Zurück vorwärts

Aufmerksamkeit! Folienvorschauen dienen nur zu Informationszwecken und stellen möglicherweise nicht alle Funktionen der Präsentation dar. Wenn Sie an dieser Arbeit interessiert sind, laden Sie bitte die Vollversion herunter.

Der Zweck der Lektion: sich am Beispiel der Substanz Wasser eine Vorstellung von einem ganzheitlichen Weltbild zu machen und dabei das in den Lehrveranstaltungen der Physik, Chemie und Biologie erworbene Wissen der Studierenden zu integrieren.

Lernziele:

1. Lehrreich: die Aneignung eines Standardminimums an Fakteninformationen über die Struktur und Funktionen von Wasser auf allen Ebenen der Organisation von Lebewesen durch alle Schüler.
2. Lehrreich: Verbesserung der fachübergreifenden Fähigkeiten zum Vergleichen und Analysieren, Herstellen von Ursache-Wirkungs-Beziehungen; Informationen in grafische Form (Tabelle) übersetzen, Probleme stellen und lösen; Arbeiten Sie mit Konzepten und verbinden Sie sich mit zuvor erworbenen Kenntnissen in Kursen der Botanik, Zoologie und Anatomie. durch Analogie argumentieren, Gedächtnis entwickeln, freiwillige Aufmerksamkeit.
3. Lehrreich: Interesse an umgebenden Phänomenen entwickeln, die Fähigkeit entwickeln, zu zweit und in Teams zu arbeiten, Dialoge zu führen, Kameraden zuzuhören, sich selbst und andere einzuschätzen und eine Sprachkultur zu bilden.

Geplante Ergebnisse: die Fähigkeit, die Funktionen eines Stoffes anhand seiner Struktur und Eigenschaften zu charakterisieren; Verallgemeinerung des erworbenen Wissens über die Funktionen von Wasser auf verschiedenen Ebenen der Organisation von Lebewesen in Form einer Tabelle.

Unterrichtsart: Erlernen neuer Materialien und primäre Festigung des Wissens.

Lehrmethoden: Konversation, Lehrergeschichte, Vorführung von Illustrationen, Präsentationen, individuelle Textarbeit, Wissenskontrolle.

Organisationsformen Bildungsaktivitäten : Arbeiten Sie zu zweit (Erstellung einer Übersichtstabelle), einzeln, frontal, experimentieren.

Ausrüstung: Fotos, Computer, Multimedia-Beamer, Handouts für den Unterricht auf Schülertischen, Demonstrationsexperimente.

Während des Unterrichts

Organisatorischer Moment (2 Min.): Sagen Sie Hallo und stellen Sie sich den Kindern vor.

Einführung (5 Min.):

Wasser ist der häufigste und erstaunlichste Stoff auf der Erde (z. B. dehnt es sich beim Abkühlen aus, gefriert bereits bei 0 0 C, siedet bei 100 0 C, erfüllt viele Funktionen und kann sogar Informationen speichern). Es füllt die Ozeane, Meere, Seen und Flüsse; Auch Wasserdampf ist Bestandteil der Luft. Wasser ist in den Zellen aller lebenden Organismen (Tiere, Pflanzen, Pilze, Bakterien) in erheblichen Mengen enthalten: Im Körper von Säugetieren beträgt der Massenanteil von Wasser etwa 70 %, bei Gurken und Wassermelonen etwa 90 %, beim Menschen Knochen - 45 % und im Gehirn bis zu 90 %.

Lernziele: Warum kommt Wasser in lebenden Organismen am häufigsten vor? Warum bedeckt das Wasser am meisten Sushi? Wie speichert Wasser Informationen? Diese Fragen müssen wir am Ende der Lektion beantworten.

So werden wir arbeiten: Wir reden, ich rede, zeigen Abbildungen und Diagramme (Präsentation), während des Erklärungsprozesses ergänzen wir die fehlenden Wörter in den Ausdrucken (Anhang 1). Am Ende der Lektion werde ich überprüfen, wie Sie mich verstanden haben. Wir werden eine Übersichtstabelle ausfüllen und ich freue mich über Ihre Bemühungen.

Demonstration Experimente:

Erlebnis Nr. 1:

Zweck des Erlebnisses: beweisen die Löslichkeit von Stoffen in Wasser.

Fortschritt des Experiments: Salz oder Zucker in eine Flasche Wasser geben. Aufsehen.

Ergebnis: Salz (Zucker) haben sich vollständig aufgelöst.

Abschluss: Wasser ist ein gutes Lösungsmittel.

Erlebnis Nr. 2

Zweck des Erlebnisses: beweisen die Fähigkeit von Wasser, sich aufgrund des Wurzeldrucks und der Saugkraft der Verdunstung durch die Gefäße des Stängels zu bewegen.

Fortschritt des Experiments: Legen Sie den bewurzelten Balsamspross einen Tag lang in die Tintenlösung.

Ergebnis: Der Stängel und einige Blätter des Springkrauts verfärbten sich blau.

Abschluss: Wasser bewegt sich aufgrund der Adhäsionskräfte zwischen Molekülen mit Hilfe des Wurzeldrucks und der Saugkraft der Verdunstung durch die Gefäße des Stängels.

Erlebnis Nr. 3:

Zweck des Erlebnisses: Beweisen Sie die Fähigkeit von Wasser, sich in einen Bereich mit geringerer Lösungsmittelkonzentration zu bewegen.

Fortschritt des Experiments: Legen Sie identische Kartoffelstücke in zwei Petrischalen. Gießen Sie Wasser in eine Tasse und konzentrierte Salzlösung in die andere.

Ergebnis: Kartoffeln quellen in klarem Wasser auf, schrumpfen jedoch in einer konzentrierten Salzlösung.

Abschluss: Wassermoleküle bewegen sich in einen Bereich mit geringerer Lösungsmittelkonzentration.

Erläuterung des neuen Materials (20 Min.):

Wird in Form eines Gesprächs durchgeführt. Wir untersuchen Stoffe nach einem bestimmten Plan (ich schreibe an die Tafel): Struktur – Eigenschaften – Funktionen weiter Systemebenen lebende Organisationen.

Molekülstruktur und intermolekulare Bindungen	Eigenschaften
Das Wassermolekül hat eine eckige Form: Wasserstoffatome bilden im Verhältnis zu Sauerstoff einen Winkel von etwa 105 0. Daher ist das Wassermolekül - Dipol: Der wasserstoffhaltige Teil des Moleküls ist positiv geladen, der sauerstoffhaltige Teil ist negativ geladen.	Wasser ist ein gutes Lösungsmittel. Lösungen entstehen durch die Wechselwirkung eines gelösten Stoffes mit Lösungsmittelpartikeln. Der Prozess der Auflösung von Feststoffen in Flüssigkeiten lässt sich wie folgt darstellen: Unter dem Einfluss eines Lösungsmittels lösen sich einzelne Ionen oder Moleküle nach und nach von der Oberfläche des Feststoffs und verteilen sich gleichmäßig im gesamten Volumen des Lösungsmittels. Experimente Nr. 1 und Nr. 3
	Wasser ist ein Reaktant bei Reaktionen Hydrolyse (Zerstörung des Komplexes Chemikalien unter dem Einfluss von Wasser zu einfacheren mit neuen Eigenschaften) und einer Reihe anderer Reaktionen Enzyme Stärke + Wasser → Glucose
Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wassermolekülen	Aufgrund von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen dem Stoff und den Lösungsmittelmolekülen (Zucker, Gase) entstehen Lösungen einer Reihe von Stoffen.
Es gibt viele Wasserstoffbrückenbindungen, daher ist viel Energie erforderlich, um sie aufzubrechen.	Wasser hat Gutes Wärmeleitfähigkeit und groß Wärmekapazität . Das Wasser erwärmt sich langsam und kühlt langsam ab.
Wasserstoffbrückenbindungen sind schwach	Wassermoleküle sind relativ zueinander beweglich
Intermolekulare Kohäsionskräfte schaffen Räume zwischen Molekülen	Wasser ist praktisch inkompressibel
Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wassermolekülen und anderen Substanzen	Wasser zeichnet sich durch optimale Eigenschaften aus biologische Systeme Kraftwert Oberflächenspannung , Fließfähigkeit von Wasser Experiment Nr. 2
Wasser gefriert bei 0 0 C, beim Gefrieren entstehen viele Wasserstoffbrückenbindungen, es entstehen Räume zwischen Molekülen Eisstrukturdiagramm: Räume zwischen Molekülen	Die maximale Dichte von Wasser beträgt bei 4 °C 1 g/cm3, Eis hat eine geringere Dichte und schwimmt an seiner Oberfläche.

Funktionen auf den Systemebenen der Organisation von Lebewesen
Wasser sorgt Diffusion - passiver Transport von Stoffen in die Zelle hinein und aus ihr heraus in einen Bereich geringerer Konzentration ( Osmose) Und Pinozytose sowie den Transport von Stoffen aus der Zelle. Wenn ein Stoff in Lösung geht, können sich seine Moleküle oder Ionen freier bewegen und dadurch erhöht sich die Reaktivität des Stoffes. Die durch den Stoffabbau entstehenden Ionen dringen schnell ein chemische Reaktionen, daher ist Wasser das Hauptmedium von allen biochemische Prozesse im Körper (Stoffwechselreaktionen).
Bietet eine Vorbereitungsstufe für die Oxidation von Polymeren: Hydrolyse von Stärke zu Glucose, Proteine ​​zu Aminosäuren. Wasser ist eine Quelle für Sauerstoff, der bei der Photosynthese freigesetzt wird, und für Wasserstoff, der zur Wiederherstellung der Produkte der Kohlendioxidassimilation verwendet wird. Körpereigenes Wasser, das bei der Oxidation organischer Stoffe entsteht.
Hydrophil Stoffe gelangen in die Zelle . Hydrophob Stoffe (Proteine, Lipide) können mit Wasser Grenzflächen bilden, an denen viele chemische Reaktionen ablaufen. Die Zellmembran besteht aus hydrophoben Substanzen, die die Integrität der Zelle aufrechterhält, aber selektiv Substanzen durchlässt; Vögel schmieren ihre Federn mit fettähnlichen Substanzen aus der Steißbeindrüse. Durch die Auflösung von Gasen bietet Wasser den Organismen in aquatischen Ökosystemen die Möglichkeit zur Atmung und Photosynthese. Und Schwefelwasserstoff, der bei der Zersetzung von Organismenresten entsteht, macht das Reservoir leblos.
Wasser ist ein Thermostat. 1) Wasser sorgt für eine gleichmäßige Wärmeverteilung im ganzen Körper. Wenn sich die Umgebungstemperatur ändert, bleibt die Temperatur im Inneren der Zelle unverändert oder ihre Schwankungen sind deutlich geringer als in Umfeld Daher sorgt Wasser für den Erhalt der Zellstruktur (je aktiver die Zelle, desto mehr Wasser enthält sie). 2) Die Abkühlung des Körpers (Schwitzen, Wasserverdunstung durch Pflanzen) erfolgt unter Beteiligung von Wasser. 3) Wasser ist ein günstiger Lebensraum für viele Lebewesen (direktes Wasser und mit Wasser gefüllte Hohlräume im Boden). 4) Wasserbecken regulieren die Temperatur auf unserem Planeten. Die große Wärmekapazität bestimmt die klimatische Rolle der Ozeane. Daher ist das maritime Klima milder als das kontinentale, das Wetter unterliegt weniger Temperaturschwankungen
« Schmiermittel„in den Gelenken, der Pleurahöhle und dem Herzbeutel.
Erstellt turgorös Druck, der das Volumen und die Elastizität von Zellen und Geweben bestimmt. Das hydrostatische Skelett behält seine Form bei Spulwürmern, Quallen und anderen Organismen. Der Fruchtwasserbeutel unterstützt und schützt den Säugetierfötus.
Kapillarer Blutfluss, Bewegung von Stoffen in Bodenkapillaren, Auf- und Abfluss von Lösungen in Pflanzen. Die Oberflächenspannung des Wassers bildet einen Film – Teil des Lebensraums einiger Tiere (Wasserläuferwanze, Mückenlarven).
Eis schützt Gewässer vor dem Zufrieren. Die Bewohner aquatischer Ökosysteme bleiben auch im Winter aktiv.

Wasser kann Informationen speichern (Anhang 2).

Konsolidierung (13 Min.):

Biologische Aufgaben:

1. Zeigen Sie blaue oder grüne Chrysanthemen. Wie entstehen solche Pflanzen? Sind sie das Ergebnis einer selektiven Züchtung?
2. Warum faltet sich die Haut an meinen Fingern nach längerem Baden?
3. Warum schrumpft ein Apfel an einem warmen Ort?

Teilen Sie die Klasse in drei Gruppen (in Reihen) auf. Die erste Gruppe schreibt in einem Notizbuch die Funktionen von Wasser auf der Ebene einer lebenden Zelle auf. Die zweite Gruppe befindet sich auf der Ebene eines lebenden Organismus. Die dritte Gruppe liegt auf der Ebene der Ökosysteme und der Biosphäre. Bewerten Sie sich am Ende der Arbeit anhand der Anzahl der gefundenen Funktionen. Die Arbeit wird paarweise durchgeführt.

