Informacije

Hemijske reakcije u sinapsi

Hemijske reakcije u sinapsi


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.

Za svoj kursni projekat, razmišljam da navedem glavne hemijske reakcije koje se dešavaju u sinapsama, zajedno sa njihovim vremenskim karakteristikama.

Nisam mogao da nađem nijedan udžbenik za polazište, a ni Gugl mi nije pomogao. Nadao sam se da ću dobiti pomoć u pronalaženju pregleda ili udžbenika o hemijskim proračunima u sinapsi.


Ako vas to zanima sa stanovišta "hemijskih proračuna", verovatno želite literaturu koja detaljno razmatra transdukciju signala. Predložio bih Marksov i dr udžbenik o transdukciji signala. Još ga nisam pročitao (na mojoj je listi), ali mi se dopao jasan stil pisanja uvoda, i, kao što vidite iz sadržaja, ima poglavlja koja se posebno bave sinapsama i njihovim neurotransmiterima.

Sumnjam da će sadržati kompletnu listu (postoji nekoliko stotina jedinjenja koja se mogu smatrati neurotransmiterima), ali kao uvodni udžbenik, verovatno će sadržati glavna.


Svi elementi su najstabilniji kada je njihova najudaljenija ljuska ispunjena elektronima prema pravilu okteta. To je zato što je energetski povoljno za atome da budu u toj konfiguraciji i to ih čini stabilnima. Međutim, pošto svi elementi nemaju dovoljno elektrona da popune svoje najudaljenije ljuske, formiraju se atomi хемијске везе sa drugim atomima na taj način dobijajući elektrone koji su im potrebni da bi postigli stabilnu konfiguraciju elektrona. Kada se dva ili više atoma hemijski vežu jedan sa drugim, dobijena hemijska struktura je molekul. Poznati molekul vode, H2O, sastoji se od dva atoma vodonika i jednog atoma kiseonika, koji se međusobno vezuju i formiraju vodu, kao što je ilustrovano na slici 1. Atomi mogu da formiraju molekule doniranjem, prihvatanjem ili deljenjem elektrona da popune svoje spoljašnje omotače.

Slika 1. Dva ili više atoma mogu da se vežu jedan sa drugim i formiraju molekul. Kada dva vodonika i kiseonik dele elektrone preko kovalentnih veza, formira se molekul vode.

Хемијске реакције nastaju kada se dva ili više atoma povežu da formiraju molekule ili kada se vezani atomi razdvoje. Supstance koje se koriste na početku hemijske reakcije nazivaju se reaktanti (obično se nalazi na levoj strani hemijske jednačine), a supstance koje se nalaze na kraju reakcije poznate su kao производи (obično se nalazi na desnoj strani hemijske jednačine). Strelica se obično povlači između reaktanata i proizvoda kako bi se označio pravac hemijske reakcije, ovaj pravac nije uvek „jednosmerna ulica“. Za stvaranje molekula vode prikazanog iznad, hemijska jednačina bi bila:

Primer jednostavne hemijske reakcije je razbijanje molekula vodonik peroksida, od kojih se svaki sastoji od dva atoma vodonika vezana za dva atoma kiseonika (H2O2). Reaktant vodonik peroksid se razlaže u vodu, koja sadrži jedan atom kiseonika vezan za dva atoma vodonika (H2O) i kiseonik, koji se sastoji od dva vezana atoma kiseonika (O2). U donjoj jednačini, reakcija uključuje dva molekula vodonik peroksida i dva molekula vode. Ovo je primer a uravnotežena hemijska jednačina, pri čemu je broj atoma svakog elementa isti na svakoj strani jednačine. Prema zakonu održanja materije, broj atoma pre i posle hemijske reakcije treba da bude jednak, tako da se nijedan atom, u normalnim okolnostima, ne stvara ili uništava.

Iako su svi reaktanti i proizvodi ove reakcije molekuli (svaki atom ostaje vezan za najmanje jedan drugi atom), u ovoj reakciji su samo vodonik peroksid i voda reprezentativni za podklasu molekula poznatu kao jedinjenja: sadrže atome više od jedne vrste elemenata. Molekularni kiseonik, s druge strane, kao što je prikazano na slici 2, sastoji se od dva dvostruko vezana atoma kiseonika i nije klasifikovan kao jedinjenje već kao element.

