون ، JACS 138، 7610 2016 & # 8211 ورقة هنا). وهناك بعض القواسم المشتركة: في حين أن الماء المائي يكون عمومًا أبطأ في إعادة توجيهه مقارنةً بالجزء الأكبر ، فإن المياه المحصورة في الأخدود الصغير الضيق تكون متأخرة بدرجة أكبر (أوقات الاسترخاء 30-85 ps). علاوة على ذلك ، هناك عدم تجانس كبير ، ويأتي بعض هذا من اقتران التقلبات الجزيئية مع ديناميكيات المياه ، خاصة في الأخدود الصغير. بعبارة أخرى ، لا يبدو في هذه الحالة أن هناك استعباد للديناميات الجزيئية الحيوية لتلك الخاصة بالمذيب ، ولكن العكس هو الصحيح إلى حد ما.


أوقات إعادة توجيه المياه على الأخاديد الصغيرة والكبيرة في Dodecamer B-DNA (CGCCAATTCGCG) 2

وجد لورنا دوجان وزملاؤه من ليدز دليلاً على وجود شكل منخفض الكثافة من الماء عند درجات حرارة منخفضة (285-238 كلفن) ، والذي قد يكون مرتبطًا بمرحلة انتقالية مفترضة تفصل السوائل منخفضة الكثافة وعالية الكثافة في النظام القابل للاستقرار (J. J. وآخرون ، JPCB 120، 4439 2016 & # 8211 ورقة هنا). يحافظون على الماء السائل بخلطه مع الجلسرين الواقي من التجمد. يُظهر نثر النيوترونات والمحاكاة أنه في درجات الحرارة المنخفضة ، ينفصل الخليط على المقياس النانوي ، ويكون الطور النانوي المائي ترتيبًا رباعي السطوح أكبر من الكتلة السائبة.

غالبًا ما يعتمد توقع بنية البروتين من بيانات التسلسل على معلومات حول الهياكل المتماثلة أو الأجزاء من قاعدة بيانات البروتين. ولكن لا يمكن دائمًا رصد مثل هذه التماثلات ، أو قد لا تكون موجودة في قاعدة البيانات ، أو قد لا تكون موثوقة. طور بيتر وولينز وزملاؤه في رايس مخططًا للتنبؤ بالبنى البداية، بدون مدخلات المعلوماتية الحيوية ، باستخدام ما يسمونه الذاكرة الذرية والترابطية والبنية المائية ونموذج الطاقة (AAWSEM) (M. Chen وآخرون ، JPCB 120، 8557 2016 & # 8211 ورقة هنا). يستخدم هذا المحاكاة الحبيبية الخشنة على مستوى البروتين الكامل مع الاعتماد على المحاكاة الذرية للشظايا # 8211 وبشكل حاسم ، يدمج التفاعلات التي تتم بوساطة الماء في عملية الطي. إنه نهج ذكي لمشكلة الطي يعتمد على الواقع البيولوجي & # 8211 حقيقة أن طي البروتين يتم توجيهه لجعله قويًا تطوريًا للاختلافات الصغيرة في التسلسل & # 8211 بدلاً من طحن الأرقام بالقوة الغاشمة.

يُعتقد أن الوساطة المائية مهمة أيضًا لتجميع ألياف الأميلويد. استخدم Samrat Mukhopadhyay وزملاؤه في المعهد الهندي لتعليم العلوم والبحوث في موهالي قياسات مضان تم حلها بمرور الوقت على بروتين البريون البشري (PRP) للتحقيق في كيفية (V. Dalal وآخرون ، ChemPhysChem 17، 2804 2016 & # 8211 ورقة هنا). وجدوا أن الماء الذي يرطب أوليغومرات الأميلويد المختصة قد تأخر في الحركة بثلاث مرات من حيث الحجم بالنسبة إلى الكتلة ، ربما بسبب الانغلاق في سلاسل البولي ببتيد المنهارة. يقولون أن هذه المياه قد تخلق شبكة مرتبطة بالهيدروجين والتي تعمل على استقرار التشكل الجزئي غير المطوي والمنصهر وتعمل كسقالة لتجميع القلة في الألياف.