Funktionen von Wasser

In einer lebenden Zelle	In einem lebenden Organismus	In Ökosystemen und Biosphäre
1. Stofftransport in der Zelle.	1. Kühlung von Organismen.	1. Atmung und Photosynthese von Wasserorganismen.
2. Die Hauptumgebung für alle biochemischen Prozesse.	2. „Schmiermittel“ im Gelenk, Pleurahöhle, Herzbeutel, Augapfel.	2. Regulierung der Temperatur auf dem Planeten.
3. Beteiligt sich an einer Reihe chemischer Reaktionen.	3. Hydrostatisches Skelett.	3. Günstiger Lebensraum für lebende Organismen.
4. Erhaltung der Zellstruktur.	4. Schutz des fetalen Säugetiers.	4. Schutz der Stauseen vor dem Einfrieren.
5. Turgordruck.	5. Kapillarer Blutfluss, absteigender und aufsteigender Strom in Pflanzen.	5. Teil des Lebensraums des Tieres.
		6. Aufstieg von Bodenlösungen durch Bodenkapillaren.

Zusammenfassung der Lektion, Bewertung der Arbeit (2 Min.)

Damit sind viele strukturelle und funktionelle Eigenschaften von Membranen sowie die Prozesse der Stabilisierung und Bildung von Membranen verbunden. Wasser ist Teil von Membranen und wird in freies, gebundenes und eingefangenes Wasser unterteilt. Gebundenes und freies Wasser unterscheiden sich in der Beweglichkeit der Wassermoleküle und der Löslichkeit. Intern gebundenes Wasser weist die geringste Mobilität und Lösungsfähigkeit auf. Es liegt in der Lipidzone von Membranen in Form einzelner Moleküle vor. Der Hauptteil des gebundenen Wassers ist das Wasser der Hydratationshüllen. Dieses Wasser umgibt die polaren Gruppen von Proteinen und Lipiden, hat eine minimale Mobilität und praktisch keine Lösungsmitteleigenschaften. Freies Wasser in Poren und Kanälen. Auf ihm können sich freie Ionen bewegen. Es ist ein gutes Lösungsmittel, mobil und hat alle Eigenschaften von flüssigem Wasser. Eingeschlossenes Wasser weist die für flüssiges Wasser charakteristische Isotopenbewegung auf und ist ein gutes Lösungsmittel. Es kommt in der zentralen Zone der Membranen zwischen ihren Lipidschichten vor, aber dieses Wasser wird räumlich sowohl mit der extrazellulären Flüssigkeit als auch mit dem Zytoplasma geteilt. Sie hat nicht die Möglichkeit, sich frei mit ihnen auszutauschen.

Merkmale der Struktur von Wasser

Wasser ist ein Medium mit Große anzahl Wasserstoffbrückenbindungen bestimmen die besonderen Eigenschaften von Wasser:

Seine Fähigkeit, einen flüssigen Zustand über einen weiten Bereich von t0 aufrechtzuerhalten,

Niedrige t0 der Eisbildung.

Eis zeichnet sich durch eine streng geordnete Anordnung der Wassermoleküle in tetraedrischen Winkeln aus. Jedes Molekül hat 4 Wasserstoffbrückenbindungen zwischen benachbarten Molekülen. Dies ist eine lockere Struktur. Bei der Bildung von Wasser aus Eis wird diese Struktur zerstört; im flüssigen Wasser gibt es Moleküle mit 4,3,2,1 und 0 Wasserstoffbrückenbindungen. Wasserstoffbrückenbindungen in flüssigem Wasser zeichnen sich durch eine große Bandbreite an Winkeln und Längen aus.

Potenzielle Energie. U aq. Verbindung flüssig Wasser - kontinuierliche Funktion intermolekularer Wasserstoffbindungswinkel und geometrische Eigenschaften des Wassermoleküls.

Es gibt verschiedene Modelle der Wasserstruktur

1. Entwickelt von Eisenberg und Kautzman. Besondere Aufmerksamkeit bezieht sich auf die Zeitskala der Beobachtung der Struktur. Es konnten 3 Wasserstrukturen nachgewiesen werden:

1) Wenn Sie ein Bild mit einer Belichtungsdauer aufnehmen, die viel kürzer ist als die Schwingungsperiode von Wassermolekülen (?<

2) Wenn wir fortfahren?>>?Zahl, aber viel kürzer als die Rotationszeit der Diffusionskörper t=10–5 s, dann ist es möglich, die K-Struktur zu beobachten. Es zeichnet sich durch eine geordnete Anordnung der Wassermoleküle, aber zufällige Orientierung aus.

3) Bei der Diffusionsrotationsperiode wird eine D-Struktur erhalten. Es zeichnet sich durch eine regelmäßige Anordnung der Wassermoleküle und deren korrekte, regelmäßige Orientierung aus.

2. Sherag-Cluster-Modell.

Flüssiges Wasser besteht aus einzelnen Molekülen und strukturell verbundenen Clustern. Cluster lösen sich ständig auf und entstehen neu. Dadurch wird eine durchschnittliche Umgebung für jedes einzelne Wassermolekül geschaffen und Wassermoleküle in Molekülgruppen nur schwach berücksichtigt.

3. Samoilov-Modell

untersucht die Strukturveränderungen von Wasser bei verschiedenen Temperaturen. Nehmen wir an, dass beim Schmelzen von Eis das abgelöste Wassermolekül die Hohlräume des Kristallgitters füllt und das spezifische Gewicht zunimmt. Das maximale spezifische Gewicht von Wasser wird bei +40 °C beobachtet; bei höheren Temperaturen nimmt die Schwingungsamplitude der Wassermoleküle zu, das von ihnen eingenommene Volumen nimmt zu und ihre Dichte nimmt ab.

Löslichkeit verschiedener Stoffe in Wasser

Elektrolyte lösen sich aufgrund der hohen Dielektrizitätskonstante von Wasser gut in Wasser, ebenso Stoffe mit einem großen Dipolmoment und Stoffe, die Wasserstoffbrückenbindungen mit Wassermolekülen bilden können.

Zeichnung. In Wasser unlösliche Stoffe: verschiedene Kohlenwasserstoffe, Öle, Fette. Dies erklärt sich dadurch, dass Kontakte zwischen H2O-H2O-Molekülen und C6H6-O-Molekülen günstiger ausfallen als zwischen C6H6-H2O. In jeder Situation, in der die freie Energie einer Lösung geringer ist als die freie Energie von Wasser und der löslichen Substanz, ist die Substanz in Wasser gut löslich (und umgekehrt). Membranwasser.

Sie werden je nach osmotischer Aktivität, der Fähigkeit, Stoffe aufzulösen und mit der äußeren Umgebung auszutauschen, in drei Typen eingeteilt.

1. Kostenloses Wasser. Mobile Phase, die alle chemischen Substanzen lösen kann und

osmotische Aktivität besitzen. In Membranen kommt es in Ionenkanälen vor.

2. Eingeschlossenes Wasser. Nahezu frei, aber lokalisiert zwischen zwei Schichten der Membran,

Der Austausch mit der äußeren Umgebung ist schwierig und für den Transport nicht wirksam.

3. Gebundenes Wasser (verschiedene Arten).

Wasser der Hydratationshüllen (bindet sich an Proteinbestandteile)

Stark an die Proteinkomponente von Ionenkanälen gebunden.

Der Zustand der Membranen hängt von der Lipidzusammensetzung und der Umgebungstemperatur ab.

Die Phasenübergangstemperatur ist die Temperatur, bei der die Membran von einem Phasenzustand in einen anderen wechselt.

Ein Wassermolekül besteht aus einem Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatomen (H 2 O). Der Aufbau eines Wassermoleküls lässt sich schematisch wie folgt darstellen:

Das Wassermolekül ist ein sogenanntes polares Molekül, da seine positiven und negativen Ladungen nicht gleichmäßig um ein Zentrum verteilt sind, sondern asymmetrisch angeordnet sind und positive und negative Pole bilden. Die Abbildung zeigt stark vereinfacht, wie zwei Wasserstoffatome an ein Sauerstoffatom gebunden werden und ein Wassermolekül bilden.

Der in der Abbildung eingezeichnete Winkel und der Abstand zwischen den Atomen hängen vom Aggregatzustand des Wassers ab (Gleichgewichtsparameter werden angenommen, da ständige Schwankungen stattfinden). Im Dampfzustand beträgt der Winkel also 104° 40", der O-H-Abstand beträgt 0,096 nm; im Eis beträgt der Winkel 109° 30", der O-H-Abstand beträgt 0,099 nm. Der Unterschied in den Parametern eines Moleküls im dampfförmigen (freien) Zustand und im Eis wird durch den Einfluss benachbarter Moleküle verursacht. Betroffen sind auch Moleküle in der flüssigen Phase, bei denen neben dem Einfluss benachbarter Wassermoleküle ein starker Einfluss gelöster Ionen anderer Stoffe besteht.

Geschichte der Bestimmung der Zusammensetzung des Wassermoleküls

Seit den Anfängen der Chemie hielten Wissenschaftler Wasser lange Zeit für einen einfachen Stoff, da es durch die damals bekannten Reaktionen nicht zersetzt werden konnte. Darüber hinaus schien die Konstanz der Eigenschaften des Wassers diese Position zu bestätigen.

Im Frühjahr 1783 arbeitete Canendish in seinem Labor in Cambridge mit der neu entdeckten „lebenswichtigen Luft“ – wie Sauerstoff damals genannt wurde, und „brennbarer Luft“ (wie Wasserstoff genannt wurde). Er vermischte ein Volumen „lebenswichtige Luft“ mit zwei Volumen „brennbarer Luft“ und leitete eine elektrische Entladung durch die Mischung. Die Mischung flammte auf und die Wände des Kolbens waren mit Flüssigkeitströpfchen bedeckt. Bei der Untersuchung der Flüssigkeit kam der Wissenschaftler zu dem Schluss, dass es sich um reines Wasser handelte. Zuvor hatte der französische Chemiker Pierre Macker ein ähnliches Phänomen beschrieben: Er führte eine Porzellanuntertasse in die Flamme „brennbarer Luft“, auf der sich Flüssigkeitströpfchen bildeten. Stellen Sie sich Mackers Überraschung vor, als er die resultierende Flüssigkeit untersuchte und feststellte, dass es sich um Wasser handelte. Es stellte sich als eine Art Paradoxon heraus: Das Wasser, das das Feuer löscht, entsteht selbst bei der Verbrennung. Wie wir jetzt wissen, wurde Wasser aus Sauerstoff und Wasserstoff synthetisiert:

H 2 + O 2 → 2H 2 O + 136,74 kcal.

Unter normalen Bedingungen findet diese Reaktion nicht statt, und damit Wasserstoff aktiv wird, muss die Temperatur der Mischung erhöht werden, beispielsweise mithilfe eines elektrischen Funkens, wie in Cavendishs Experimenten. Henry Cavendish verfügte über ausreichende Daten, um die Anteile von Sauerstoff und Wasserstoff im Wasser zu bestimmen. Aber er tat es nicht. Vielleicht wurde er durch seinen tiefen Glauben an die Phlogiston-Theorie behindert, in deren Rahmen er versuchte, seine Experimente zu interpretieren.

Die Nachricht von Cavendishs Experimenten erreichte Paris im Juni desselben Jahres. Lavoisier wiederholte diese Experimente sofort, führte dann eine ganze Reihe ähnlicher Experimente durch und berichtete einige Monate später, am 12. November 1783, am Martinstag, auf dem traditionellen Treffen der Französischen Akademie der Wissenschaften über die Ergebnisse der Forschung. Der Titel seines Berichts ist merkwürdig und typisch für die gesamte schnörkellose, pedantische Ära großer naturwissenschaftlicher Entdeckungen: „Über die Natur des Wassers und Experimente, die offenbar bestätigen, dass dieser Stoff streng genommen kein Element ist, sondern zersetzt werden kann.“ und neu geformt.“ Der Bericht stieß auf heftige Einwände – Lavoisiers Daten widersprachen eindeutig der damals angesehenen und beliebten Phlogiston-Theorie. Er kam richtig zu dem Schluss, dass Wasser durch die Verbindung von „brennbarem Gas“ mit Sauerstoff entsteht und (nach Masse) 15 % des ersteren und 85 % des letzteren enthält (moderne Daten: 11,19 % und 88,81 %).

