A víz biofizikája O H H. Water. A vízmolekula szerkezete I.

Hasonló dokumentumok
Orvosi Biofizika. Tematika. Biomolekuláris rendszerek mérettartománya. A tudományos igazság alapja Termodinamika. Komplexitás. Kellermayer Miklós

VÍZ. Egy különleges folyadék biofizikája. Talián Csaba Gábor Biofizika előadások, PTE ÁOK október 27.

A víz biofizikája. Víz. A vízmolekula szerkezete. Újsághír. Egy (1) tudta mindössze, hogy a vízről van szó...

Víz. A víz biofizikája. A vízmolekula szerkezete. A vízmolekula dinamikája. Forgó-rezgő mozgás

Biomolekulák nanomechanikája A biomolekuláris rugalmasság alapjai

DNS, RNS, Fehérjék. makromolekulák biofizikája. Biológiai makromolekulák. A makromolekulák TÖMEG szerinti mennyisége a sejtben NAGY

Biopolimer 12/7/09. Makromolekulák szerkezete. Fehérje szerkezet, és tekeredés. DNS. Polimerek. Kardos Roland DNS elsődleges szerkezete

Makromolekulák. Fehérjetekeredé. rjetekeredés. Biopolimer. Polimerek

Az élő sejt fizikai Biológiája Kellermayer Miklós

Fehérjeszerkezet, és tekeredés

Tartalom. A citoszkeleton meghatározása. Citoszkeleton. Mozgás a biológiában A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER 12/9/2016

A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER (Nyitrai Miklós, )

Víz. Az élő anyag szerkezeti egységei. A vízmolekula szerkezete. Olyan mindennapi, hogy fel sem tűnik, milyen különleges

Az anyagi rendszer fogalma, csoportosítása

Citoszkeleton. Sejtek rugalmassága. Polimer mechanika: Hooke-rugalmasság. A citoszkeleton filamentumai. Fogászati anyagtan fizikai alapjai 12.

Az élő sejt fizikai Biológiája:

Hemoglobin - myoglobin. Konzultációs e-tananyag Szikla Károly

3. A kémiai kötés. Kémiai kölcsönhatás

Osztályozó vizsgatételek. Kémia - 9. évfolyam - I. félév

Makromolekulák. Biológiai makromolekulák. Peptidek és fehérjék. Biológiai polimerek. Nukleinsavak (DNS vagy RNS) Poliszacharidok. Peptidek és fehérjék

Atomszerkezet. Atommag protonok, neutronok + elektronok. atompályák, alhéjak, héjak, atomtörzs ---- vegyérték elektronok

AZ ANYAGI HALMAZOK ÉS A MÁSODLAGOS KÖTÉSEK. Rausch Péter kémia-környezettan

A kovalens kötés elmélete. Kovalens kötésű molekulák geometriája. Molekula geometria. Vegyértékelektronpár taszítási elmélet (VSEPR)

A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER FUTÓ KINGA

Energiaminimum- elve

Fehérjeszerkezet, és tekeredés. Futó Kinga

BIOGÉN ELEMEK Azok a kémiai elemek, amelyek az élőlények számára létfontosságúak

Szalai István. ELTE Kémiai Intézet 1/74

AZ ÉLET KÉMIÁJA... ÉLŐ ANYAG SZERVEZETI ALAPEGYSÉGE

Határfelületi jelenségek. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 3. Általános anyagszerkezeti ismeretek. N m J 2

Az atom- olvasni. 1. ábra Az atom felépítése 1. Az atomot felépítő elemi részecskék. Proton, Jele: (p+) Neutron, Jele: (n o )

11/15/10! A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER! Polimerizáció! Polimerizációs egyensúly! Erő iránya szerint:! 1. valódi egyensúly (aktin)" Polimer mechanika!

Az élethez szükséges elemek

A nukleinsavak polimer vegyületek. Mint polimerek, monomerekből épülnek fel, melyeket nukleotidoknak nevezünk.