Slika 2. Atomi kiseonika u O2 molekuli su spojeni dvostrukom vezom.

Neke hemijske reakcije, poput one prikazane iznad, mogu se odvijati u jednom pravcu sve dok se svi reaktanti ne potroše. Jednačine koje opisuju ove reakcije sadrže jednosmernu strelicu i su nepovratan. Reverzibilne reakcije su oni koji mogu ići u oba smera. U reverzibilnim reakcijama, reaktanti se pretvaraju u proizvode, ali kada koncentracija proizvoda pređe određeni prag (karakterističan za određenu reakciju), neki od ovih proizvoda će se ponovo pretvoriti u reaktante u ovom trenutku, oznake proizvoda i reaktanata su obrnuto. Ovo napred-nazad se nastavlja sve dok se ne pojavi određena relativna ravnoteža između reaktanata i proizvoda - stanje tzv ravnoteža. Ove situacije reverzibilnih reakcija se često označavaju hemijskom jednačinom sa dvosmernom strelicom koja pokazuje i prema reaktantima i prema proizvodima.

Na primer, u ljudskoj krvi, višak jona vodonika (H + ) vezuje se za bikarbonatne jone (HCO3 – ) formiranje ravnotežnog stanja sa ugljenom kiselinom (H2CO3). Kada bi se u ovaj sistem dodala ugljena kiselina, deo bi se pretvorio u bikarbonatne i vodonikove jone.

U biološkim reakcijama, međutim, ravnoteža se retko postiže jer se koncentracije reaktanata ili proizvoda ili oboje stalno menjaju, često pri čemu je proizvod jedne reakcije reaktant za drugu. Da se vratimo na primer viška vodoničnih jona u krvi, formiranje ugljene kiseline biće glavni pravac reakcije. Međutim, ugljena kiselina takođe može da napusti telo kao gas ugljen-dioksida (putem izdisanja) umesto da se ponovo pretvori u bikarbonatni jon, čime se reakcija pokreće udesno prema hemijskom zakonu poznatom kao zakon masovne akcije. Ove reakcije su važne za održavanje homeostaze naše krvi.


Хемијске реакције

Element hlor (Cl) je zelenkasti otrov. Da li biste jeli hlor? Naravno da ne, ali često jedete jedinjenje koje sadrži hlor. U stvari, verovatno jedete ovo jedinjenje hlora skoro svaki dan. Da li znate šta je to? It&rsquos kuhinjska so. Kuhinjska so je natrijum hlorid (NaCl), koji se formira kada se hlor i natrijum (Na) kombinuju u određenim razmerama. Kako se hlor, toksična zelena hemikalija, pretvara u bezopasnu belu kuhinjsku so? To se dešava u hemijskoj reakciji.

A хемијска реакција je proces koji menja neke hemijske supstance u druge. Supstanca koja pokreće hemijsku reakciju naziva se a reaktant, a supstanca koja nastaje kao rezultat hemijske reakcije naziva se a proizvod. Tokom hemijske reakcije, reaktanti se koriste za stvaranje proizvoda.

Primer hemijske reakcije je sagorevanje metana. U ovoj hemijskoj reakciji, reaktanti su metan (CH4) i kiseonik (O2), a proizvodi su ugljen-dioksid (CO2) i vodu (H2O). Hemijska reakcija uključuje prekid i formiranje hemijskih veza. Kada metan sagoreva, veze se raskidaju u molekulima metana i kiseonika, a nove veze se formiraju u molekulima ugljen-dioksida i vode.

Hemijske jednačine

Hemijska reakcija se može predstaviti sa a hemijska jednačina. Na primer, sagorevanje metana se može predstaviti hemijskom jednačinom

Strelica u hemijskoj jednačini odvaja reaktante od proizvoda i pokazuje pravac u kome se reakcija odvija. Ako bi reakcija mogla da se desi i u suprotnom smeru, koristile bi se dve strelice koje pokazuju u suprotnim smerovima. Broj 2 ispred O2 i H2O pokazuje da su u reakciji uključena dva molekula kiseonika i dva molekula vode. (Bez broja ispred hemijskog simbola, uključen je samo jedan molekul.)