الدور المقترح لجزيئات الماء المرتبة في اختلال تشكيل وتشكيل الأميلويد لـ PrP & # 8211 وفي أمراض اختلال البروتين بشكل عام.

يمكن أن تعمل الأدوية المضادة للفيروسات ضد الإنفلونزا B عن طريق منع القناة الموصلة للبروتون BM2 ، ولكن لم يتم ابتكار مثل هذا حتى الآن. استخدم مي هونغ من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وزملاؤه الرنين المغناطيسي النووي للتحقيق في آلية نقل البروتون في BM2 ودور الماء ، ولتوضيح الاختلافات مع AM2 من الأنفلونزا A (J.K. Williams وآخرون ، JACS 138، 8143 2016 & # 8211 ورقة هنا). تظل بقايا His19 في BM2 غير مهيأة إلى درجة حموضة أقل من نظيرتها His 37 في AM2 ، ولكن يبدو أن زيادة ترطيب القناة في الظروف الحمضية يعزز نقل البروتون إلى جزيئاته الـ19 من جزيئات الماء.

لماذا لا يزال trehalose بمثابة عامل الحماية من البرودة لبنية البروتين غير مفهومة تمامًا. يحاول جان سوينسون وزملاؤه في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا في جوتنبرج تطوير صورة شاملة من خلال النظر في كيفية تأثير التريهالوز على انتقال زجاج البروتين ودرجة حرارة تمسخه ولزوجة المحلول (سي. وآخرون ، JPCB 120، 4723 2016 & # 8211 ورقة هنا). إنهم يدرسون نظام الميوغلوبين-الطريهالوز-المائي باستخدام DSC وقياس اللزوجة. باختصار ، يبدو أن نتائجهم تستبعد الصورة التي يقوم فيها التريهالوز بإزاحة الماء في غلاف الذوبان على العكس من ذلك ، فهم يقترحون أن البروتين يحتفظ بطبقة أو طبقتين من الماء داخل مصفوفة ترهالوز الماء المستقرة. سيكون هذا متسقًا مع النقص الواضح في الاقتران بين ديناميكيات مصفوفة تريهالوز وماء واستقرار البروتين الأصلي.


رسم تخطيطي للتفاعلات بين الماء والتريهالوز والبروتين.

هذه الصورة لنقص التفاعل المباشر بين التريهالوز والبروتينات & # 8211 ، في الواقع ، يُستبعد ثنائي السكاريد بشكل تفضيلي من طبقة ترطيب البروتين & # 8211 هي أيضًا السياق العام لدراسة تجريبية أجرتها كريستينا أوثون من جامعة ويسليان في ولاية كونيتيكت وزملاؤها في الحماية الحيوية تريهالوز (N. Shukla وآخرون ، JPCB 120، 9477 2016 & # 8211 ورقة هنا). باستخدام التحليل الطيفي فائق السرعة لمسبار الفلورسنت ، فإنهم يرون تباطؤًا في ديناميات إعادة تنظيم المياه بتركيزات تريهالوز منخفضة نسبيًا (0.1-0.25 م ، أقل بكثير من عتبة التزجيج). عند هذه التركيزات ، يوجد حوالي 7 طبقات مائية بين جزيئات الأسمولية. لذلك تدعم هذه النتائج آلية غير مباشرة للحماية من التجمد. يقول الباحثون إن السكروز له نفس التأثير ، ولكن بشكل أقل وضوحًا.