Atomszerkezet. Atommag protonok, neutronok + elektronok. atompályák, alhéjak, héjak, atomtörzs ---- vegyérték elektronok

Vegyületek - vegyületmolekulák

Kolloid állapotjelzők. Molekuláris kölcsönhatások. Határfelületi jelenségek: fluid határfelületek

Speciális fluoreszcencia spektroszkópiai módszerek

Határfelületi jelenségek. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 3. Általános anyagszerkezeti ismeretek E A J 2. N m

A kovalens kötés polaritása

Minta feladatsor. Az ion neve. Az ion képlete O 4. Szulfátion O 3. Alumíniumion S 2 CHH 3 COO. Króm(III)ion

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

2. A hőátadás formái és törvényei 2. A hőátadás formái Tapasztalat: tűz, füst, meleg edény füle, napozás Hőáramlás (konvekció) olyan folyamat,

Számítógépek és modellezés a kémiai kutatásokban

Altalános Kémia BMEVESAA101 tavasz 2008

Fizikai biológia. Modellépítés kiinduló szempontjai. Mitől élő az élő? Az élő sejt fizikai Biológiája

A kémiai kötés. Kémiai kölcsönhatás

Miért egyedi molekulák? Miért egyedi molekulák? Biomolekulák és sejtek mechanikai tulajdonságai. Élő sejtben: molekulagépezetek sokasága

Miért egyedi molekulák?

Folyadékok és szilárd anyagok

Folyadékok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok.

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2.

Kolloid állapotjelzık. Molekuláris kölcsönhatások. Határfelületi jelenségek: fluid határfelületek

1. feladat Összesen: 18 pont. 2. feladat Összesen: 9 pont

A citoszkeletális rendszer

Folyadékok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok

7. évfolyam kémia osztályozó- és pótvizsga követelményei Témakörök: 1. Anyagok tulajdonságai és változásai (fizikai és kémiai változás) 2.


A diffúzió csak rövid méretsálán gyors. Az élő sejt fizikai Biológiája: Diffúzió, polimerizáció, reptáció

A biológiai mozgás molekuláris mechanizmusai

A szilárd testek alakja és térfogata észrevehetően csak nagy erő hatására változik meg. A testekben a részecskék egymáshoz közel vannak, kristályos

Fluoreszcencia módszerek (Kioltás, Anizotrópia, FRET) Modern Biofizikai Kutatási Módszerek

Biomolekulák mint polimerek. Milyen alakúak a biopolimerek? 4/22/2015. Biopolimerek osztályozása hajlékonyságuk alapján

BIOGÉN ELEMEK MÁSODLAGOS BIOGÉN ELEMEK (> 0,005 %)

Orvosi Biofizika II. A Biomechanika története. Mechanikai alapok. Biomechanika: Biomolekuláris és szöveti rugalmasság

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Célkitűzés/témák Fehérje-ligandum kölcsönhatások és a kötődés termodinamikai jellemzése

Minta feladatsor. Az ion képlete. Az ion neve O 4. Foszfátion. Szulfátion CO 3. Karbonátion. Hidrogénkarbonátion O 3. Alumíniumion. Al 3+ + Szulfidion

Kolloidkémia 1. előadás Első- és másodrendű kémiai kötések és szerepük a kolloid rendszerek kialakulásában. Szőri Milán: Kolloidkémia

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Molekulák, folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok

Kémiai kötések. Kémiai kötések kj / mol 0,8 40 kj / mol

Laboratóriumi technikus laboratóriumi technikus Drog és toxikológiai

Az átlagok jelentése és haszna

Atomok. szilárd. elsődleges kölcsönhatás. kovalens ionos fémes. gázok, folyadékok, szilárd anyagok. ionos fémek vegyületek ötvözetek

NUKLEINSAVAK. Nukleinsav: az élő szervezetek sejtmagvában és a citoplazmában található, az átöröklésben szerepet játszó, nagy molekulájú anyag

Folyadékok. Molekulák: Gázok Folyadékok Szilárd anyagok. másodrendű kölcsönhatás növekszik. cseppfolyósíthatók hűtéssel és/vagy nyomással

Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítı elıadás I.