Zwei Jahre später kehrte Lavoisier zu Experimenten mit Wasser zurück. Die Akademie der Wissenschaften stellte Lavoisier vor eine praktische Aufgabe – einen kostengünstigen Weg zu finden, Wasserstoff als leichtestes Gas für die Bedürfnisse der aufstrebenden Luftfahrt herzustellen. Lavoisier rekrutierte den Militäringenieur, Mathematiker und Chemiker Jean Meunier für die Arbeit. Als Ausgangsmaterial wählten sie Wasser – günstiger war der Rohstoff kaum zu bekommen. Da sie wussten, dass Wasser eine Kombination aus Wasserstoff und Sauerstoff ist, versuchten sie, einen Weg zu finden, ihm Sauerstoff zu entziehen. Für diesen Zweck waren verschiedene Reduktionsmittel geeignet, am zugänglichsten war jedoch metallisches Eisen. Aus dem Retortenkessel strömte Wasserdampf in ein glühendes Kanonenrohr mit Eisenspänen auf einer Kohlenpfanne. Bei glühend heißer Temperatur (800 °C) reagiert Eisen mit Wasserdampf und es entsteht Wasserstoff:

3Fe + 4H 2 O → Fe 3 O 4 + 4H 2

Der dabei entstehende Wasserstoff wurde gesammelt, der nicht umgesetzte Wasserdampf im Kühlschrank kondensiert und als Kondensat vom Wasserstoff abgetrennt. Pro 100 Gran Wasser wurden 15 Gran Wasserstoff und 85 Gran Sauerstoff gewonnen (1 Gran = 62,2 mg). Diese Arbeit hatte auch wichtige theoretische Bedeutung. Sie bestätigte frühere Schlussfolgerungen (aus der Erfahrung der Verbrennung von Wasserstoff in Sauerstoff unter einer Glocke), dass Wasser 15 % Wasserstoff und 85 % Sauerstoff enthält (moderne Daten – 11,19 % und 88,81 %).

Basierend auf der Tatsache, dass „brennbare Luft“ an der Bildung von Wasser beteiligt ist, schlug der französische Chemiker Guiton de Morveau 1787 vor, es Wasserstoff zu nennen (aus den Wörtern „hydro-water“ und „gennao-generate“). Das russische Wort „Wasserstoff“, d.h. „Wasser gebären“ ist eine genaue Übersetzung des lateinischen Namens.

Joseph Louis Gay-Lussac und Alexander Humboldt stellten bei gemeinsamen Experimenten im Jahr 1805 erstmals fest, dass für die Bildung von Wasser zwei Volumina Wasserstoff und ein Volumen Sauerstoff erforderlich sind. Ähnliche Gedanken äußerte der italienische Wissenschaftler Amedeo Avogadro. Im Jahr 1842 bestimmte Jean Baptiste Dumas das Gewichtsverhältnis von Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser auf 2:16.

Aufgrund der Tatsache, dass in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts große Verwirrung über die Atommassen der Elemente herrschte und diese Situation durch die Einführung des Konzepts des „Äquivalentgewichts“ noch lange Zeit noch komplizierter wurde Die Wasserformel wurde in verschiedenen Versionen geschrieben: manchmal als HO, manchmal als H 2 O und sogar als H 2 O 2. D.I. hat darüber geschrieben. Mendelejew: „In den 50er Jahren nahmen einige O=8, andere O=16, wenn H=1. Wasser für das erste war HO, Wasserstoffperoxid HO 2, für das zweite, wie jetzt, Wasser H 2 O, Wasserstoffperoxid H.“ 2 O 2 oder HO. Es herrschte Verwirrung und Verwirrung ...“

Nach dem Internationalen Chemikerkongress 1860 in Karlsruhe konnten einige Fragen geklärt werden, die für die Weiterentwicklung der atomar-molekularen Theorie und damit für die korrekte Interpretation der atomaren Zusammensetzung des Wassers eine wesentliche Rolle spielten. Es wurde eine einheitliche chemische Symbolik etabliert.

Experimentelle Studien, die im 19. Jahrhundert mit gravimetrischen und volumetrischen Methoden durchgeführt wurden, zeigten schließlich überzeugend, dass Wasser als chemische Verbindung durch die Formel H 2 O ausgedrückt werden kann.

Wie bereits bekannt ist, ist das Wassermolekül ziemlich „einseitig“ – beide Wasserstoffatome grenzen auf einer Seite an Sauerstoff. Es ist interessant, dass dieses äußerst wichtige Merkmal des Wassermoleküls rein spekulativ lange vor der Ära der spektroskopischen Forschung durch den englischen Professor D. Bernal festgestellt wurde. Er ging davon aus, dass Wasser ein sehr starkes elektrisches Moment hat (das war damals, 1932, bekannt). Der einfachste Weg besteht natürlich darin, ein Wassermolekül zu „konstruieren“, indem man alle seine Atome in einer geraden Linie anordnet, d. h. H-O-H. „Allerdings“, schreibt Bernal, „kann ein Wassermolekül nicht auf diese Weise aufgebaut werden, denn mit einer solchen Struktur wäre ein Molekül, das zwei positive Wasserstoffatome und ein negatives Sauerstoffatom enthält, elektrisch neutral und hätte keine eindeutige Richtungsrichtung … das.“ Das elektrische Moment kann nur sein, wenn beide Wasserstoffatome dem Sauerstoff auf derselben Seite benachbart sind.“

ANALYSE DER EVOLUTIONSSTUFEN VON BIOSSTRUKTUREN (BS) ZU STRUKTUREN, DIE DIE MEISTEN GEHEIMNISSE ÜBER DEN URSATZ VON GENETISCHEN CODES ERKLÄREN KÖNNEN. TEIL 1.

Telepneva Lyudmila Georgievna

Anmerkung:

Berücksichtigt wird die erste Stufe der Schaffung einer biologischen Struktur (BS), die die Entstehung genetischer Codes beeinflusste. Die Eigenschaften seiner beiden identischen Untereinheiten und biologischen Zusatzstoffe (BA) werden aufgezeigt; die extreme Bedeutung der Dichtewerte der Biountereinheiten von BA und ihrer BA in der Welt der Natur wird aufgezeigt.

Betrachten Sie die erste Phase der biologischen Struktur (BS), die die Entstehung genetischer Codes beeinflusste. Die Eigenschaften seiner beiden identischen Untereinheiten und biologischen Zusatzstoffe (DB) zeigten eine extreme Bedeutung der Dichtewerte der Biosubedinits BS und der Datenbank in der Welt der Wildtiere

Stichworte:

Eigenschaften; genetischer Code; biologische Struktur; Aminosäuren; Codons; Nukleotide; Nukleoproteine; Lipoproteine; Proteine; Enzyme; chemische Elemente; Sahara; beeinflussen; Dichte; Schwimmdichte.

Eigenschaften; der genetische Code; die biologische Struktur; Aminosäuren; Codons; Proteine; Nukleotide; Nukleoproteine; Lipoproteine; Enzyme; Chemikalien; Zucker; Schwimmdichte Einfluss, Dichte.

Einführung.

Aus historischer Sicht ist die Frage nach der Evolution der Gene die wichtigste, da die Evolution der Gene mit der Entstehung des Lebens im Allgemeinen und seiner Verbesserung im Besonderen verbunden ist. Da die ursprüngliche Rolle der RNA bei der Entstehung des Lebens aufgeklärt wurde, geht man davon aus, dass der Beginn der Genevolution auf die Zeit vor 3,5 bis 4 Milliarden Jahren zurückgeht, als die ersten RNA-Moleküle gebildet wurden, die irgendwie die Synthese von bestimmten Proteine, d. h. sie waren die ersten Bewahrer der genetischen Information. Als jedoch die Notwendigkeit entstand, die Effizienz der Proteinsynthese zu steigern, wurde die Fähigkeit, genetische Informationen zu kodieren, auf die DNA übertragen, die zum Hauptverwahrer der genetischen Informationen wurde. Die RNA befand sich zwischen DNA und Protein und wurde zum „Träger“ von Informationen. Natürlich gibt es für diese Hypothese keine Beweise. Viele glauben jedoch weiterhin, dass das Auftreten von DNA mit einer Komplikation der Zellstruktur und daher mit der Notwendigkeit verbunden ist, im Vergleich zu RNA eine große Menge an Informationen zu kodieren .

In diesem Zusammenhang ist es äußerst wichtig, die weltweit erste biologische Struktur (BS) zu bestimmen, die nicht nur die gesamte RNA-Welt bilden würde, sondern auch logisch erklären könnte, warum es notwendig war, ein fünftes Bioelement in die BS, die Rolle, zu locken wovon ein anderes Pyrimidinderivat – Thymin (T) – so gut geeignet war. Und dafür ist es äußerst wichtig, die Stadien der evolutionären Bildung des BS zu analysieren, die die Schaffung des universellen genetischen Codes vollständig abgeschlossen hat.

1. Biostrukturen (BS), bestehend aus zwei identischen Untereinheiten und einem Bioadditiv (BD), und ihre Eigenschaften

Dank der konstanten und zufälligen Brownschen Bewegung von Wassermolekülen sind zwei in jeder Hinsicht identische Biomoleküle (BMs) nicht nur in der Lage, sich zu treffen, sondern sich auch zu einer einzigen Biostruktur (BS) mit zwei Untereinheiten zu verbinden (zu aggregieren) – der ersten überhaupt Evolutionspfad verschiedener BSs.

Gleichzeitig stellen wir fest, dass die Vereinigung zweier identischer Biountereinheiten zu einer BS durch ihre amphipathische Natur erleichtert wird, d. Diese Gruppen von Untereinheiten in Abbildung 1 sind Cyan und Dunkelblau gefärbt.

Reis. 1. Evolutionäre erste Biostrukturen (BS), bestehend aus zwei identischen Untereinheiten und einem „Bioadditiv“ (BD), in dieser Abbildung in Form eines länglichen Zylinders dargestellt

Durch diese Interaktion zweier BS-Untereinheiten entstehen zwei symmetrisch angeordnete Biobays (BBs). Sie entstehen durch den Kontakt der Bestandteile dieser beiden Untereinheiten einer bestimmten BS.

Dank der gleichen konstanten und zufälligen Brownschen Bewegung von Wassermolekülen konnten nicht nur besondere „biologische Zusatzstoffe“ (BD) dieser BS in diese BBs eindringen – verschiedene chemische Elemente, die später den Namen Bioelemente erhielten, und andere Biomoleküle (BM), kleinerer Querschnitt und andere Dichte als die Untereinheiten, die die BS erstellt haben.

Aber warum brauchten die verschiedenen BS eine Datenbank? Tatsache ist, dass jedes der Lipidmoleküle einzeln von Wassermolekülen umgeben war und wenn diese BS-Untereinheiten miteinander kombiniert wurden, nahm die Anzahl solcher Wassermoleküle ab. Folglich verringerte sich der Wärmeschutz der BS-Untereinheiten. Um seinen Wert wiederherzustellen, war es wünschenswert, andere organische Substanzen zu verwenden, die höhere Schmelztemperaturen (Tm) haben, und auch chemische Elemente wie BD zu verwenden, die manchmal höhere Tm-Werte haben als die von Lipid-Untereinheiten.

Tatsächlich, Tpl. Glycin hat eine Temperatur von 290 °C, die spezifische Verdampfungswärme beträgt −528,6 J/kg und für Natrium beträgt sie 97,8 °C und 97,9 kJ/mol. Calcium hat die gleichen Eigenschaften – 837,85 °C und 153,6 kJ/mol. Wasser hat eine spezifische Verdampfungswärme bei 30 °C 2430 kJ/mol.

Da sowohl Biomoleküle als auch chemische Elemente und ihre Verbindungen als hydrophile Substanzen wirken können, erinnern wir daran, dass Substanzen mit ionischen Kristallgittern (Oxide, Hydroxide, Silikate, Sulfate, Phosphate, Tone, Gläser usw.) sowie Substanzen hydrophil sind. organischer Natur mit den folgenden polaren Gruppen: -OH, -COOH, -NO 2 und anderen. Darüber hinaus haben sie alle unterschiedliche Dichten.

In diesem Zusammenhang stellen wir fest, dass die Zunahme der Dichte der Wasserschicht entweder durch einen signifikanten Unterschied in ihren Temperatureigenschaften gegenüber dem umgebenden Wasser (d. h. der Thermokline) oder durch ihren erhöhten Salzgehalt erklärt wird.

So hat Meerwasser mit einem Salzgehalt von 35 % bei einer Temperatur von 25 °C eine Dichte von 1,02412 g/cm 3, während reines Wasser 0,9971 g/cm 3 beträgt. Auch die Gefrierpunkte dieser Wässer sind unterschiedlich: 0,00 °C für sauberes Wasser und -1,91 °C für Meerwasser bei gleichem Salzgehalt.

Durch den Anstieg des Salzgehalts nimmt die Dichte des Wassers vom Äquator bis zu den Tropen und infolge der Temperaturabnahme von den gemäßigten Breiten bis zum Polarkreis zu. Im Winter sinkt das Polarwasser ab und bewegt sich in den unteren Schichten in Richtung Äquator, sodass das Tiefenwasser des Weltozeans im Allgemeinen kalt, aber mit Sauerstoff angereichert ist.