Očuvanje materije

U hemijskoj reakciji, količina svakog elementa se ne menja, u proizvodima je ista količina svakog elementa kao u reaktantima. To je zato što je materija uvek očuvana. Očuvanje materije se ogleda u hemijskoj jednačini reakcije. Isti broj atoma svakog elementa se pojavljuje na svakoj strani strelice. Na primer, u gornjoj hemijskoj jednačini postoje četiri atoma vodonika na svakoj strani strelice. Možete li pronaći sva četiri na svakoj strani jednačine?


Hemijske jednačine

Hemijske reakcije se mogu predstaviti hemijskim jednačinama. A hemijska jednačina je simboličan način da se pokaže šta se dešava tokom hemijske reakcije. Sagorevanje metana, na primer, može se predstaviti hemijskom jednačinom:

Strelica u hemijskoj jednačini odvaja reaktante od proizvoda i pokazuje pravac u kome se reakcija odvija. Ako bi reakcija mogla da se desi i u suprotnom smeru, koristile bi se dve strelice koje pokazuju u suprotnim smerovima. Број 2 ispred O2 i H2O, zove se коефицијент, показује да два molekuli kiseonika i два molekuli vode su uključeni u reakciju. Ako je uključen samo jedan molekul, nijedan broj se ne stavlja ispred hemijskog simbola. Obratite pažnju na subscript of 2 za atome kiseonika (O) i vodonika (H) u molekulima kiseonika i vode, respektivno. To vam govori da se svaki molekul kiseonika sastoji od два atomi kiseonika. Ako nema indeksa, onda postoji jedan atom. Dakle, jedan molekul vode se sastoji od dva atoma vodonika i jednog atoma kiseonika. Da bi se ova hemijska reakcija odigrala, jedan molekul metana reaguje sa dva molekula kiseonika i formira jedan molekul ugljen-dioksida i dva molekula vode.

Slika 3.8.4 Antoan Lavoazje je poznat kao "otac moderne hemije".

Nauka o endokanabinoidnom sistemu: Kako THC utiče na mozak i telo

Nakon nekoliko decenija istraživanja, naučnici koji proučavaju efekte marihuane došli su do nekoliko važnih otkrića. Ne samo da su identifikovali aktivni sastojak u marihuani, već su otkrili i gde i kako deluje u mozgu – preko novog sistema koji su nazvali endokanabinoidni (EC) sistem. EC sistem—nazvan po biljci marihuane kanabis sativa i njegov aktivni sastojak delta-9-tetrahidrokanabinol (THC)—je jedinstveni komunikacioni sistem u mozgu i telu koji utiče na mnoge važne funkcije, uključujući kako se osoba oseća, kreće i reaguje.

Prirodne hemikalije koje proizvodi telo koje deluju u okviru EC sistema nazivaju se kanabinoidi, i poput THC-a, oni u interakciji sa receptorima regulišu ove važne telesne funkcije. Dakle, šta čini EC sistem jedinstvenim i kako uticaj THC-a na ovaj sistem utiče na pamćenje osobe, rizik od nesreća, pa čak i zavisnost?

Pregled Слика 1 i korake u nastavku da biste bliže pogledali komponente EC sistema, kako on funkcioniše i efekte THC-a.

Slika 1: Endokanabinoidni (EC) sistem i THC

Kako kanabinoidi rade drugačije od drugih neurotransmitera

Ćelije mozga (neuroni) komuniciraju jedna sa drugom i sa ostatkom tela šaljući hemijske „poruke“. Ove poruke pomažu u koordinaciji i regulisanju svega što osećamo, mislimo i radimo. Obično su hemikalije (tzv neurotransmiteri) se oslobađaju iz neurona (presinaptička ćelija), putuju kroz mali jaz (sinapsa), a zatim se vezuju za specifične receptore koji se nalaze na obližnjem neuronu (postsinaptička ćelija). Ovo podstiče neuron koji prima na akciju, pokrećući niz događaja koji omogućavaju da se poruka prenese.

Ali sistem EK prenosi svoje poruke na drugačiji način jer funkcioniše „unazad“. Kada se aktivira postsinaptički neuron, kanabinoidi (hemijski prenosioci EC sistema) se prave „na zahtev“ od lipidnih prekursora (masnih ćelija) koji su već prisutni u neuronu. Onda ih puštaju iz te ćelije i putuju уназад na presinaptički neuron, gde se vezuju za kanabinoidne receptore.