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

SZÉNHIDRÁTOK. Biológiai szempontból legjelentősebb a hat szénatomos szőlőcukor (glükóz) és gyümölcscukor(fruktóz),

Sillabusz orvosi kémia szemináriumokhoz 1. Kémiai kötések

12/4/2014. Genetika 7-8 ea. DNS szerkezete, replikáció és a rekombináció Hershey & Chase 1953!!!

Fluoreszcencia módszerek (Kioltás, Anizotrópia, FRET)

Folyadékok. Molekulák: Gázok Folyadékok Szilárd anyagok. másodrendű kölcsönhatás növekszik. cseppfolyósíthatók hűtéssel és/vagy nyomással

Reális kristályok, rácshibák. Anyagtudomány gyakorlat 2006/2007 I.félév Gépész BSC

Lumineszcencia spektrometria összefoglaló

Nukleinsavak építőkövei

Jegyzet. Kémia, BMEVEAAAMM1 Műszaki menedzser hallgatók számára Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár Dr Madarász János, egyetemi docens.

5. elıadás KRISTÁLYKÉMIAI ALAPOK

Kémia I. 6. rész. Halmazállapotok, halmazállapot változások

T I T - M T T. Hevesy György Kémiaverseny. A megyei forduló feladatlapja. 7. osztály. A versenyző jeligéje:... Megye:...

41. ábra A NaCl rács elemi cellája

Folyadékok és gázok mechanikája

Kolloidkémia 5. előadás Határfelületi jelenségek II. Folyadék-folyadék, szilárd-folyadék határfelületek. Szőri Milán: Kolloidkémia

Jedlovszky Pál Eszterházy Károly Egyetem, Kémiai és Élelmiszerkémiai Tanszék Tanszék, 3300 Eger, Leányka utca 6

100 o C víz forrása 212 o F 0 o C víz olvadása 32 o F T F = 9/5 T C Példák: 37 o C (láz) = 98,6 o F 40 o C = 40 o F 20 o C = 68 o F

ПРОГРАМА ВСТУПНОГО ВИПРОБУВАННЯ З ХІМІЇ Для вступників на ІІ курс навчання за освітньо-кваліфікаційним рівнем «бакалавр»

TÖBBKOMPONENS RENDSZEREK FÁZISEGYENSÚLYAI IV.

Szerkesztette: Vizkievicz András

Folyadékok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok.

Molekulák alakja és polaritása, a molekulák között működő legerősebb kölcsönhatás

Átírás:

Újsághír Az Eagle Rock középiskola diákja nyerte el az első díjat az április 26-án megrendezett Idaho Falls középiskolai Tudományos Konferencián. Dolgozatával azt akarta bemutatni, mennyire ráhangolódtak az emberek a tudománnyal való handabandázásra és a környezet lerombolásától való félelemre. Elkészített egy felhívást a "dihidrogén monoxid" vegyület betiltására, és ezt követően megvizsgálta, mennyire tudja meggyőzni az embereket, hogy aláírásukkal támogassák. A betiltás támogatására a következő okokat hozta fel: 1. a vegyület erőteljes izzadást és hányást képes okozni 2. a savas esők egyik fő komponense 3. gáznemű halmazállapotban égési sérüléseket okozhat 4. nagy mennyiségű belélegzése fulladást okoz 5. hozzájárul a természet eróziójához 6. erősen csökkenti az autófékek hatékonyságát 7. kimutatták rákos daganatokban. A víz biofizikája A diák 50 embert kért fel a betiltást sürgető felhívás aláírására. Negyvenhárom (43) aláírta. Hat (6) azt mondta, még gondolkodik. Egy (1) tudta mindössze, hogy a vízről van szó... Water A vízmolekula szerkezete I. Inspiráció forrása (zene, festészet). Thales (Kr. e. 580):...a víz minden dolgok forrása... Henry Cavendish (1783): a víz H 2O. Egyedüli vegyület, amely a természetben mindhárom halmazállapotban előfordul (szilárd, folyadék, gáz). A föld felszínének 71 %-át borítja ( kék bolygó ). Az élet számára nélkülözhetetlen: 98% - medúza 94% - három hónapos magzat 72% - újszülött 60% - felnőtt Átlagos napi szükséglet: 2.4 l. Georg Friedrich Händel (1685-1759): Vízi zene. Georg Friedrich Händel (középen) és I. György (jobbra) a Temzén, 1717. július 17-én. Hokusai (1760-1849): A nagy hullám (Kanagawa) Az óceánok folyamatos áramlatai a Föld felületén (NASA). Egyik legkisebb molekula: alig nagyobb, mint egy atom Oxigén: 2s 2 p 4 O H H Medúza