يعتبر التفاعل بين جسيمين كارهين للماء في الماء جذابًا بشكل عام: هذا ببساطة هو التأثير الكارهة للماء (بوساطة الماء). لكن Alenka Luzar وزملاؤه في جامعة Virginia Commonwealth أظهروا أن هذا التفاعل يمكن أن يصبح مثيرًا للاشمئزاز (B. S. وآخرون ، JPC Lett 7، 3158 2016 & # 8211 ورقة هنا). شوهد هذا التنافر من قبل في محاكاة الفوليرينات والأنابيب النانوية الكربونية في الماء ، وقد عُزي أحيانًا إلى تغييرات هيكلية محددة في الماء. لكن Alenka وزملاؤها أظهروا أنه يمكن تفسير ذلك فقط على أنه تأثير هندسي للتكلفة الديناميكية الحرارية لتشكيل واجهة الفراغ السائل التي تسد الجسيمات الكارهة للماء (في هذه الحسابات ، الجسيمات النانوية الجرافيتية النقية والمنتهية بالبروبيل) عندما يحدث التجفيف في مساحة متداخلة. يمكن نمذجة هذه العملية باستخدام حساب يونغ مباشر شبيه بالحجم الأكبر للطاقات الخالية من السطح.

تم التحقيق في تأثيرات تقنية النانو على بنية المياه وخصائصها بواسطة Vrushali Hande و Suman Chakrabarty من المختبر الكيميائي الوطني في Pune من خلال محاكاة المياه داخل المذيلات العكسية وقطرات الماء في الزيت النانوية (فيز. تشيم. تشيم. فيز. 18، 21767 2016 & # 8211 ورقة هنا). بالنسبة إلى micelles العكسي ، تكون الواجهة مشحونة (سالبًا) ، وتكون الانحرافات عن السلوك الشبيه بالجملة أطول من حيث الترتيب التوجيهي مقارنة بالترتيب الترجمي. تكون هذه التأثيرات أقل وضوحًا بالنسبة للقطرات النانوية في الزيت ، حيث تكون الواجهة كارهة للماء ، مما يشير إلى أن التأثيرات الكهروستاتيكية على الرابطة الهيدروجينية أكثر وضوحًا من الحبس المكاني في حد ذاته.

أيضًا حول تقنية النانو: لا يزال سبب تعزيز قدرة الماء على الحركة في الأنابيب النانوية الكربونية محل نقاش. باستخدام التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء ، اقترح باسكال روي في Synchrotron Soleil في Gif-sur-Yvette وزملاؤه أنه قد يكون بسبب & # 8220 فضفاض & # 8221 شبكات الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء داخل الأنابيب النانوية (S. D. وآخرون ، JACS 138، 10437 2016 & # 8211 ورقة هنا). إنهم ينظرون إلى الأنابيب النانوية التي يبلغ أقطارها 0.7-2.1 نانومتر ، والتي يختلف فيها الماء من سلاسل ذات ملف واحد إلى طبقات متعددة ، ويجدون توقيعًا طيفيًا لـ & # 8220 المياه المترابطة بشكل فضفاض & # 8221 في جميع الحالات & # 8211 في الأخير يبدو متطابقًا إلى المياه في الطبقات الخارجية مع روابط OH المتدلية التي تشير إلى جدران الأنابيب النانوية.

تم التحقيق في الاعتماد على المسافة للقوة الكارهة للماء بين جدارين كارهين للماء في محاكاة MD بواسطة Biman Bagchi وزملائه في المعهد الهندي للعلوم في بنغالور (طبعة سابقة arxiv 1608.04107). وجدوا قانونًا ثنائيًا للقوة ، مع أطوال ارتباط 2 نانومتر و 0.5 نانومتر ، وتقاطع قريب من 1.5 نانومتر. يتم محاكاة هذا السلوك بواسطة معلمة الترتيب الرباعي السطوح ، لكنني & # 8217m لم أوضح تمامًا ما هو تفسير المؤلفين & # 8217 الآلي.

بالطبع ، المشكلة في العديد من الدراسات من هذا النوع هي أن نتائجك قد تكون جيدة فقط مثل نموذجك. يقدم Angelos Michaelidies وزملاؤه في UCL نظرة عامة على المدى الذي توفر به نظرية الكثافة الوظيفية وصفًا جيدًا للمياه ، من التجمعات الصغيرة إلى الكتلة (M. J. Gillan وآخرون ، JCP 144، 130901 2016 & # 8211 ورقة هنا). على وجه الخصوص ، يفكرون في مدى جودة أداء الأشكال الوظيفية المختلفة لمصطلحات الارتباط التبادلي ، وما الدور الذي تلعبه مصطلحات الجسم المتعدد. يبدو وكأنه قراءة أساسية لأي شخص يستخدم DFT لنمذجة الأنظمة المائية.