Pa zašto je ovo važno? Pošto kanabinoidi deluju na presinaptičke ćelije, oni mogu da kontrolišu šta se dalje dešava kada se ove ćelije aktiviraju. Generalno, kanabinoidi funkcionišu kao „dimer prekidač“ za presinaptičke neurone, ograničavajući količinu neurotransmitera (npr. dopamina) koji se oslobađa, što zauzvrat utiče na to kako se poruke šalju, primaju i obrađuju od strane ćelije.

Kako THC utiče na EC sistem i ponašanje?

Kada osoba puši marihuanu, THC preplavljuje EC sistem, brzo se vezujući za kanabinoidne receptore u celom mozgu i telu. Ovo ometa sposobnost prirodnih kanabinoida da rade svoj posao finog podešavanja komunikacije između neurona, što može da izbaci ceo sistem iz ravnoteže.

Pošto se kanabinoidni receptori nalaze u toliko delova mozga i tela, efekti THC-a su široki: može da uspori vreme reakcije osobe (što može da ugrozi vozačke ili atletske veštine), poremeti sposobnost pamćenja stvari koje su se upravo desile. , izazivaju anksioznost i utiču na rasuđivanje. THC takođe utiče na delove mozga zbog kojih se osoba oseća dobro – to je ono što ljudima daje osećaj da su „naduvani“. Ali tokom vremena THC može da promeni način na koji EC sistem funkcioniše u ovim oblastima mozga, što može dovesti do problema sa pamćenjem, zavisnosti i mentalnim zdravljem.

Погледајте Slika 2 da vidi područja mozga sa kanabinoid receptori, zatim locirajte ta područja na grafikonu da biste proučili neke od različitih efekata THC-a na korisnika.

Slika 2: Lokacije kanabinoidnih receptora u mozgu


Hemijske reakcije na sinapsi - Biologija

DEO II. KAMENI UGLASNICI: HEMIJA, ĆELIJE I METABOLIZAM

Kada se jedinjenja razbiju ili formiraju, nastaju novi materijali sa novim svojstvima. Ova vrsta promene materije naziva se hemijska promena, a proces se naziva hemijska reakcija. U hemijskoj reakciji, elementi ostaju isti, ali se jedinjenja i njihova svojstva menjaju kada se atomi povežu u nove kombinacije. Sva živa bića koriste energiju i materiju. Drugim rečima, oni neprestano vrše hemijske reakcije.

Hemijske reakcije proizvode nove hemijske supstance sa većim ili manjim količinama potencijalne energije. Energija se apsorbuje da bi se proizvele nove hemijske supstance sa više potencijalne energije. Energija se oslobađa kada nove proizvedene hemijske supstance imaju manje potencijalne energije. Na primer, nove hemijske supstance se proizvode u zelenim biljkama kroz proces fotosinteze. Zelena biljka koristi energiju zračenja (sunčevu svetlost), ugljen-dioksid i vodu za proizvodnju novih hemijskih materijala i kiseonika. Ovi novi hemijski materijali, stvari koje čine lišće, korenje i drvo, sadrže više hemijske energije od ugljen-dioksida i vode od kojih su nastali.

Hemijska jednačina je način da se opiše šta se dešava u hemijskoj reakciji. Na primer, hemijska reakcija fotosinteze je opisana jednačinom

U hemijskim reakcijama, reaktanti su supstance koje se menjaju (u fotosintezi, molekuli ugljen-dioksida i molekuli vode) pojavljuju se na levoj strani jednačine. Jednačina takođe pokazuje da se energija apsorbuje, a termin energija se pojavljuje na levoj strani. Strelica pokazuje smer u kome se hemijska reakcija odvija, što znači „prinosi“. Nove hemijske supstance su na desnoj strani i nazivaju se proizvodi. Čitajući reakciju fotosinteze kao rečenicu, rekli biste: „Ugljen-dioksid i voda koriste energiju da reaguju, dajući biljne materijale i kiseonik.