Unter dem Einfluss der Schwerkraft, unter dem Einfluss von Wind, der Anziehungskraft von Mond und Sonne und anderen Faktoren bewegt sich Wasser. Bei der Bewegung wird das Wasser vermischt, wodurch Wässer mit unterschiedlichem Salzgehalt, unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung und Temperatur gleichmäßig verteilt werden können.

Wenn also Aminosäuren als solche BD fungierten, wird sofort klar, dass ihre primäre und strengste Auswahl nur unter Verwendung von zwei Untereinheiten des primären BS durchgeführt wurde.

In diesem Fall könnten bereits diese ersten BS, bestehend aus zwei interagierenden Nukleotiden, unabsichtlich beginnen, Aminosäuren für ihre zukünftige Verwendung beim Aufbau von Proteinen auszuwählen, und dieser Umstand spiegelte sich dann direkt in der Rolle der ersten beiden Nukleotide in den dreien wider -Nukleotid-Codon.

Gleichzeitig teilte die Symmetrie der Position zweier BBs in der ersten BS ihre BDs unwillkürlich in zwei große Gruppen auf, und die Verwendung von Aminosäuren als solche BDs legte auch solche Eigenschaften des genetischen Codes wie die Symmetrie von Codons fest ihre Komplementarität.

In diesem Zusammenhang stellen wir fest, dass es das gleichzeitige Vorhandensein von zwei BBs war, das unweigerlich zur Aufteilung der von BSs ausgewählten Aminosäuren in zwei große Gruppen beitrug. Dieser Umstand führte wiederum zum Vorhandensein von zwei Klassen von Aminoacyl-tRNA-Synthetasen (APCase, aaRS, aa-tRNA-Synthetase, Enzym EC 6.1.1) – den wichtigsten Enzymen der extraribosomalen Stufe der Proteinsynthese, der Umsetzung genetische Information und insgesamt 20 Einheiten.

Jede ARSase ist nur für eine der 20 Aminosäuren, aus denen Proteine ​​bestehen, und eine oder mehrere tRNAs spezifisch.

Zur ersten Klasse der ARSasen gehören Enzyme, die die Synthese von Aminoacyl-tRNA der folgenden Aminosäuren katalysieren: Arginin (Arg, R, C6H14N4O2, 1,1 g/cm³), Valin (Val, V, C5H11NO2, 1,230 g/cm³), Glutamin (Gln, Gln, Q, C5H10N2O3), Glycin (Gly, G, Gly, C2H5NO2, 1,607 g/cm³), Isoleucin (Ile, I, C6H13O2N), Leucin (Leu, L, C6H13N1O2, 1,191 g/cm³), Methionin (Met, Met, M, C5H11NO2S, 1.340 g/cm³), Tyrosin (Tyr, Y, C9H11NO3, 1.456 g/cm³), Tryptophan (Tri, Trp, W, C11H12N2O2), Cystein (Cys, Cys, C, C3H7NO2S) .

Die zweite Klasse von ARSasen umfasst Enzyme, die die Synthese von Aminoacyl-tRNA der folgenden Aminosäuren katalysieren: Alanin (Ala, A, C3H7NO2, 1,424 g/cm³), Asparagin Asn, Asn, N C4H8N2O3, 1,346 g/cm3, Asparaginsäure Säure (Asp, Asp, D, C4H7NO4, 1,67 g/cm³), Histidin (His, H, C6H9N3O2), Glycin (Gly, G, Gly, C2H5NO2, 1,607 g/cm³), Lysin (Lys, K, C6H14N2O2), Prolin (Pro, Pro, P, C5H9NO2, 1,186 g/cm³), Serin (Ser, Ser, S, C3H7N1O3, 1,537 g/cm³), Threonin (Tre, Thr, T, C4H9NO3), Phenylalanin (Phen, Phe, F , C9H11NO2, 1,29 g/cm³) .

Darüber hinaus stellte sich heraus, dass ARSasen der Klasse 1 die Übertragung der Aminoacylgruppe zunächst auf die zweite 2"-OH-Gruppe des terminalen Adenylsäurerests und dann deren Bewegung auf die 3"-OH-Gruppe (durch eine Umesterungsreaktion) sicherstellen Enzyme 2- Diese Klasse katalysiert die Übertragung einer Aminoacylgruppe direkt auf die 3"-OH-Gruppe des terminalen Adenylnukleotids.

In diesem Fall ist es wahrscheinlich, dass ihre beiden Hälften in der ersten Phase der Ribosomenbildung nahezu identisch waren, ebenso wie die beiden benachbarten Domänen verschiedener Domänenproteine, deren Ketten in modernen Enzymen und Rezeptorproteinen verwendet werden.

In diesem Zusammenhang erinnern wir uns daran, dass eine Proteindomäne ein kompaktes Kügelchen ist, das entweder einzeln existieren oder zusammen mit anderen Domänen Teil eines größeren Proteins sein kann.

Allerdings könnten nicht nur die Bestandteile der beiden Domänen BB bilden. Früher in der Evolution konnten BBs in Form von Biegungen sogar einer kleinen Proteinkette (z. B. eines Tripeptids) gebildet werden. Und um solche scharfen Biegungen zu erzeugen, wird im Körper aus Glutaminsäure die Aminosäure Prolin synthetisiert, die über 4 synonyme Codons (Codons derselben Reihe) verfügt: CCU, CCC, CCA, CCG.

In Proteinen ist das Stickstoffatom von Prolin nicht an ein Wasserstoffatom gebunden; daher kann die X-Pro-Peptidgruppe während der Bildung einer Wasserstoffbindung nicht als Wasserstoffdonor fungieren. Dadurch entstehen an Stellen, an denen Prolin, das eine konformativ starre Struktur aufweist, lokalisiert ist, fehlerhafte Peptidbindungen und die Polypeptidkette bildet Biegungen und Zickzacklinien.

Diese Eigenschaft von Prolin ist sehr nützlich bei der Bildung von Rezeptorproteinen, die normalerweise über mehrere Domänen verfügen, da diese Aminosäure eine wichtige Rolle bei der Bildung der Tertiärstruktur des Proteins spielt. Daher bilden Regionen von Proteinen mit hohem Prolingehalt häufig die Sekundärstruktur einer Polyprolinhelix vom Typ II.

Glutamat, ein wichtiger Neurotransmitter, wird in Gehirnzellen aus Prolin synthetisiert. L-Prolin kommt in allen natürlichen Proteinen vor. Besonders reich daran sind pflanzliche Proteine ​​– Prolamine, Bindegewebsproteine ​​(10-15 % in Kollagen), β-Casein. L-Pro ist Teil von Insulin, adrenocorticotropem Hormon, Gramicidin C und anderen biologisch wichtigen Peptiden. Nebenbei stellen wir fest, dass D-Prolin Teil einiger Alkaloide ist.

Ohne diese Aminosäure wäre eine Gewebewiederherstellung nicht möglich, da Prolindehydrogenase ein wichtiges Enzym ist, das an der Apoptose (natürlicher Zelltod) beteiligt ist und dadurch die Zellerneuerung von Geweben und Organen maßgeblich fördert.

Da nicht nur Aminosäuren, sondern auch durch ihre BS ausgewählte chemische Substanzen als BD von BS mit zwei Untereinheiten fungieren können, sind die folgenden Fakten von äußerstem und zweifellosem Interesse, die auf den direkten und komplexen Einfluss einiger BD-Typen auf andere BD-Typen hinweisen im selben BS.

Dieser Umstand führte wiederum zum Auftreten von Aktivatoren (die die Geschwindigkeit der katalytischen Reaktion erhöhten) und Inhibitoren für die Katalyse von BS.

Die folgenden Tatsachen bestätigen diese Schlussfolgerung ungewollt.

In den letzten Jahren wurde bekannt, dass Prolin im Endstadium der Traubenreife aktiv synthetisiert wird. Darüber hinaus wurde ein erhöhter Prolingehalt bei Weintrauben festgestellt, die mit einem Mangel an Bor und Mangan im Boden angebaut wurden, und ein verringerter Gehalt bei Weintrauben, die mit einem Mangel an Zink und Molybdän angebaut wurden.

Es ist auch bekannt, dass Prolindehydrogenase die Fähigkeit bietet, Superoxide (Superoxide) zu erzeugen – aktive, elektronenreiche Sauerstoffspezies. Superoxid wiederum ist an der Zerstörung geschädigter Zellen beteiligt und spielt eine wichtige Rolle bei der Verhinderung der Entstehung und Ausbreitung von Krebstumoren.

Insbesondere überträgt die Prolindehydrogenase normalerweise Elektronen auf die Mitochondrienmembran und verhindert so, dass diese mit Sauerstoff in Kontakt kommen und reaktive Superoxidmoleküle bilden.

Nebenbei stellen wir fest, dass das Mitochondrium ein körniges oder fadenförmiges Doppelmembranorganell mit einer Dicke von etwa 0,5 Mikrometern ist. Mitochondrien, die für die meisten eukaryotischen Zellen charakteristisch sind, sowohl autotrophe (photosynthetische Pflanzen) als auch heterotrophe (Pilze, Tiere), fehlen in Bakterien.

Wenn die Funktion der Mitochondrien in einer Zelle gestört ist, wechseln sie zur Energiegewinnung auf einen anderen Weg – die Glykolyse. Dabei entsteht Milchsäure, die die Kollagenmatrix zerstört, die die Zellen miteinander verbindet. Dadurch können einige dieser Zellen ihren Platz verlassen und sich im Körper bewegen, wodurch an anderen Stellen des Körpers Tumore entstehen – Metastasen.

Die oben genannten Fakten zeigten deutlich die Bedeutung der Rolle von Aminosäuren als BD BS und ihre komplexe Beziehung zu einer anderen Art von BD – Bioelementen.

Aber nicht weniger wichtig ist der Einfluss der Eigenschaften der BS-Untereinheiten auf die BD. Achten wir in diesem Zusammenhang darauf, dass jeder BD, der in den BB gelangt, aufgrund des Widerstands der äußeren Umgebung und seiner Trägheit beim Vorwärtsbewegen des BS immer stärker auf die zweite Untereinheit (von Anfang an) angewiesen ist. als beim ersten. Infolgedessen werden die Interaktion mit ihm und die Eigenschaften dieses BD viel stärker von dieser (zweiten) Untereinheit des BS abhängen als von seiner anderen Untereinheit.

Dieser Umstand führte dazu, dass die beiden oben beschriebenen Gruppen von Aminosäuren wiederum in kleinere Untergruppen unterteilt werden mussten.

Tatsächlich kodieren nach den etablierten Fakten des genetischen Codes alle Codons mit Cytosin (C) an der zweiten Position Aminosäuren (Ser, Pro, Thr und Ala), die klein sind, und alle Codons mit Uracil (U) an der zweiten Position Die zweite Position kodiert Aminosäuren unterschiedlicher (aber nicht extremer) Größe mit einer hydrophoben (unpolaren) Seitenkette – Phe, Leu, Ile, Met und Val.

Wenn wir Terminationscodons ausschließen, bestimmt das Vorhandensein von Adenin (A) an der zweiten Position die polare oder geladene Seitenkette von Aminosäuren (Tr, His, Gln, Asp, Lus, Asp und Glu), die nicht klein sind .

Dann könnten die folgenden „biologischen Zusatzstoffe“ mit Guanin (G) an der zweiten Position eines solchen BS interagieren: die reaktivste Aminosäure (Cys), die größte und flachste (Trp), die größte und ungeschickteste (Arg), die kleinste ( Gly), Teil der einzigen inkohärenten Reihe (Ser) und mehrdeutigen terminalen Unsinn (UGA), die in einigen Fällen die 21. Aminosäure kodiert – Selenocystein (Sec).

Gleichzeitig kann es vorkommen, dass sich die Gesamtladung einer solchen neuen BS ändert.

Diese Eigenschaft von BS beruht auf der Tatsache, dass die Köpfe von Lipidmolekülen immer entweder negativ geladen oder neutral sind. Und da BBs zwei solcher Moleküle bilden, wird klar, warum unter den biogenen chemischen Elementen vor allem Metallionen mit einer Ladung von +2e ausgewählt wurden.

Nebenbei bemerken wir, dass unter physiologischen Bedingungen die negative Ladung von Nukleotiden um eins größer ist als die Anzahl der Phosphatreste im Molekül. Aufgrund dieses Umstandes wird die Tertiärstruktur der RNA durch zweiwertige Metallionen, beispielsweise Mg2+-Ionen, stabilisiert, die nicht nur an Phosphatgruppen, sondern auch an Basen binden.

Achten wir auch besonders auf die Tatsache, dass eine solche BS mit neuen zusätzlichen Eigenschaften ausgestattet wurde, vor allem einer größeren Empfindlichkeit gegenüber Veränderungen in der äußeren Umgebung, als wenn sie keine DB hätte. Und hier könnten nur Aminosäuren und nicht biochemische Elemente die erste Rolle spielen, da alle Aminosäuren amphotere Verbindungen sind, die aufgrund des Vorhandenseins einer Carboxylgruppe in ihren Molekülen – COOH – sowohl saure Eigenschaften als auch basische Eigenschaften aufweisen können zur Aminogruppe - NH2.