تعد تأثيرات العديد من الأجسام أيضًا مركزية لدراسة أجراها شيلبي ستريت وفرانشيسكو بايساني في جامعة كاليفورنيا لتأثيرات الماء والعزم ثنائي القطب # 8217s على شبكة رابطة الهيدروجين للمياه النقية (JPCB 120، 8539 2016 & # 8211 ورقة هنا). يستخدمون عمليات المحاكاة للتنبؤ بأطياف الأشعة تحت الحمراء لـ HOD في H2O ، وعلى وجه الخصوص شكل امتداد OD. وجدوا أن الانتشار الطيفي المحسوب لهذا التردد الاهتزازي يعتمد بقوة إلى حد ما على كيفية اقتطاع المرء بالضبط لتمدد الجسم المتعدد لثنائي القطب المائي.

ما مدى فعالية وصف الماء بنموذج الحبيبات الخشنة؟ ينظر بيل جورجينسن وزملاؤه في أداء محاولة واحدة لموازنة الدقة والسرعة التي تمزج بين الأوصاف الشاملة والذرة ذات الحبيبات الخشنة & # 8211 ما يسمى بنموذج AAX-CGS ، حيث يتم إذابة جميع المواد المذابة بالماء الحبيبي الخشن (XC يان وآخرون ، JPCB 120، 8102 2016 & # 8211 ورقة هنا). يعمل هذا النهج بشكل جيد مع المواد المذابة الكارهة للماء والألكان المهلجنة ، أقل من ذلك بالنسبة لأولئك الأكثر قطبية أو الذين ينخرطون في الرابطة الهيدروجينية (الأمينات والكحول). لكن كفاءة الحسابات تتفوق على محاكاة جميع الذرات بحوالي ترتيب من حيث الحجم أو أكثر.

لماذا الطاقات الخالية من الترطيب الأيوني غير متماثلة فيما يتعلق بشحنة الأيونات؟ يقوم ريك ريمسينج وجون ويكس بالتحقيق في هذا السؤال باستخدام نموذج تحليلي لحساب الطاقات الخالية من الماء والتي تتضمن تدريجيًا & # 8220 تشغيل & # 8221 تفاعل كولوم المذيب الأيوني (JPCB 120، 6238 2016 & # 8211 ورقة هنا). يمكّنهم هذا من معرفة سبب فشل نموذج الذوبان Born في التقاط عدم التناسق: باختصار ، إنه يعمل جيدًا بما يكفي لتغيير توزيعات الشحنة الغوسية ببطء ولكن ليس للتوزيعات المفاجئة التي تشبه دالة دلتا في النوى الأيونية. فقط في الحالة الأخيرة يتم استرداد عدم التناسق استجابة لشحنة الأيونات.


عملية بيولوجيا المياه (OWB) عبارة عن سلسلة من ثماني خطط دروس مصممة للاستخدام مع الطلاب في الصفوف 9-12. يرتبط OWB مباشرة بمناهج العلوم والكيمياء والبيولوجيا ويغطي العديد من الجوانب المختلفة لمعالجة مياه الشرب. الموضوعات الرئيسية هي الكلور والكلورامين والأمونيا والحديد. لكل منها مناقشة توضح ماهيتها وأهميتها في معالجة مياه الشرب. هناك أيضًا أنشطة معملية لكل منها تتيح للطلاب العمل بكميات صغيرة من هذه المواد ورؤيتها أثناء العمل. سيقوم الطلاب بشرح فكرة الطلب على الكلور ، وإنشاء الكلورامين من خلال تفاعل كيميائي بسيط ، واختبار عينات محلية من مياه الشرب من أجل الكلور والأمونيا ، وتصفية عينات المياه بالحديد المؤكسد بعمليات مختلفة لتحديد ما إذا كان المرء متفوقًا. يتضمن كل درس أنشطة وموارد إضافية مقترحة ، إلى جانب مراجع لمصادر المعلومات الأخرى.