Obratite pažnju u reakciji fotosinteze da postoje brojevi koji prethode nekim hemijskim formulama i indeksima unutar svake hemijske formule. Broj koji prethodi svakoj od hemijskih formula označava broj svake vrste molekula uključenih u reakciju. Indeksi označavaju broj svake vrste elementa u jednom molekulu tog jedinjenja. Hemijske reakcije se uvek odvijaju u celim brojevima. To jest, samo celi molekuli mogu biti uključeni u hemijsku reakciju. Nije moguće da pola molekula vode služi kao reaktant ili da postane proizvod. Pola molekula vode nije voda. Štaviše, brojevi atoma svakog elementa na strani reaktanta moraju biti jednaki brojevima na strani proizvoda. Pošto prethodna jednačina ima jednak broj svakog elementa (C, H, O) na obe strane, za jednačina se kaže da je „uravnotežena“.

Pet najvažnijih hemijskih reakcija koje se dešavaju u organizmima su (1) oksidaciono-redukciona, (2) sinteza dehidratacije, (3) hidroliza, (4) fosforilacija i (5) acidbazne reakcije.

Reakcija oksidacije-redukcije je hemijska promena u kojoj se elektroni prenose sa jednog atoma na drugi, a sa njim i energija sadržana u njegovim elektronima. Kao što ime implicira, takva reakcija ima dva dela i svaki deo govori šta se dešava sa elektronima. Oksidacija opisuje šta se dešava sa atomom ili molekulom koji gubi elektron. Redukcija opisuje šta se dešava sa atomom ili molekulom koji dobija elektron. Kada je prvi put upotrebljen termin oksidacija, on je konkretno značio reakcije koje uključuju kombinaciju kiseonika sa drugim atomima. Ali ubrzo je prepoznato da fluor, hlor i drugi elementi učestvuju u sličnim reakcijama, pa je definicija promenjena da bi se opisala pomeranja elektrona u reakciji. Naziv takođe implicira da, u bilo kojoj reakciji u kojoj se javlja oksidacija, mora doći i do redukcije. Jedno bez drugog ne može. Ćelijsko disanje je oksidaciono-redukciona reakcija koja se javlja u svim ćelijama:

U ovoj reakciji ćelijskog disanja, šećer se oksidira (gubi svoje elektrone), a kiseonik se redukuje (dobija elektrone iz šećera). Visoka hemijska potencijalna energija u molekulu šećera se oslobađa, a organizam koristi deo te energije za obavljanje posla. U prethodno pomenutoj reakciji fotosinteze, voda se oksiduje (gubi svoje elektrone), a ugljen-dioksid se redukuje (dobija elektrone iz vode). Energija potrebna za sprovođenje ove reakcije dolazi od sunčeve svetlosti i čuva se u proizvodu, šećeru.

Reakcije sinteze dehidratacije

Reakcije sinteze dehidratacije su hemijske promene u kojima se oslobađa voda i od manjih, manje složenih delova se pravi (sintetiše) veći, složeniji molekul. Voda je proizvod formiran od svojih sastavnih delova (H i OH), koji su uklonjeni iz reaktanata. Proteini se, na primer, sastoje od velikog broja aminokiselinskih podjedinica spojenih sintezom dehidratacije:

Građevinski blokovi proteina (aminokiseline) su povezani jedni sa drugima da bi se sintetizovali veći, složeniji molekuli proizvoda (tj. proteina). U reakcijama sinteze dehidratacije, voda se proizvodi kada se manji reaktanti hemijski vezuju jedan za drugi, formirajući manje ali veće molekule proizvoda.

Reakcije hidrolize su suprotne reakcijama sinteze dehidratacije. U reakciji hidrolize, voda se koristi za razbijanje reaktanata u manje, manje složene proizvode:

Poznatiji naziv za ovu hemijsku reakciju je varenje. Ovo je vrsta hemijske reakcije koja se dešava kada se proteinska hrana, kao što je meso, vari. Primetite u prethodnom primeru da H i OH sastavni delovi vode sa reaktantom postaju delovi proizvoda građevnog bloka.

Reakcija fosforilacije se odvija kada se grupa atoma poznata kao fosfatna grupa

se dodaje drugom molekulu. Ovaj klaster je skraćen u mnogim hemijskim formulama u skraćenom obliku kao P, a samo je P prikazano kada se fosfat prenosi sa jednog molekula na drugi. Ovo je veoma važna reakcija, jer veza između fosfatne grupe i drugog atoma sadrži potencijalnu energiju koju sve ćelije koriste za pokretanje brojnih aktivnosti. Reakcije fosforilacije rezultiraju prenosom njihove potencijalne energije na druge molekule da bi pokrenule aktivnosti svih organizama (slika 2.14).