Es ist bekannt, dass bei neutralen pH-Werten alle sauren (zur Abgabe von H+ fähigen) und alle basischen (zur Addition von H+ fähigen) funktionellen Gruppen von Aminosäuren in einem dissoziierten Zustand vorliegen. Daher haben Aminosäuren, die ein nicht dissoziierendes Radikal enthalten, in einer neutralen Umgebung eine Gesamtladung von Null.

Aminosäuren mit sauren funktionellen Gruppen haben eine negative Nettoladung, während Aminosäuren mit basischen funktionellen Gruppen eine positive Nettoladung haben.

Eine Änderung des pH-Werts zur sauren Seite (d. h. ein Anstieg der H+-Konzentration im Medium) führt zu einer Unterdrückung der Dissoziation von Säuregruppen.

In einer stark sauren Umgebung erhalten alle Aminosäuren eine positive Ladung. Im Gegenteil führt eine Erhöhung der Konzentration der OH-Gruppen zur Abspaltung von H+ aus den wichtigsten funktionellen Gruppen, was zu einer Abnahme der positiven Ladung führt.

In einer stark alkalischen Umgebung haben alle Aminosäuren eine negative Nettoladung. So liegen Aminosäuren in einer sauren Umgebung in Form von Kationen und in einer alkalischen Umgebung in Form von Anionen vor.

Die oben beschriebenen Umstände hatten direkten Einfluss auf die Aufnahme von Aminosäuren in BS, da sie sich in der Struktur, Größe und den physikalisch-chemischen Eigenschaften ihrer Radikale deutlich unterscheiden. Entsprechend der chemischen Struktur des Radikals werden sie in aliphatische, aromatische und heterozyklische unterteilt. Und die Zusammensetzung aliphatischer Radikale kann wiederum funktionelle Gruppen enthalten, die ihnen spezifische Eigenschaften verleihen: Carboxyl (-COOH), Amino (-NH2), Thiol (-SH), Amid (-CO-NH2), Hydroxyl (-OH). ) und Guanidingruppen.

Die Löslichkeit von Aminosäureresten wird durch die Polarität der funktionellen Gruppen bestimmt, aus denen das Molekül besteht (polare Gruppen ziehen Wasser an, unpolare (hydrophobe) Gruppen stoßen es ab). Dadurch weisen polar geladene Aminosäurereste die größte Wasserlöslichkeit auf.

Achten wir auf ein weiteres Merkmal der von BS als BD ausgewählten Aminosäuren.

Einige dieser Aminosäuren können nicht nur in ihre eigene Art (d. h. in nicht-essentielle Aminosäuren) umgewandelt werden, sondern sind auch an der Bildung von BS-Untereinheiten – Lipiden (Phe, Tyr, Leu, Lys und Trp) – beteiligt Nukleotide.

Somit bildet das Asparaginsäuremolekül (Asp, Asp, D) einen wesentlichen Teil des Gerüsts der Purin- und Pyrimidinkerne. Dieselben Nukleotidspezies sind mit dem Gln-Metabolismus verbunden. Darüber hinaus ist die Synthese von Purinen mit dem Stoffwechsel der Aminosäure Gly verbunden.

Das BD (in Form von Aminosäuren) fällt in das BB eines bestimmten BS, wenn sich die Dichten seiner und der BS-Untereinheiten geringfügig unterscheiden. Damit eine Aminosäure ausnahmslos in alle BBs (sowohl oben als auch unten) gelangt, sollte ihre Dichte etwas geringer sein als die identischer BS-Untereinheiten.

Diese Schlussfolgerung kann durch die in Klammern angegebenen Werte der folgenden BS-Dichten in Biostrukturen mit 4 BBs bestätigt werden, in denen jeweils zwei BBs völlig identisch sind.

Solche BS sind: Codon UUU (1.32), kodierend für Phe (1.29); Codon GGG (2,2), das Gly (1,607) definiert, und Codon CCC (1,55), das die Aminosäure Pro (1,367) kodiert.

Dieses Muster ist auch typisch für andere BS, zum Beispiel: Die Codons UUG (1,32+1,32 +2,2)/3 und UUA (1,32+1,32+1,662)/3 kodieren Leu (1,293).

Somit gibt es eine klare Tendenz in der Differenz zwischen den Dichten einer Untereinheit und ihrer BD (wenn als Aminosäuren verwendet werden) – sie ist immer geringer als die Dichte der BD-Untereinheiten. Besonders deutlich ist die gleiche Abhängigkeit bei der Auftriebsdichte dieser Stoffe zu erkennen, die sich etwas von der Dichte dieser Stoffe in kristalliner Form unterscheidet.

In diesem Fall kann jedoch auch davon ausgegangen werden, dass zunächst zwei interagierende Abschnitte der Nukleinsäure (RNA-RNA) auftreten: Haarnadeln in tRNA und in mRNA, Auftreten von doppelsträngiger RNA, RNA-DNA-Hybriden und doppelsträngiger DNA ) war genau mit der Schaffung zusätzlicher BBs verbunden, in die zusätzliche DBs hätten eintreten können, wodurch sich die Auftriebsdichtewerte dieses BS veränderten.

In diesem Zusammenhang kann davon ausgegangen werden, dass das Vorhandensein von 4 „Stämmen“ in der tRNA, die Abschnitte von zwei RNA-Ketten mit in ihre „zusammengesetzten“ BBs eingefügten Aminosäuren enthalten, auf den Wunsch zurückzuführen ist, den Unterschied in der Auftriebsdichte von APCase mit zu verringern eine Aminosäure und tRNA eines bestimmten Codons.

Aufgrund des Unterschieds in der Dichte der Untereinheiten und des BD könnte ein solcher BS entweder steigen (wenn die Dichte des BD geringer ist als die seiner Untereinheiten) oder sinken, wenn die Dichte des BD sinkt (in Form von biochemische Elemente) war größer als die der BD-Untereinheiten.

Dieser Unterschied in den Dichtewerten wirkt sich zwangsläufig nicht nur auf die Menge der von der BS empfangenen kosmischen Energie aus, sondern auch auf ihre Wechselwirkung mit anderen BS.

Dieser Umstand erklärt logischerweise auch den Grund nicht nur für die Aufnahme einer ganzen Liste von Schwermetallionen in die Datenbank verschiedener BS: Eisen, Kupfer, Zink, Molybdän, Titan und andere, sondern auch deren Kombinationen.

Beispielsweise wird das Enzym Enolase, von dem mehrere Formen (Isoenzyme) für Fischgewebe charakteristisch sind, durch Magnesiumionen (Magnesium, Mg, 12, 1,738 g/cm³) aktiviert – Mg2+; Mangan (Manganum, Mn, 25, 7,21 g/cm³) – Mn2+, Kalium (Kalium, K, 19, 0,856 g/cm³) – K+ und wird durch Fluorionen (Fluorum, F, 9, (bei -189 °) inaktiviert C) 1,108 g/cm³). Fluorid ist ein Fluorion – F-1.

Enolase zeichnet sich durch eine Domänenstruktur aus. Das aktive Zentrum des Enzyms befindet sich in der tiefen Spalte zwischen der kleinen N-terminalen und der großen C-terminalen Domäne. Um katalytische Aktivität zu zeigen, sind Mg-Ionen notwendig, und ohne sie hat das Enzym nicht nur keine Aktivität, sondern dissoziiert auch in Untereinheiten.

Bei einem Anstieg der Kupferkonzentration im Wasser, das die Tiere tranken, wurde Folgendes beobachtet: Die größte Menge Kupfer wird im Zytosol gebunden, auch in den Mitochondrien ist ein deutlicher Anstieg der Kupferkonzentration zu beobachten. Eine erhöhte Kupferaufnahme führt zu einer Umverteilung der Nährstoffe, wodurch der Gehalt an Zink und Magnesium in den Nierenzellen abnimmt und der Gehalt an Kalzium zunimmt.

Veränderungen in der Nährstoffkonzentration wirken sich sicherlich auf die Aktivität vieler Enzyme und letztlich auf den Stoffwechsel im Nierengewebe aus. Es ist davon auszugehen, dass sich der Fettstoffwechsel deutlich verändern wird, da viele am Fettstoffwechsel beteiligte Enzyme zink- und Magnesium-abhängig sind.

Da in diesem Abschnitt der Arbeit die Rolle von BS mit absolut identischen Untereinheiten bei der Erstellung des genetischen Codes untersucht wird, stellen wir fest, dass sich wiederholende Sequenzen und Satelliten-DNA eines der Muster im Nukleotidwechsel in den meisten DNAs eukaryotischer Zellen sind. Diese DNAs bestehen aus einzigartigen und teilweise wiederholten Sequenzen, die manchmal (bei einer Maus) ein Zehntel des Genoms ausmachen.

DNA mit sich wiederholenden Sequenzen weist eine unterschiedliche Auftriebsdichte auf und bildet beim Zentrifugieren in einem CsCl-Dichtegradienten eine deutliche Satellitenbande. Jeder der beiden Stränge dieser DNA ist in der Basenzusammensetzung so unterschiedlich, dass sie in einer CsCl-Lösung gut getrennt sind.

Somit können wir mit hoher Sicherheit sagen, dass Prä-mRNA-Exons, Protein-kodierende Abschnitte von Nukleinsäuren, Bereiche der direkten Kommunikation zwischen DNA und RNA sind, deren Dichten sich von der Dichte der DNA-Masse unterscheiden.

Wenn sich Untereinheiten von DNA- und RNA-Ketten verbinden, entstehen auch BBs, in die Aminosäuren eindringen können. Wenn diese beiden interagierenden Abschnitte der Nukleinsäureketten dann auseinanderlaufen, können die Aminosäuren, die in ihre „zusammengebauten“ BBs fallen, aktiv von Aminoacyl-TRK-Synthetasen ausgewählt und in Kombination mit tRNA an das Ribosom und die mRNA zur Proteinsynthese abgegeben werden.

Erinnern wir uns nebenbei daran, dass sequentiell verbundene Exons die mRNA von Eukaryoten bilden. Beachten Sie auch, dass einige mRNA-Moleküle das Exon-Spleißen auch ohne die Beteiligung von Proteinen katalysieren können.

Bei einigen Viren, wie zum Beispiel Picornaviren, bildet mRNA ihr gesamtes Genom.

Erinnern wir uns daran, dass der Hauptenergieträger in Zellen Adenosintriphosphat (Nukleosidtriphosphat, abgekürzt ATP, englisch ATP, C10H16N5O13P3, 1,04 g/cm3) ist – ein Ribonukleotid, und um den Prozess der DNA-Verdoppelung einzuleiten, ist es auch ein BS, das RNA enthält notwendig. Dies ist ein RNA-„Seeder“ (Primer).

Jetzt wird der Grund für den Unterschied in der Auftriebsdichte verschiedener DNA und RNA sowie ihrer DNA-RNA-Hybride klar, die das Leben auf der Erde ermöglichten.

Darüber hinaus wird die häufige Assoziation von Nukleinsäuren mit verschiedenen Proteinen deutlich. Schließlich liegt die Auftriebsdichte von Proteinen in CsCl-Lösungen zwischen 1,3 und 1,33 g/cm3 und für RNA bei mehr als 1,9 g/cm3.

Für DNA liegt der Dichteindikator bei 1,7 g/cm3. Dies liegt daran, dass in der DNA das Nukleotid Uracil mit einer Dichte von 1,32 g/cm3 durch Thymin mit einer Dichte von 1,23 g/cm3 ersetzt ist.

Um die Bedeutung dieser Tatsache für verschiedene Arten von BS besser zu verstehen, ersetzen wir gedanklich die Luft im folgenden Beispiel durch Thymin, das U-Boot durch BS, seine Tanks durch DNA und Guanin durch Wasser:

Durch die Anpassung der Wassermenge in den Ballasttanks (Tanks) kann das U-Boot in der gewünschten Tiefe schweben, wobei die Dichte des Wassers der durchschnittlichen Dichte des U-Bootes entspricht. Füllt man mehr Wasser in die Tanks und verdrängt entsprechend viel Luft, erhöht sich die Dichte des U-Bootes, es sinkt und fällt in kältere Wasserschichten mit höherer Dichte. Wenn die Dichte des Wassers gleich der Dichte des U-Bootes ist, schwebt das Boot wieder in einer neuen Tiefe.

Somit trug Thymin unabsichtlich nicht nur zur weiteren Kombination von RNA mit DNA bei, sondern auch zu einem starken Anstieg der territorialen Verbreitung von BS, die es verwenden, d.h. ein starker Anstieg der Reichweite aller DNA-basierten Organismen und ihr Auftauchen aus dem Wasser an Land.

Die Analyse der vorgelegten Daten zeigt, dass DNA-Chromatin eine größere Stabilität aufweist und sich durch eine größere Diversität auszeichnet, da es für DNA viel einfacher ist, mit Proteinstrukturen zu interagieren als für RNA.