A vízmolekula szerkezete II. A vízmolekula szerkezete III. Tetraéder szerkezet sp 3 hibridizáció (Hibridizáció: azonos főkvantumszámú, de különböző szimmetriájú állapotok kombinációja) izolált molekulában: 104.45 Nagy állandó dipólmomentum Vegyület Dipólmomentum Polietilén 2.25 A vízsugár kitérül Coulomb erők hatására 109.47 0.96-0.99 Å (jég - vízgőz) + Metanol 30 Etilénglikol 37 Glicerin 47 Víz 80 Titán-dioxid 86-173 Prof. Zrínyi Miklós felvétele nem-kötő elektronpárok - A vízmolekula szerkezete IV. A vízmolekula szerkezete V. van der Waals sugár: ~ 3.2 Å Nem gömb alakú Víz dimér: H-kötés a proton és nem-kötő elektronpár között

A vízmolekula forgó-rezgő mozgása Hidrogénkötés vízben Hidrogénkötések a vízmolekula környezetében Víz pentamer kialakulása Vibrációs módusok Rotációs módusok Abszorpció az infravörös, vörös tartományban -> természetes vízek kék színe A jég szerkezete A cseppfolyós víz szerkezete 9 módosulat Közönséges jég: hexagonális szerkezet Koordinációs szám: 4 (minden molekula 4 másikat koordinál) Interstitium: elférne benne egy vízmolekula H-híd: kohézió + taszítás Cluster képződés: biciklo-oktamer Klaszterekből hálózat: 280 molekulából ikozaéder szerkezet (ikozaéder: 20 azonos egyenlő oldalú háromszöggel határolt szabályos téridom) Interstitium Nem-kötött kölcsönhatások H-kötött kölcsönhatások Térbeli hálózatos szerkezet: magyarázhatja a víz anomális tulajdonságait

A víz fizikai tulajdonságai I. A víz fizikai tulajdonságai II. Nagy dipólmomentum: jó oldószer Anomális sűrűség-hőmérséklet függvény Kation szolvatáció Anion szolvatáció Hőmérséklet ( C) Sűrűség (kg/m 3 ) ρ (g/cm 3 ) 1.00 + - Szuperhűtött víz 4 T ( C) Következmények: Az élet fennmarad a befagyott tó alatt. Folyók áramlása fennmarad a jég alatt. Mikrohullámú sütő: a víz dipólok forognak a periódusosan változó elektromágneses térben. A vízmolekulák többlet mozgási energiája hő formájában disszipálódik, felmelegítve a környezetet. A víz fizikai tulajdonságai III. Fázisdiagram A víz fizikai tulajdonságai IV. Fázisgörbe: két fázis egyensúlyban Fázisgörbékközötti terület: egyetlen fázis van jelen Metszéspont: hármaspont Felületi feszültség: a folyadék kontrakciós tendenciája, amely miatt a folyadékcsepp gömb alakot igyekszik felvenni. A folyadék belsejében és felületén fellépő kohéziós erők közötti egyenlőtlenség. Negy felületi feszültség Következmények hidrofób felületen Következmények makroszkopikus rendszerekben P (kpa) Összehasonlításul: CO 2 kohéziós erők a felületen olvadáspont görbe 101 0.61 JÉG szublimációs görbe VÍZ hármaspont GŐZ forráspont görbe Solid: dry ice Liquid Gas kohéziós erők a folyadék belsejében Vegyület Felületi feszültség (mn/m) Etanol 24.4 Metanol 22.7 Aceton 23.7 Persisting droplet on a superhydrophobic surface Következmények hidrofil felületen Molnárkák -273 0.0076 100 T ( C) Kloroform 27.1 Benzol 28.5 Víz 72.9 Kapillaritás (model) Kapillaritás a gyökérműködést elősegíti Jézus Krisztus gyík (baziliszkusz)