SLIKA 2.14. Fosforilacija i kontrakcije mišića

Kada se fosfatna grupa prenosi između molekula, oslobađa se energija koja pokreće mišićne kontrakcije.

Ova vrsta reakcije je obično uključena u obezbeđivanje kinetičke energije potrebne svim organizmima. Može se odvijati i obrnuto. Kada se to dogodi, energija se mora dodati iz okoline (sunčeva svetlost ili drugi fosforilisani molekul) i uskladištiti se u novo fosforilisanom molekulu.

Kiselo-bazne reakcije se dešavaju kada joni kiseline stupaju u interakciju sa jonima baze, formirajući so i vodu (videti odeljak 2.9). Vodeni rastvor koji sadrži rastvorenu kiselinu je rastvor koji sadrži vodonikove jone. Ako se doda rastvor koji sadrži drugo jonsko bazno jedinjenje, nastaje mešavina jona. Dok se mešaju, može doći do reakcije—npr.

U kiselo-baznoj reakciji, H iz kiseline postaje hemijski vezan za OH baze. Ova vrsta reakcije se često javlja u organizmima i njihovoj okolini. Pošto kiseline i baze mogu biti veoma štetne, reakcije u kojima one neutrališu jedna drugu štite organizme od oštećenja.

Voda i život—najčešća jedinjenja živih bića

1. Voda ima visoku površinsku napetost. Pošto su molekuli vode polarni, vodonične veze se formiraju između molekula vode i one se više lepe jedna za drugu nego za molekule vazduha. Dakle, voda teži da se povuče i formira glatku površinu gde se voda susreće sa vazduhom. Ovaj sloj može biti iznenađujuće jak. Na primer, neki insekti mogu hodati po površini jezera. Tendencija molekula vode da se lepe jedni za druge i za neke druge materijale objašnjava zašto voda može da ovlaži stvari. Takođe objašnjava zašto se voda penje kroz uske cevi, koje se nazivaju kapilarne cevi. Ova kapilarna akcija takođe pomaže da se voda kreće kroz tlo, uzduž krvnih sudova u stabljikama biljaka i kroz kapilare (male krvne sudove) kod životinja.

2. Voda ima neuobičajeno visoke toplote isparavanja i fuzije. Pošto se polarni molekuli vode lepe jedan za drugi, za njihovo razdvajanje potrebna je neobično velika količina toplotne energije. Voda je otporna na promene temperature. Potrebno je 540 kalorija toplotne energije da se 1 gram tečne vode pretvori u gasovito stanje, vodenu paru. To znači da velike vodene površine, kao što su jezera i reke, moraju da apsorbuju ogromne količine energije pre nego što ispare i ostave život u njima visokim i suvim. To takođe znači da ljudi mogu da se otarase viška telesne toplote znojenjem jer, kada voda ispari, uklanja toplotu sa kože. S druge strane, visoka toplota fuzije znači da se ova velika količina toplotne energije mora ukloniti iz tečne vode pre nego što pređe iz tečnog u čvrsto stanje, led. Stoga, voda može ostati tečna i pogodan dom za bezbrojne organizme dugo nakon što atmosferska temperatura dostigne tačku smrzavanja, 0°C (32°F).

3. Voda ima neobične karakteristike gustine. Voda je najgušća na 4°C. Kako se toplotna energija gubi iz vodenog tela i njena temperatura pada ispod 4°C, njena gustina se smanjuje i ova manje gusta, hladnija voda ostaje na vrhu. Kako površinska voda dostiže tačku smrzavanja i prelazi iz tečne u čvrstu fazu, molekuli formiraju nove aranžmane, koji podsećaju na saće. Prostori između molekula vode čine čvrstu fazu, led, manje gustom od vode ispod i led pluta. To je površinska voda koja se smrzava u čvrsto stanje, pokrivajući gušću, tečnu vodu i živa bića u njoj.