Interessant ist, dass in diesem Fall Ketten doppelsträngiger Nukleinsäuren als zwei Untereinheiten von BS fungieren und Biobays (BBs), sogenannte „Grooves“, bilden können. Darüber hinaus wird es auch genau zwei davon geben, wie bei jedem BS mit zwei Untereinheiten.

In der Struktur der doppelsträngigen DNA, die in der B-Form vorliegt, werden zwei Furchen unterschieden – eine große mit einer Breite von 2,2 nm und eine kleine mit einer Breite von 1,2 nm. Die DNA der A-Form weist eine tiefe und schmale Hauptfurche und eine flache und breite Nebenfurche auf.

Ein wichtiges Strukturmerkmal der RNA, das sie von der DNA unterscheidet, ist das Vorhandensein einer Hydroxylgruppe in der 2"-Position der Ribose, die es dem RNA-Molekül ermöglicht, in der A-Konformation statt in der B-Konformation zu existieren, was in DNA am häufigsten beobachtet wird.

Stickstoffbasen im Bereich der großen und kleinen Furchen interagieren mit spezifischen Proteinen, die an der Organisation der Chromatinstruktur beteiligt sind.

Es ist wahrscheinlich diese Eigenschaft von Nukleinsäuren, die zur Entstehung „unbekleideter“ Viren, d. h. enthält nur ein Nukleotid mit Proteinuntereinheiten – Kapsomere.

Fragmente der RNA-Doppelhelix werden auch durch ihre komplementären Regionen innerhalb derselben Kette gebildet. In manchen Fällen kann der Anteil doppelsträngiger Regionen in der RNA 75 – 90 % erreichen. Es ist wahrscheinlich dieser Umstand, der zur Entstehung doppelsträngiger RNA-Viren beigetragen hat.

Die überwiegende Mehrheit der Viren sind RNA-Viren. Pflanzenviren enthalten meist einzelsträngige RNA, während Bakteriophagen meist doppelsträngige DNA aufweisen.

Die Namen der DNA-Stränge für Viren, die einzelsträngige DNA enthalten, ähneln denen für RNA: Der kodierende Strang ist komplementär zur mRNA (-), und der nichtkodierende Strang ist ihre Kopie (+). Allerdings werden die Genome mehrerer Arten von DNA- und RNA-Viren durch Moleküle mit unterschiedlicher Polarität repräsentiert, das heißt, jede Kette kann transkribiert werden. Dies sind beispielsweise Geminiviren – Pflanzenviren, die einzelsträngige DNA enthalten, und Arenaviren – Tierviren, die einzelsträngige RNA enthalten.

Die Untersuchung der Nukleotidzusammensetzung der DNA in verschiedenen Organismen hat gezeigt, dass das Verhältnis der Stickstoffbasenpaare A+T/G+C ein wichtiger Indikator für die Spezifität der DNA in verschiedenen Organismen ist. Beim Menschen beträgt sie also 1,52, beim Schaf -1,36, beim Bakterium E. coli -0,93, beim Erreger des Gasbrandes C. Perfringens - 2,70.

Da zunächst BSs mit ausreichend großer Auftriebsdichte entstanden, entstand das Leben auf der Erde höchstwahrscheinlich nicht in oberflächennahen Gewässern, sondern in relativ großen Tiefen und nicht weit von der Herkunftsquelle seiner Bestandteile – identische Untereinheiten und BDs, d.h. in der Nähe von langwirksamen Unterwasservulkanen.

Lassen Sie uns in diesem Zusammenhang auf die folgenden bekannten Fakten achten.

Selbst klares Wasser streut, bricht und polarisiert das Licht unseres nächsten Sterns, der Sonne. Folglich könnte die anorganische und organische Suspension der Eruptionsprodukte eines solchen Unterwasservulkans das gebrochene Licht, das in diese Tiefen vordringt, lange Zeit nicht nur polarisieren, sondern auch seine Polarität verstärken.

Der Astrobiologe Jeremy Bailey hat theoretisch bewiesen, dass Sternenlicht im ultravioletten und sogar sichtbaren Bereich auch zirkular polarisiert werden kann, nachdem es an Staubpartikeln gestreut wurde. Wenn sich außerdem herausstellt, dass die rechts- und linkspolarisierten Komponenten der ultravioletten Strahlung räumlich getrennt sind, werden in den entsprechenden Teilen der Molekülwolke Aminosäuremoleküle einer bestimmten Art von Spiegelsymmetrie zerstört. In diesem Fall hat im Uhrzeigersinn polarisiertes Licht (in Richtung des Strahls gesehen) eine schädliche Wirkung auf D-Moleküle, während gegen den Uhrzeigersinn polarisiertes Licht im Gegenteil nur L-Aminosäuren zerstört.

Unser Planet dreht sich im Gegensatz zu Venus und Uranus in die gleiche Richtung wie die Sonne. In diesem Fall könnte im Uhrzeigersinn polarisiertes Sonnenlicht im Wasser die Konzentration von L-Aminosäuren ständig erhöhen und die Konzentration von Lipidmolekülen verringern.

Dabei könnten Zucker- und Nukleotidmoleküle sowie Lipide der D-Reihe ihre Konzentration nur unter dem Lipoproteinfilm mit einem großen Anteil an Aminosäuren, also unter der äußeren Membran des BS, erhöhen.

Es ist durchaus möglich, dass es BD in Form von Aminosäuren war, das dazu beitrug, Lipid-BS vor den schädlichen Auswirkungen polarisierten Lichts der Sonne zu schützen. Zu dieser Zeit wurde sogar die unspezifische und zufällige Erzeugung von Dipeptidproteinen von der BS begrüßt und trug anschließend zur Schaffung des Translationsapparats der Zelle bei.

Nun wird nicht nur die Auswahl der L-Aminosäuren durch verschiedene BS deutlich, sondern auch die Tatsache, dass Proteinstrukturen in großen Mengen auf der äußeren Oberfläche der Lipiddoppelschicht vorhanden sind. Der Anteil von Protein zu Lipiden in der Membran: Bakterien beträgt 55-65/10-20, Chloroplasten - 50-60/40-50, Zellkern - 48-52/38-47. Mitochondrien – 60–65/35–40, Erythrozyten – 60/40, Ischiasnerv – 20–40/60–80.

Lipide machen 10 – 20 % des Körpergewichts eines Menschen aus. Der Körper eines erwachsenen Menschen enthält 10–12 kg Lipide, davon sind 2–3 kg Strukturlipide. Der überwiegende Teil der Reservelipide (bis zu 98 %) ist im Fettgewebe konzentriert. Nervengewebe enthält bis zu 25 % Strukturlipide und biologische Membranen – 40 % (bezogen auf das Trockengewicht).

Das Verhältnis von Fetten (Lipiden) und Proteinen ist bei Lipoproteinen unterschiedlich.

Die Mindestmenge an Protein ist in Chylomikronen enthalten (0,96 g/cm3).

Cholesterin (Cholesterin, C27H46O) – Stabilisator der Plasmamembranflüssigkeit hat eine Dichte von 1,05 g/cm³. Cholesterin wird durch Chylomikronen, VLDL und LDL in periphere Gewebe transportiert. Zur Leber, von wo aus das Cholesterin dann aus dem Körper entfernt wird, erfolgt der Transport durch Apolyproteine ​​der HDL-Gruppe.

Beachten Sie auch, dass Lipide auch an DNA binden und die Bindung aller Fettsäuren an die kleine Furche der DNA stärker ist als an die große Furche.

Nun gilt es noch einer weiteren Eigenschaft des Wassers mehr Aufmerksamkeit zu schenken, die zur Auswahl der von BS verwendeten Stoffe beigetragen hat.

In diesem Zusammenhang erinnern wir daran, dass hohe Dichtegradienten (Pinokline) in einer Tiefe von 70–90 m das Aufsteigen von nährsalzreichen Tiefenwässern in die Photosynthesezone verhindern. Um die Dichte des Zytoplasmas photosynthetischer BS-Zellen zu erhöhen, war es daher notwendig, andere Substanzen als Salze, beispielsweise Zucker, zu verwenden.

Gleichzeitig könnte das Auftreten von Zuckern in der Lipidhülle zur Bildung von Nukleotidzuckern und zur Bildung zunächst von RNA und dann von DNA beitragen.

Da das Leben in einer aquatischen Umgebung entstanden ist, befindet sich auch viel Wasser im Zytoplasma und im Blut. Die Dichte der Hauptumgebung des Zellzytoplasmas – Hyaloplasma – variiert in engen Grenzen von 1,025 bis 1,055 g/ml und hängt wie die Dichte von Blut vom Gehalt an darin gebildeten Elementen, Lipidproteinen und verschiedenen Polysacchariden ab. Nebenbei stellen wir fest, dass die Dichte des Blutes beim Menschen 1,060-1,064 g/ml beträgt.

Der normale Glukosespiegel liegt bei Kindern unter 14 Jahren bei 3,33 – 5,55 mmol/l, bei Erwachsenen liegt der normale Blutzuckerspiegel bei 3,89 – 5,83 mmol/l. Ab dem 60. Lebensjahr steigt der Glukosespiegel normalerweise auf 6,38 mmol/l. Während der Schwangerschaft ist der Glukosewert normal – 3,3–6,6 mmol/l.

Die Änderung der Dichte von Saccharoselösungen in Wasser (g/ml) bei verschiedenen Konzentrationen dieser Substanz (%) ist wie folgt: 1,020 (5 %), 1,041 (10 %), 1,062 (15 %), 1,084 (20 %). ), 1,107 (25 %), 1.131 (30 %).

Unter Berücksichtigung der oben genannten Fakten kann davon ausgegangen werden, dass zunächst verschiedene Zucker aus der Umgebung durch primäre Lipidmembranen nur ausgewählt wurden, um die Dichte der intrazellulären Umgebung zu erhöhen und dadurch die Bewegung von Biountereinheiten sowohl der gesammelten Lipid- als auch der Nukleinsäuremembranen zu erleichtern unter ihrem Schutz. Somit sind verschiedene Zucker nicht nur Substrate für oxidative Reaktionen, sondern tragen durch ihre bloße Anwesenheit im Zytoplasma von Zellen auch zur besseren Funktion verschiedener katalytischer Strukturen bei.

Und ist es nicht diese Eigenschaft des Zuckers – ausnahmslos der Wachstumsfaktor aller BS –, die derzeit direkt mit Insulin, dem Haupthormon der Bauchspeicheldrüse, in Verbindung gebracht wird?

Insulin ist das primäre anabole (gewebestärkende) Stoffwechselhormon, das viele Aspekte der Glukoseregulierung, der Fettspeicherung im Körper und viele andere Funktionen steuert. Bei einem Mangel steigt der Glukosespiegel im Blut, die Zellen verhungern. Dies liegt daran, dass Insulin für den Transport von Glukose vom Blut zu den Zellen unerlässlich ist, die es als Brennstoff zum Überleben und zur Speicherung von Glukose in Fettzellen als Triglyceride für den zukünftigen Energieverbrauch nutzen müssen. Doch im Gegensatz zur anabolen Wirkung von Testosteron, das zum Aufbau von Muskeln und Knochen dient, ist Insulin ein anaboles Hormon, das Fett speichert.

Insulin ist eine sehr starke Quelle der Fettbildung (Lipogenese) und ein sehr starker Inhibitor des Fettabbaus (Lipolyse). Insulin hat die Wirkung, das Fett-zu-Muskel-Verhältnis zu erhöhen. Je mehr Insulin stimuliert wird, desto weniger Muskelzellen stehen zur Fettverbrennung zur Verfügung. Überschüssiges Insulin ist ein unvermeidlicher Preis, wenn Sie Probleme mit Übergewicht haben.

Reine Glukose kann beispielsweise direkt vom Gehirn und den Muskeln aufgenommen werden. Das Gehirn und andere Organe reagieren auf den Glukosespiegel mit der Produktion von „Sättigungshormonen“. Die Arbeit der Bauchspeicheldrüse, die Insulin produziert, ist ein Hormon, das für die Aufnahme von Glukose durch das Gewebe und eine Verringerung seiner Konzentration im Blut verantwortlich ist.

Nun wird der Satz „Zucker ist weißer Tod“ in vielerlei Hinsicht deutlich.

Eine hohe Zuckerkonzentration im intrazellulären Raum führt notwendigerweise zu einer signifikanten Erhöhung der Dichte des Zytoplasmas, was wiederum die Bewegung von Untereinheiten der katalysierenden BS erschwert.

Gleichzeitig führt die Unterbrechung der Arbeit von Enzymen unweigerlich zum Koma und oft zum Tod, also zum Ausfall lebenswichtiger Funktionen des Körpers.

Warum ist Koma so gefährlich für den menschlichen Körper? Koma (aus dem Griechischen κῶμα – Tiefschlaf) ist ein lebensbedrohlicher Zustand, der durch Bewusstlosigkeit, starke Schwächung oder mangelnde Reaktion auf äußere Reize, Aussterben der Reflexe bis zum vollständigen Verschwinden, beeinträchtigte Atemtiefe und -frequenz sowie Veränderungen in der Atmung gekennzeichnet ist Gefäßtonus, erhöhter oder verlangsamter Puls, Verletzung der Temperaturregulierung.