Hidratáció További anomáliák Elektrolit oldatok Nem elektrolit oldatok, apoláros molekula: hidrofób hidratáció Fehérje hidratáció Szerkezet fenntartás Polarizált multilayer Fehérje Ligandum Floatig water bridge 5 kv! Persisting water droplets on vibrating water surface Nukleinsavak Bázispárok Mikrogyöngy exklúzió víz multilayerrel? 2 μm latex gyöngyök Bázispárosodás víz Nafion polimer Víz multilayer Pablo Cabrera et al, Mexico Elmar Fuchs, Wetsus A biológiai makromolekulák HATALMAS molekulák Makromolekulák DNS dupla hélix Bakteriofágból kiszabaduló DNS fonal

A biológiai makromolekulák IZGALMAS molekulák A makromolekulák tömeg szerinti mennyisége a sejtben NAGY Ionok, kismolekulák (4%) 30 % egyéb vegyületek Foszfolipidek (2%) DNS (1%) RNS (6%) Hemoglobin alegység térszerkezeti modellje Újonnan termelődő fehérje (selyemfibroin) 70 % Víz Fehérjék 15%) MAKROMOLEKULÁK Baktériumsejt Poliszacharidok (2%) Biológiai makromolekulák: biopolimérek Biopolimérek alakja Polimérek: Építőkockákból, monomerekből felépülő láncok Monomerek száma: N>>1; Típusosan, N~10 2-10 4, de DNS: N~10 9-10 10 1. Lineáris 2. Elágazódó 3. Cirkuláris Biopolimer Alegység Kötés A polimérlánc alakja dinamikusan változik. Lehetséges mechanizmusok: Fehérje Nukleinsav (RNS, DNS) Aminosav Nukleotid (CTUGA) Kovalens (peptidkötés) Kovalens (foszfodiészter) 1. C-C kötések körüli rotáció 2. Súrlódásmentes pántokkal összekapcsolt merev rudak (FJC) 3. Kötés torzulás, hajlítás (WLC) Poliszacharid (pl. glikogén) Cukor (pl. glukóz) Kovalens (pl. α-glikozid) Fehérjepolimer (pl. mikrotubulus) Fehérje (pl. tubulin) Másodlagos

A polimérek alakja a bolyongó mozgásra emlékeztet Biopolimérek mechanikája Entrópikus rugalmasság Brown-mozgás - random walk Négyzetgyök törvény : r N R 2 = Nl 2 = Ll Termikus gerjesztésre a polimerlánc random, ide-oda hajló fluktuációkat végez. r 1 R R = vég-vég távolság N = elemi vektorok száma l = r i = korrelációs hossz r i = elemi vektor Nl = L = kontúrhossz l összefüggésben van a hajlítómerevséggel. Nő a lánc konformációs entrópiája (elemi vektorok orientációs rendezetlensége). Az entrópiamaximumra törekvés miatt a polimerlánc rövidül. Bolyongó (diffúzióvezérelt) mozgás esetén R=elmozdulás, N= elemi lépések száma, L=teljes megtett út, és l=átlagos szabad úthossz. Biopolimérek rugalmassága Polimer rugalmasság vizualizálása l = korrelációs hossz (hajlítómerevséget jellemzi) L = kontúrhossz Csomókötés egyetlen DNS láncra Merev lánc l>>l Mikrotubulus mikrogyöngy mozgatható lézercsipeszben Fáziskontraszt kép Fluoreszcencia kép Szemiflexibilis lánc l~l Aktin filamentum Flexibilis lánc l<<l DNS molekula mikrogyöngy stacionárius lézercsipeszben Kinosita Group