4. Specifična težina vode je takođe važno svojstvo. Voda ima gustinu od 1 gram/kubni centimetar na 4°C. Sve sa većom gustinom tone u vodi, a sve sa manjom gustinom pluta. Specifična težina je odnos gustine supstance i gustine vode. Dakle, specifična težina vode je 1,00. Bilo koja supstanca sa specifičnom težinom manjom od 1,00 pluta. Ako pomešate vodu i benzin, benzin (specifične težine 0,75) pluta na vrh. Ljudi se takođe razlikuju po specifičnoj težini njihovih tela. Nekim osobama je veoma lako plutati u vodi, dok je drugima to nemoguće. Ovo je direktno povezano sa specifičnom težinom svake osobe, koja je mera čovekovog odnosa telesne masti prema mišićima i kostima.

5. Voda se smatra univerzalnim rastvaračem, jer se većina drugih hemikalija može rastvoriti u vodi. To znači da gde god voda ide - kroz zemlju, u vazduh ili kroz organizam - ona nosi hemikalije. Voda u svom najčistijem obliku je čak sposobna da deluje kao rastvarač za ulja.

6. Voda čini 50-60% tela većine živih bića. Ovo je važno, jer se hemijske reakcije svih živih bića odvijaju u vodi.

7. Vodena para u atmosferi je poznata kao vlažnost, koja se menja sa uslovima okoline. Odnos količine vodene pare u vazduhu i količine vodene pare koja bi mogla biti u vazduhu na određenoj temperaturi naziva se relativna vlažnost. Relativna vlažnost je usko povezana sa vašom udobnošću. Kada su relativna vlažnost i temperatura visoke, teško je ispariti vodu sa kože, pa se teže hladite i neprijatno vam je toplo.

8. Specifična težina vode se menja sa njenom fizičkom fazom. Takođe je veća verovatnoća da će led preći iz čvrstog u tečni (otopiti se) kako se uslovi zagreju. Ako se specifična težina vode ne smanji kada se smrzava, onda bi led verovatno potonuo i nikada se ne bi odmrznuo. Naša voda koja daje život bila bi zarobljena u ledenim bregovima veličine okeana. Led takođe pruža zaštitni sloj za život ispod ledenog pokrivača.


Pitajte inženjera

Ljudski mozak se sastoji od oko 100 milijardi nervnih ćelija (neurona) međusobno povezanih trilionima veza, zvanih sinapse. U proseku, svaka veza prenosi oko jedan signal u sekundi. Neke specijalizovane veze šalju do 1.000 signala u sekundi. „Nekako... to stvara misao“, kaže Čarls Dženings, direktor neurotehnologije na MIT McGovern institutu za istraživanje mozga.

S obzirom na fizičku složenost onoga što se dešava u vašoj glavi, nije lako pratiti misao od početka do kraja. „To je pomalo kao da pitate gde počinje šuma. Da li sa prvim listom ili vrhom prvog korena?“ kaže Dženings. Jednostavnije, onda da počnete sa razmatranjem percepcija — „misli“ koje su direktno pokrenute spoljnim stimulansima — pero četka vašu kožu, vidite ove reči na ekranu računara, čujete zvonjenje telefona. Svaki od ovih događaja pokreće niz signala u mozgu.

Kada čitate ove reči, na primer, fotoni povezani sa šarama slova pogađaju vašu mrežnjaču, a njihova energija pokreće električni signal u ćelijama koje detektuju svetlost. Taj električni signal se širi poput talasa duž dugih niti zvanih aksoni koji su deo veza između neurona. Kada signal stigne do kraja aksona, izaziva oslobađanje hemijskih neurotransmitera u sinapsu, hemijski spoj između vrha aksona i ciljnih neurona. Ciljni neuron odgovara sopstvenim električnim signalom, koji se, zauzvrat, širi na druge neurone. U roku od nekoliko stotina milisekundi, signal se proširio na milijarde neurona u nekoliko desetina međusobno povezanih oblasti vašeg mozga i vi ste primetili ove reči. (Sve to i verovatno se niste ni oznojili.)

Činjenica da ste tada u stanju da percepciju ovih oblika pretvorite u simbole, jezik i značenje je sasvim druga priča — i dobar pokazatelj složenosti neuronauke. Pokušati da zamislite kako se trilioni veza i milijarde istovremenih prenosa spajaju u vašem mozgu da bi formirali misao je pomalo kao pokušaj da gledate lišće, korenje, zmije, ptice, krpelje, jelene — i sve ostalo u šumi — u isti trenutak.