Die gegebenen Merkmale dieses gefährlichsten Zustands des Körpers weisen deutlich auf Störungen in der Arbeit zahlreicher katalysierender und übertragender BS hin, die ihren evolutionären Weg mit der Begegnung zweier identischer Untereinheiten und BD begannen, die in der von den Bestandteilen geschaffenen BD endeten diese Untereinheiten.

Schlussfolgerungen.

Es ist die Brownsche Bewegung organischer Moleküle in einer wässrigen Umgebung, die nicht nur der Grund für die Selbstorganisation von BS, sondern auch für deren Selbstheilung ist.

Die Selbstorganisation wird von Molekülen mit annähernd gleichen geometrischen Abmessungen und Dichten durchgeführt, und dieser Prozess erfolgt mit maximaler Effizienz in der Zone ihres Nullauftriebs unter Verwendung der Brownschen Bewegung. In dieser Dichtezone verbrauchen die BS-Untereinheiten und ihre BD ihre gesamte Energie nur für ihre verschiedenen Bewegungen in der horizontalen Ebene und für die Interaktion untereinander.

Da sich Moleküle mit ähnlicher Dichte mithilfe der Brownschen Bewegung leichter selbst zusammensetzen, könnte ein Teil der BS nach einer gewissen Zeit nicht mehr aus absolut identischen Untereinheiten zusammengesetzt sein, sondern beispielsweise aus einer Mischung aus Adenin und Cytosin. Die spontane Mutation von Cytosin zu Uracil und letzteres durch Methylierung zu Thymin führte wiederum zu einer noch größeren Vielfalt dieser BS und der Einbeziehung von mehr Aminosäuren und chemischen Bioelementen in ihre Zusammensetzung.

Aufgrund der Tatsache, dass die beiden Nukleinsäurebasen des Codons eine Verengung des Reaktionskanals BS (die sogenannte Biobay oder BB) bilden, in der sowohl ihre eigene Aminosäure als auch solche, die ihr in Größe, Dichte und Synthese sehr nahe stehen, untergebracht werden können lange erhalten bleibt, wird klar, warum im genetischen Code Codons mit einem gemeinsamen ersten Nukleotid für Aminosäuren mit ähnlichen Biosynthesewegen kodieren und Codons mit einem gemeinsamen zweiten Nukleotid für Aminosäuren mit ähnlicher Hydrophilie oder Hydrophobie.

Die Bildung aller Arten von Biostrukturen (BS) wird durch das Vorhandensein zweier Gruppen unterschiedlicher Qualität in der Zusammensetzung ihrer Untereinheiten und Bioadditive (BD) erleichtert – hydrophob, wodurch der Kontakt mit Wassermolekülen vermieden wird, und hydrophil, d. h. ihre Amphipathie.

Die Verwendung chemischer Elemente als BD führte dazu, dass lange vor der Entstehung zellulärer Strukturen, bereits seit der Entstehung von BS mit zwei Untereinheiten, biogeochemische Prozesse durchgeführt werden konnten – die Phänomene der Konzentration und Dispersion chemischer Elemente mit die Beteiligung von Vertretern der belebten Natur.

Folglich begann mit dem Aufkommen der ersten BS eine Veränderung der äußeren Umgebung. Biogeochemische Prozesse spielten eine wichtige Rolle bei der Bildung einiger Lagerstätten wie Kupfersandsteine, uranhaltige Sandsteine ​​usw. Die Rolle biogeochemischer geochemischer Prozesse bei der Bildung sekundärer Halos der Lagerstättendispersion und der Bildung geochemischer Anomalien ist groß.

Im Laufe der Erdgeschichte schufen biogeochemische Prozesse die moderne Sauerstoffatmosphäre der Erde (Pflanzenphotosynthese), befreiten die Atmosphäre nahezu von CO2, veränderten die Zusammensetzung von Oberflächen- und Grundwasser und führten insbesondere zur Bildung von Schwefelwasserstoff in Schluffen und Grundwasser und die Ausfällung von Metallsulfiden. Biogeochemische Methoden zur Suche nach Erzlagerstätten basieren auf der Bestimmung der Elementzusammensetzung von Pflanzen.

Allerdings spielt auch die äußere Umgebung eine große Rolle bei der Veränderung der BS. In diesem Zusammenhang erinnern wir uns daran, dass jedes Nukleotid eine Substanz ist, die aus einer stickstoffhaltigen Base, Zucker und einem Phosphorsäurerest besteht.

Und gerade die hohen Dichtegradienten (Pinokline) in einer Tiefe von 70–90 m, die das Aufsteigen von nährsalzreichen Tiefenwässern in die Photosynthesezone verhinderten, trugen zur Anreicherung von Zuckern in Liposomenvolumina bei und trugen somit zur Anreicherung von Zuckern in Liposomenvolumina bei Dies führt zur unvermeidlichen Aufteilung lebender Naturobjekte in zwei große Gruppen: foto- und nicht-fotosynthetische Organismen, d.h. in Heterotrophe (die für ihr Leben fertige organische Substanzen nutzen) und Autotrophe (phototrophe Bakterien, Algen und Grünpflanzen sowie Chemoautotrophe).

Chemoautotrophe (Bakterien, die Oxidationsreaktionen anorganischer Substanzen zur Energieerzeugung nutzen) erzeugen im Vergleich zur Photosynthese wenig Biomasse, spielen aber die Hauptrolle bei der Schließung der biogeochemischen Kreisläufe von Stickstoff, Schwefel, Eisen und anderen Elementen in der Biosphäre. Dadurch erhöhen einige von ihnen, wie zum Beispiel nitrifizierende Bakterien, die Bodenfruchtbarkeit.

Die Beteiligung verschiedener Zucker als zusätzliche Substanzen, die zur Erhöhung der Dichte der intrazellulären Umgebung beitragen, hat zu einer effizienteren Bewegung von BS-Untereinheiten und der Bildung verschiedener Arten von Glykolipiden und Glykopeptiden geführt.

Beachten wir auch, dass ein Teil der Reaktionen des Lipidabbaus, der Kohlenstoffgerüste für die Synthese von Saccharose und anderen Kohlenhydraten bereitstellt, im Zytoplasma und in Mitochondrien abläuft, der andere Teil in kugelförmigen, von Membranen umgebenen Körpern (Glyoxysomen), die Enzyme enthalten der Glyoxylatzyklus – eine Abfolge von Reaktionen, die mit dem Abbau von Fetten verbunden sind.

Die erhöhte Konzentration verschiedener Zucker (Kohlenhydrate) in der intrazellulären Umgebung trug zusammen mit Aminosäuren wiederum zum Auftreten der ersten Nukleotide bei, aus denen die RNA besteht, sowie zur Verwendung ihres leichtesten Nukleotids – Thymin (1,23 g/ cm3) in Nukleinsäuren, was letztendlich zur Verwendung von DNA durch verschiedene BS führte.

Da Mutationsprozesse sowohl in RNA- als auch in DNA-BS beobachtet werden, kann es als erwiesen angesehen werden, dass das Auftreten von Thymin in BS zunächst zu einem starken Anstieg des Arials zuckerhaltiger BS beitrug, was anschließend zur Entstehung von führte Prokaryoten – Archaeen und Bakterien und Eukaryoten.

Wenn man bedenkt, dass die Dichte von ATP noch geringer ist als die von Thymin und nur 1,04 g/cm3 beträgt, kann man davon ausgehen, dass sie zunächst die Reaktionen von Lipid-BS begleitete, zunächst in der RNA-Welt und dann in der DNA-Welt, seit der Zelle Membranen dienen als Gerüst für die Synthese ihrer eigenen Komponenten. So wird etwa die Hälfte aller Zellmembranen von den labyrinthartigen Hohlräumen des Endoplasmatischen Retikulums (ER) begrenzt, in denen das ER Lipide für den Rest der Zelle synthetisiert.

Beachten Sie, dass viele wichtige biochemische Prozesse innerhalb von Membranen oder auf deren Oberflächen ablaufen. Beispielsweise erfordern oxidative Phosphorylierung und Photosynthese eine semipermeable Membran, um den Protonentransport an die ATP-Synthese zu koppeln.

Es ist auch bekannt, dass sich auf der dem Zytosol zugewandten Seite des ER viele andere Organellen befinden – Ribosomen, die an der Synthese integraler Membranproteine ​​​​und löslicher Proteine ​​beteiligt sind, die zur Sekretion oder für andere Organellen bestimmt sind.

In diesem Fall kann argumentiert werden, dass alle Zellkompartimente nicht nur eine charakteristische Funktion, sondern auch einen ziemlich streng definierten Wert der Dichte ihrer Umgebung haben müssen. Somit enthält der Zellkern nicht nur den Hauptteil des Zellgenoms, sondern sorgt auch für die Synthese von RNA und DNA. Beachten Sie nebenbei, dass bei einigen Bakterien die DNA an einer Einstülpung der Plasmamembran, einem sogenannten Mesosom, befestigt ist.

Mitochondrien und Chloroplasten versorgen die Zelle mit Energie für ATP, das in Biosynthesereaktionen verwendet wird, die freie Energie erfordern.

Darüber hinaus wird diese Annahme unfreiwillig durch die Werte der durchschnittlichen DNA-Dichte verschiedener BSs derselben Zelle bestätigt. Somit unterscheiden sich die Dichten der Kern-, Mitochondrien- und Chloroplasten-DNA nicht nur in einer Zelle. Sie sind für verschiedene BS unterschiedlich, einschließlich viraler Partikel.

Es ist durchaus möglich, dass der Einbau eines erheblichen Teils der Proteine, die ein bestimmtes Zellorganell benötigt, auch mit den Werten ihrer Dichte zusammenhängt. Schließlich ist bekannt, dass die Synthese fast aller zellulären Proteine ​​in DNA-BS im Zytosol beginnt – dem gemeinsamen Raum, der alle Organellen umgibt. Jedes neu synthetisierte Protein wird dann gezielt an das Zellkompartiment oder die Organelle abgegeben, die es benötigt.

Die zukünftige Verwendung von Aminosäuren als BS trug nicht nur zur Bildung von Lipoprotein-BS bei, deren Bildung wiederum den Aufbau von Nukleotid-BS erleichterte, sondern führte auch zur Diversität von Lipiden, da ihre Synthese in direktem Zusammenhang steht zum Stoffwechsel von fünf Aminosäuren: Phe, Tyr, Leu, Lys und Trp.

Die hohe Empfindlichkeit von Aminosäuren gegenüber Veränderungen in der äußeren und inneren Umgebung wurde erst begrüßt, als sie als BD-BS ausgewählt wurden, was anschließend zur Entstehung verschiedener enzymatischer BS führte.

Eine wichtige Tatsache bei der Auswahl von Aminosäuren als Nahrungsergänzungsmittel ist ihre folgende Eigenschaft: Bei einem Mangel an Fetten oder Kohlenhydraten können Aminosäuren oxidieren und Energie freisetzen. Dies ist auch eine äußerst wichtige Eigenschaft von Aminosäuren für die RNA-Welt, da ATP für viele biochemische Prozesse eine universelle Energiequelle ist, die direkt und nicht als Energiespeicher genutzt wird.

Moderne Analysemethoden haben zwei Drittel der chemischen Elemente im Meerwasser gefunden. Verschiedene BS haben sie als ihre BD ausgewählt und sie dadurch in Bioelemente umgewandelt. Viele von ihnen binden an doppelsträngige Nukleinsäuren, die in diesem Fall als BS mit zwei Untereinheiten mit BD in Form von Bioelementen fungieren.

Der oben beschriebene Nutzen aus der Anwesenheit von BD in BS, bestehend aus zwei identischen Untereinheiten und einem BD, führte im Laufe der Evolution unfreiwillig nicht nur zu ihrer maximalen Kompatibilität. DB trug häufig persönlich zur Schaffung zusätzlicher BBs in neuen BSs mit drei Untereinheiten bei.

Um die richtige Geometrie des DNA-Doppelhelix-Rückgrats zu erzeugen, ist es sehr wichtig, dass sich die größeren Purine immer mit den kleineren Pyrimidinen paaren. Da jedoch jedes Nukleotid seine eigene Dichte hat, haben sowohl GC- als auch AT-Paare von Nukleotid-BS unterschiedliche Dichten.

Da jedes dieser Paare untereinander eine unterschiedliche Anzahl von Wasserstoffbrückenbindungen bildet, ist es möglich, das Verhältnis der Unterschiede in den Werten ihrer Dichten und Bindungsmengen zu bestimmen. Somit beträgt der Unterschied in den Dichten eines durch zwei Wasserstoffbrückenbindungen verbundenen AT-Paares 0,37 g/cm3 und bei einem durch drei Wasserstoffbrückenbindungen verbundenen G-C-Paar 0,65 g/cm3. In diesem Fall behält eine Wasserstoffbindung des AT-Paares eine Differenz von 0,185 g/cm3 bei, und eine Wasserstoffbindung des G-C-Paares behält eine Differenz von 0,223 g/cm3 bei. Daher ist die Bindung zwischen G- und C-Nukleotiden stärker als zwischen A- und T-Nukleotiden.