بشكل عام ، يتم إرسال مجموعات Operation Water Biology التي ترعاها إلى المدارس كل ثاني يوم اثنين من منتصف سبتمبر حتى بداية نوفمبر وبداية مارس حتى نهاية مايو. عادةً ما يتم إرسال المجموعات المشتراة في نفس التواريخ ، ولكن يمكن للمدرسين طلب إرسالها في أقرب وقت ممكن وسنبذل قصارى جهدنا لتلبية طلباتهم.

تبلغ تكلفة مجموعة "Operation Water Biology" 170 دولارًا وتتضمن جميع المواد اللازمة لإجراء التجارب. تتوفر العديد من مجموعات الأدوات المدرسية مجانًا نتيجة اختلاف الرعاة. ومع ذلك ، إذا لم تكن هناك مجموعة أدوات برعاية متاحة لمدرستك أو إذا كنت تريد مجموعة على الفور ، فمن الأفضل شراء مجموعة.

أو اتصل بنا على الرقم 1-306-934-0389 للدفع مقابل مجموعة أدواتك باستخدام Visa أو MasterCard.

أو ، أرسل شيكًا مستحق الدفع بالبريد إلى مؤسسة مياه الشرب الآمنة إلى:

مؤسسة مياه الشرب الآمنة
# 1-912 Idylwyld Drive North
ساسكاتون ، SK S7L 0Z6


الماء # - علم الأحياء

كل الكائنات الحية تحتاج إلى الماء للبقاء على قيد الحياة ، والنباتات هي كائنات حية! ومع ذلك ، تحتاج النباتات إلى كمية من الماء أكثر بكثير من العديد من الكائنات الحية لأن النباتات تستخدم مياهًا أكثر بكثير من معظم الحيوانات. تحتوي النباتات أيضًا على مياه أكثر من الحيوانات - تحتوي النباتات على حوالي 90٪ ماء. تعتمد كمية المياه التي يحتاجها النبات على نوع النبات وكمية الضوء التي يحصل عليها النبات وعمر النبات. عندما لا يتم سقي النباتات بشكل صحيح فإنها تذبل. هذا بسبب شيء يسمى تورغ، وهو ضغط الماء داخل الخلايا التي يتكون منها الهيكل العظمي للنبات. يدخل الماء إلى النبات من خلال ساقه وينتقل إلى أوراقه. عندما يتم ترطيب النبات بشكل صحيح ، يوجد ضغط ماء كافٍ لجعل الأوراق قوية ومتينة عندما لا يحصل النبات على كمية كافية من الماء ، وينخفض ​​الضغط داخل السيقان والأوراق ويذبلون.

تحتاج النباتات أيضًا إلى الماء من أجل التمثيل الضوئي. التمثيل الضوئي هو ما تفعله النباتات لإنتاج طعامها ، والماء أمر بالغ الأهمية لهذه العملية. يدخل الماء إلى جذع النبات ويسافر حتى أوراقه ، حيث يحدث التمثيل الضوئي بالفعل. بمجرد دخول الأوراق ، يتبخر الماء ، حيث يقوم النبات بتبادل الماء لثاني أكسيد الكربون. هذه العملية تسمى النتح، ويحدث من خلال فتحات صغيرة في أوراق النبات تسمى الثغور. يتبخر الماء من الأوراق من خلال الثغور ، ويدخل ثاني أكسيد الكربون إلى الثغور ، ليحل محل الماء. تحتاج النباتات إلى ثاني أكسيد الكربون هذا لصنع الطعام. النتح - هذا التبادل للماء لثاني أكسيد الكربون - يحدث فقط خلال النهار عندما يكون هناك ضوء الشمس. هذا هو السبب في أنك قد تجد الندى على النباتات في الصباح.