Međutim, sa novim alatima za snimanje mozga, istraživači prave korake ka tome da urade upravo to. Bolje razumevanje toga gde i kako se različite vrste misli javljaju u mozgu – kao što su prepoznavanje lica, emocija ili jezik – može pomoći istraživačima da razviju tretmane za poremećaje kao što su autizam ili disleksija.

Ali postizanje tog cilja? „To je težak zadatak“, rekla je Evelina Fedorenko, postdoktorski saradnik na McGovern institutu. Radeći sa profesorkom mozga i kognitivnih nauka Nensi Kanvišer, Fedorenko radi na razvoju boljih alata za seciranje snimaka misli. Njihov nedavni rad otkriva jasniju sliku o tome gde mozak obrađuje jezik, jednu od ključnih aktivnosti koja nas čini ljudima.

Hvala Rugadi Meghanath iz Srikakulama, Andhra Pradesh, Indija, za ovo pitanje.


Struktura hemijskih sinapsi

Funkcionalna komunikacija između neurona se javlja na specijalizovanim spojevima tzv sinapse. Najčešći tipovi sinapsi u mozgu koriste hemikalije (tačnije, neurotransmiteri) za komunikaciju između neurona. Ovi se zovu hemijske sinapse.

Presinaptički element, akson i postsinaptički element, na primer dendritična kičma, nalaze se u bliskoj apoziciji na sinapsi, ali nisu u direktnom kontaktu. Pre- i postsinaptičke membrane su razdvojene prazninom, sinaptičkim rascepom. Hemijski transmiteri premošćuju ovaj jaz difuzijom sa mesta oslobađanja na presinaptičkoj strani do receptora na postsinaptičkoj strani.

U sinapsi se javljaju razne ultrastrukturne specijalizacije koje omogućavaju nedvosmislenu identifikaciju pre- i postsinaptičkih partnera. Unutar presinaptičkog aksonalnog boutona, oblaci sinaptičkih vezikula su istaknuti mitohondriji, mogu biti prisutni, kao i tubuli endoplazmatskog retikuluma. Karakteristična karakteristika sinapse je nakupljanje neprozirnog materijala na citoplazmatskoj površini postsinaptičke membrane. Ovaj materijal se naziva postsinaptička gustina. Gustina predstavlja agregaciju neurotransmiterskih receptora i signalnih proteina neophodnih za hemijski sinaptički prenos.

Od kasnih 1950-ih, ultrastrukturne karakteristike pojedinačnih sinapsi su opširno proučavane korišćenjem snimaka dobijenih elektronskim mikroskopom. Grej je klasifikovao dva tipa sinapsi u mozgu na osnovu ultrastrukturnih karakteristika presinaptičkih (koje nose vezikule) i postsinaptičkih partnera (dužina naložene membrane, zadebljanja membrane i sinaptički rascep):

Ove dve kategorije su se dalje razlikovale po njihovim lokacijama: sinapse tipa 1 su pronađene na dendritskim bodljama i dendritskim osovinama, dok su se sinapse tipa 2 javljale prvenstveno na dendritnim osovinama i telima neuronskih ćelija. Gotovo sinonim za Grejevu nomenklaturu su termini:

opisao Colonier (1968). Kolonije je proširio zapažanja Greja koristeći mozak fiksiran aldehidom. U tkivu fiksiranom na aldehid, asimetrične sinapse uključuju aksone koji sadrže pretežno okrugle ili sferične vezikule i formiraju sinapse koje se razlikuju po zadebljanoj, postsinaptičkoj gustini. Nasuprot tome, simetrične sinapse uključuju aksone koji sadrže klastere vezikula koje su pretežno spljoštene ili izdužene po svom izgledu. Pre- i postsinaptičke membrane su paralelnije od okolne nesinaptičke membrane, a sinapsa ne sadrži istaknutu postsinaptičku gustinu. Kliknite ovde da vidite Colonierov opis asimetričnih i simetričnih sinapsi.

Sterotipna i najzastupljenija sinapsa u centralnom nervnom sistemu je asimetrična sinapsa koja se javlja između aksona i dendritske kičme. 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 + Heat

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.


Pogledajte video: Hemijske reakcije.Analiza i sinteza (Јануар 2023).