Diese Eigenschaft von Bindungen spiegelte sich in der Schmelztemperatur der DNA wider. Je mehr GC-Paare in der DNA vorhanden sind, desto höher ist ihre Schmelztemperatur (d. h. die Divergenz der Ketten dieser Doppelnukleotidhelix).

In diesem Zusammenhang wird auch deutlich, dass das Verhältnis der Stickstoffbasenpaare A+T/G+C ein wichtiger Indikator für die DNA-Spezifität in verschiedenen Organismen ist. Gleichzeitig bleibt die Nukleotidzusammensetzung der DNA desselben Genotyps unter wechselnden Umweltbedingungen konstant, was der wichtigste Faktor für die Erhaltung der erblichen Eigenschaften des Organismus ist.

Somit belegen alle in der Arbeit präsentierten Fakten überzeugend die extreme Bedeutung der Dichte- und Auftriebsdichtewerte bei der Entstehung von BS.

Folglich ist diese Eigenschaft der BS-Komponenten für die Welt der belebten Natur ebenso grundlegend wie der Wert des Atomgewichts für Objekte der unbelebten Natur. Dies ist die ganze Essenz des wichtigsten biologischen Gesetzes.

Beachten wir auch, dass Wassermoleküle, die durch ihre kontinuierliche Bewegung BS erzeugen, ständig in ihre Integrität eingreifen können, indem sie sowohl ihre Untereinheiten als auch BD mitnehmen, das sie aus der aquatischen Umgebung ausgewählt haben.

In diesem Zusammenhang ist es logisch anzunehmen, dass BS, die Untereinheiten enthalten, und BD, die klein sind und die gleiche Dichte haben, ihre Funktionen nur bei einer bestimmten Anzahl von ihnen effektiv entfalten können. Und dieser Umstand wird sich sicherlich in den Nukleinsäuren der BS durch die Wiederholung ihrer Gene manifestieren, was wiederum aufgrund ihrer Mutationen zu einer Diversität der BS führen wird.

Lassen Sie uns diese Annahme mit den folgenden Fakten bestätigen.

In Chloroplasten werden Chlorophyll und andere in Thylakoiden eingebettete Pigmente zu funktionellen Einheiten (jeweils 250–400 Moleküle) zusammengesetzt, die als Photosysteme bezeichnet werden.

Die Größe des Teils des Genoms, der von repetitiven Sequenzen eingenommen wird, variiert stark zwischen den Taxa. In Hefen beträgt sie 20 %, bei Säugetieren sind bis zu 60 % der gesamten DNA wiederholt. In Pflanzen kann der Anteil wiederholter Sequenzen 80 % überschreiten.

Die Analyse der oben genannten Fakten lässt uns behaupten, dass Wasser nicht nur die Wiege der ersten BS, sondern auch ihr Schöpfer und der Hauptfaktor in der Entwicklung der lebenden Natur ist. Aber gerade die amphipathische Natur der Bestandteile des BS, die zur Entstehung des ersten BS mit zwei identischen Untereinheiten führte, wurde zur Grundlage für die Entstehung der gesamten Vielfalt der Vertreter der belebten Natur.

Literaturverzeichnis:

1. Aminoacyl-tRNA-Synthetasen. URL: http://www.xumuk.ru/encyclopedia/210.html (Zugriffsdatum 24.01.2015).
2. Proteine. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Squirrels (abgerufen am 24. Januar 2015).
3. Biochemie: Lehrbuch. für Universitäten / Ed. E.S. Severina. M.: GOETAR, 2003. 779 S.
4. Brownsche Bewegung. Physische Enzyklopädie. M.: Sowjetische Enzyklopädie, 1988. T. 1. S. 229-230.
5. Hydrophilie. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Hydrophilicity (abgerufen am 24. Januar 2015).
6. Hormone, die den Zuckerspiegel regulieren und wie sie das Gewicht erhöhen. URL: http://www.eurolab.ua/woman/566/1215/11511/ (Zugriffsdatum 24.01.2015).
7. Meerwasser. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Sea_water (Zugriffsdatum 24.01.2015).
8. Grundlegende physikalische und chemische Eigenschaften der Gewässer des Weltozeans. URL: http://www.grandars.ru/shkola/geografiya/voda-mirovogo-okeana.html (Zugriffsdatum 24.01.2015).
9. Perelman V.I. Ein kurzes Nachschlagewerk für einen Chemiker, 7. Auflage. Moskau, 1964. - 620 S.
10. Geschichtet. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Plastom (Zugriffsdatum 24.01.2015).
11. Wiederholte Sequenzen und Satelliten-DNA. URL: http://www.ngpedia.ru/id294894p1.html (Zugriffsdatum 24.01.2015).
12. Prolin. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Proline (abgerufen am 24. Januar 2015).
13. Prolin. URL: http://eniw.ru/prolin.htm (Zugriffsdatum 24.01.2015).
14. Ratner V.A. Genetischer Code als System //Sorovsky Educational Journal. – 2000. T.3, Nr. 3. S. 17-22.
15. Eigenschaften der Gewässer des Indischen Ozeans http://geo.5materik.ru/stati/vody-indijskogo-okeana
16. Chlorophylle. URL: http://medbiol.ru/medbiol/botanica/001f30f5.html (Zugriffsdatum 24.01.2015).
17. Zytoplasma. URL: http://ru-ecology.info/post/103685802460004/ (abgerufen am 24. Januar 2015).
18. Shishlova A. Das Licht entfernter Sterne und das Leben auf der Erde. URL: http://www.nkj.ru/archive/articles/7509/ (Zugriffsdatum 01.02.2015).
19. Evolution von Genen und Zellgenomen. URL: www.irbis.vegu.ru/repos/470/HTML/0085.Html (Zugriffsdatum 24.01.2015).
20. Enolase. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Enolase (abgerufen am 26. Januar 2015).
21. Wang Y., Zhang L., Yao J. et al. Akkumulation und Kupferresistenz zweier Biotypen // Bull. Umgebung. Kontam. Toxicol. – 2009. – Bd.82 (4). – S. 454–459.

Wasser ist der Hauptbestandteil allen Lebens auf der Erde. Es ist sowohl der Lebensraum der Organismen als auch das Hauptelement ihrer Struktur und damit die Quelle des Lebens. Es wird in allen Bereichen der Industrie eingesetzt. Daher ist ein Leben ohne Wasser kaum vorstellbar.

Was ist im Wasser enthalten?

Jeder weiß, dass Wasser aus Wasserstoff und Sauerstoff besteht. Das ist tatsächlich so. Doch neben diesen beiden Elementen enthält Wasser auch eine riesige Liste chemischer Bestandteile.

Woraus besteht Wasser?

Es neigt dazu, sich zu verändern und durchläuft einen Wasserkreislauf: Verdunstung, Kondensation und Niederschlag. Bei diesen Phänomenen kommt Wasser mit vielen organischen Verbindungen, Metallen und Gasen in Kontakt, wodurch die Flüssigkeit mit verschiedenen Elementen ergänzt wird.

Die Elemente, aus denen Wasser besteht, werden in 6 Kategorien unterteilt:

1. Ionen. Dazu gehören: Kationen Na, K, Mg, Ca, Anionen: Cl, HCO 3 und SO 4. Diese Komponenten kommen im Wasser im Vergleich zu anderen in den größten Mengen vor. Sie gelangen aus Bodenschichten, natürlichen Mineralien, Gesteinen und auch als Zersetzungselemente von Industrieprodukten in die Flüssigkeit.
2. Gelöste Gase: Sauerstoff, Stickstoff, Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid und andere. Die Menge jedes Gases im Wasser hängt direkt von seiner Temperatur ab.
3. Biogene Elemente. Die wichtigsten sind Phosphor und Stickstoff, die aus Niederschlägen, Abwässern und landwirtschaftlichem Wasser in die Flüssigkeit gelangen.
4. Mikroelemente. Es gibt etwa 30 Arten. Ihre Indikatoren für die Zusammensetzung des Wassers sind sehr gering und reichen von 0,1 bis Mikrogramm pro 1 Liter. Dazu gehören: Brom, Selen, Kupfer, Zink usw.
5. In Wasser gelöste organische Stoffe und stickstoffhaltige Stoffe. Dies sind Alkohole, Kohlenhydrate, Aldehyde, Phenole, Peptide usw.
6. Giftstoffe. Dabei handelt es sich vor allem um Schwermetalle und Erdölprodukte.

Wassermolekül

Aus welchen Molekülen besteht Wasser?

Die Formel von Wasser ist trivial – H 2 O. Und sie zeigt, dass das Wassermolekül aus Wasserstoff- und Sauerstoffatomen besteht. Zwischen ihnen wurde eine stabile Verbindung hergestellt.

Wie sieht ein Wassermolekül im Weltraum aus? Um die Form eines Moleküls zu bestimmen, werden die Mittelpunkte der Atome mit geraden Linien verbunden, sodass eine dreidimensionale Figur entsteht – ein Tetraeder. Dies ist die Struktur von Wasser.

Die Form eines Wassermoleküls kann sich je nach Aggregatzustand ändern. Der Winkel zwischen den Sauerstoff- und Wasserstoffatomen beträgt 104,27° für den gasförmigen Zustand, 109,5° für den festen Zustand und 105,03° für den flüssigen Zustand.

Die Moleküle, aus denen Wasser besteht, nehmen ein bestimmtes Volumen im Weltraum ein, während ihre Hüllen mit einer Elektronenwolke in Form eines Schleiers bedeckt sind. Das Erscheinen eines Wassermoleküls in einer Ebene wird mit einem X-förmigen Chromosom verglichen, das der Übertragung genetischer Informationen dient und so neues Leben entstehen lässt. Aus dieser Form wird eine Analogie zwischen dem Chromosom und Wasser als Lebensquelle gezogen.

Im Raum sieht ein Molekül aus wie ein dreidimensionales Dreieck, ein Tetraeder. Diese Form ist sehr stabil und verändert sich nur durch den Einfluss äußerer physikalischer Faktoren auf das Wasser.

Woraus besteht Wasser? Von den Atomen, die dem Einfluss der Van-der-Waals-Kräfte unterliegen, kommt es zur Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen. Dabei bilden sich zufällige Assoziate und Cluster zwischen Sauerstoff und Wasserstoff benachbarter Moleküle. Die ersten sind ungeordnete Strukturen, die zweiten sind geordnete Assoziierte.

Im normalen Wasserzustand beträgt die Anzahl der Assoziationen 60 %, die der Cluster 40 %.

Zwischen benachbarten Wassermolekülen ist die Bildung von Wasserstoffbrücken möglich, die zur Bildung verschiedener Strukturen – Cluster – beitragen.

Cluster können über Wasserstoffbrückenbindungen miteinander interagieren, was zur Entstehung von Strukturen einer neuen Ordnung führt – Hexaedern.

Elektronische Struktur eines Wassermoleküls

Wasser besteht aus Atomen und jedes Atom hat eine andere elektronische Struktur. Die grafische Formel für elektronische Wasserwaagen sieht also so aus: 8 O 1s 2 2s 2 2p 4, 1 H 1s 1.

Bei der Bildung eines Wassermoleküls kommt es zu einer Überlappung von Elektronenwolken: Zwei ungepaarte Sauerstoffelektronen überlappen sich mit einem ungepaarten Wasserstoffelektron. Durch die Überlappung entsteht zwischen den Atomen ein Winkel von 104 Grad.

Physikalischer Zustand von Wasser

Wie bereits erwähnt, sind Wassermoleküle Dipole, und dieser Umstand wirkt sich auf ungewöhnliche Eigenschaften aus. Eine dieser Eigenschaften besteht darin, dass Wasser in der Natur in drei Aggregatzuständen vorliegen kann: flüssig, fest und dampfförmig.

Der Übergang von einem Zustand in einen anderen ist auf folgende Prozesse zurückzuführen:

1. Kochen – von der Flüssigkeit zum Dampf.
2. Kondensation ist der Übergang ihres Dampfes in Flüssigkeit (Niederschlag).
3. Bei der Kristallisation verwandelt sich eine Flüssigkeit in Eis.
4. Schmelzen ist der Prozess, bei dem Eis schmilzt und Flüssigkeit entsteht.
5. Unter Sublimation versteht man die Umwandlung von Eis in einen Dampfzustand.
6. Desublimation ist die umgekehrte Reaktion der Sublimation, also die Umwandlung von Dampf in Eis.

Die Struktur seines Molekülgitters hängt auch vom Zustand des Wassers ab.

Abschluss

Wir können also sagen, dass Wasser eine einfache Struktur hat, die sich je nach Zustand ändern kann. Und uns wurde klar, aus welchen Molekülen Wasser besteht.