تحتوي النباتات على الكثير من الماء لأن المياه طوال الليل كانت تدخل من خلال الساق ويتم سحبها إلى الأوراق حيث لا يمكن أن تتبخر. نظرًا لأن الماء لا يتبخر في الليل ، فليس هناك مكان يذهب إليه الماء ، لذلك يبقى على الأوراق مثل الندى.

عندما يتبخر الماء من النبات أثناء النتح ، فإنه يبرد النبات ، بنفس الطريقة التي يتعرق بها الإنسان ليبرد في الحرارة. يمكن للنباتات المنزلية الناضجة أن تنضح بوزن جسمها يوميًا. هذا يعني أنه يعطي الكثير من الماء! إذا احتاج الناس إلى هذا القدر من الماء ، فإن الشخص البالغ يشرب 20 جالونًا من الماء يوميًا.

في الواقع، كل الكائنات الحية تحتاج إلى الماء لأن الحياة تتطلب الكثير من التفاعلات الكيميائية. عادة ما يتم إذابة المواد الكيميائية في الماء. أيضًا ، تضع النباتات الماء مع ثاني أكسيد الكربون لصنع السكر. هذا يتطلب طاقة ، والتي تحصل عليها النباتات من الضوء.

يساعد الماء أيضًا النباتات على الوقوف عالياً ، حتى عندما لا تكون مصنوعة من الخشب. ليس لديهم عظام ، لكن لديهم جدران خلوية وضغط الماء. يأتي الماء من الجذور ، لكن ثاني أكسيد الكربون لا يأتي من الجذور. كيف تعتقد أن النباتات تحصل على ثاني أكسيد الكربون؟

تحتاج النباتات إلى الماء لأن التفاعلات التي تحدث في الخلية لتوليد الطاقة تتطلب وسيطًا مائيًا.

تحتاج النباتات إلى الماء لنفس السبب الذي تفعله كل الكائنات الحية: to dissolve the chemicals they use to do their biology. Plants also use a water current up the plant for transport, which evaporates water out the leaves, so they need water for that reason, too. Lastly, water is used to make sugar, and plants store energy in the form of sugar.


PH, Buffers, Acids, and Bases

The pH of a solution indicates its acidity or alkalinity.

litmus or pH paper, filter paper that has been treated with a natural water-soluble dye so it can be used as a pH indicator, to test how much acid (acidity) or base (alkalinity) exists in a solution. You might have even used some to test whether the water in a swimming pool is properly treated. In both cases, the pH test measures the concentration of hydrogen ions in a given solution.

Hydrogen ions are spontaneously generated in pure water by the dissociation (ionization) of a small percentage of water molecules into equal numbers of hydrogen (H + ) ions and hydroxide (OH – ) ions. While the hydroxide ions are kept in solution by their hydrogen bonding with other water molecules, the hydrogen ions, consisting of naked protons, are immediately attracted to un-ionized water molecules, forming hydronium ions (H30 + ). Still, by convention, scientists refer to hydrogen ions and their concentration as if they were free in this state in liquid water.

The concentration of hydrogen ions dissociating from pure water is 1 × 10 -7 moles H + ions per liter of water. Moles (mol) are a way to express the amount of a substance (which can be atoms, molecules, ions, etc), with one mole being equal to 6.02 x 10 23 particles of the substance. Therefore, 1 mole of water is equal to 6.02 x 10 23 water molecules. The pH is calculated as the negative of the base 10 logarithm of this concentration. The log10 of 1 × 10 -7 is -7.0, and the negative of this number (indicated by the “p” of “pH”) yields a pH of 7.0, which is also known as neutral pH. The pH inside of human cells and blood are examples of two areas of the body where near-neutral pH is maintained.

Non-neutral pH readings result from dissolving acids or bases in water. Using the negative logarithm to generate positive integers, high concentrations of hydrogen ions yield a low pH number, whereas low levels of hydrogen ions result in a high pH. An acid is a substance that increases the concentration of hydrogen ions (H + ) in a solution, usually by having one of its hydrogen atoms dissociate. A base provides either hydroxide ions (OH – ) or other negatively charged ions that combine with hydrogen ions, reducing their concentration in the solution and thereby raising the pH. In cases where the base releases hydroxide ions, these ions bind to free hydrogen ions, generating new water molecules.

The stronger the acid, the more readily it donates H + . For example, hydrochloric acid (HCl) completely dissociates into hydrogen and chloride ions and is highly acidic, whereas the acids in tomato juice or vinegar do not completely dissociate and are considered weak acids. Conversely, strong bases are those substances that readily donate OH – or take up hydrogen ions. Sodium hydroxide (NaOH) and many household cleaners are highly alkaline and give up OH – rapidly when placed in water, thereby raising the pH. An example of a weak basic solution is seawater, which has a pH near 8.0, close enough to neutral pH that marine organisms adapted to this saline environment are able to thrive in it.

The pH scale is, as previously mentioned, an inverse logarithm and ranges from 0 to 14 ([link]). Anything below 7.0 (ranging from 0.0 to 6.9) is acidic, and anything above 7.0 (from 7.1 to 14.0) is alkaline. Extremes in pH in either direction from 7.0 are usually considered inhospitable to life. The pH inside cells (6.8) and the pH in the blood (7.4) are both very close to neutral. However, the environment in the stomach is highly acidic, with a pH of 1 to 2. So how do the cells of the stomach survive in such an acidic environment? How do they homeostatically maintain the near neutral pH inside them? The answer is that they cannot do it and are constantly dying. New stomach cells are constantly produced to replace dead ones, which are digested by the stomach acids. It is estimated that the lining of the human stomach is completely replaced every seven to ten days.

Watch this video for a straightforward explanation of pH and its logarithmic scale.

So how can organisms whose bodies require a near-neutral pH ingest acidic and basic substances (a human drinking orange juice, for example) and survive? Buffers are the key. Buffers readily absorb excess H + or OH – , keeping the pH of the body carefully maintained in the narrow range required for survival. Maintaining a constant blood pH is critical to a person’s well-being. The buffer maintaining the pH of human blood involves carbonic acid (H2كو3), bicarbonate ion (HCO3 – ), and carbon dioxide (CO2). When bicarbonate ions combine with free hydrogen ions and become carbonic acid, hydrogen ions are removed, moderating pH changes. Similarly, as shown in [link], excess carbonic acid can be converted to carbon dioxide gas and exhaled through the lungs. This prevents too many free hydrogen ions from building up in the blood and dangerously reducing the blood’s pH. Likewise, if too much OH – is introduced into the system, carbonic acid will combine with it to create bicarbonate, lowering the pH. Without this buffer system, the body’s pH would fluctuate enough to put survival in jeopardy.

Other examples of buffers are antacids used to combat excess stomach acid. Many of these over-the-counter medications work in the same way as blood buffers, usually with at least one ion capable of absorbing hydrogen and moderating pH, bringing relief to those that suffer “heartburn” after eating. The unique properties of water that contribute to this capacity to balance pH—as well as water’s other characteristics—are essential to sustaining life on Earth.

To learn more about water. Visit the U.S. Geological Survey Water Science for Schools All About Water! موقع الكتروني.


Harry Jabs is educated with two masters’ degrees in physics, from Germany and Texas A&M University. Currently he is senior scientist at the Institute for Frontier Science in Emeryville, California. He is a multidisciplinary researcher and engineer who has developed novel technologies in such diverse areas as energy, nano/bio-technology, electronics, computer hardware and software, detector systems, and fluid handling.

– Title Of Talk –

Influences on Chiral Symmetry Breaking During Crystallization of Salts from Aqueous Solution


شاهد الفيديو: Bio1- Water and life (قد 2022).


تعليقات:

  1. Eliezer

    لا أستطيع المشاركة الآن

  2. Nigel

    عذرا لذلك أتدخل ... في وجهي موقف مماثل. دعنا نناقش. اكتب هنا أو في PM.



اكتب رسالة