Eraldamine polaarsuse erinevuse alusel
V. Potanini Heategevusfondil on juba mitu aastat kestnud mahukas toetusprogramm noortele ülikooliõpetajatele, kes edukalt ühendavad õppe- ja teadustööd. Toetuste jagamiseks on korraldatud spetsiaalne konkurss. Sisseastujatele on palju nõudeid, kuid muuhulgas peavad noored õpetajad vanema astme õpilastele oma erialal populaarteadusliku loengu pidama. Selle imelise idee elluviimine võimaldab ühelt poolt aru saada, kas taotleja tunneb oma ainet, teisalt on sellistest loengutest ilmselgeid eeliseid: üliõpilased avardavad oma silmaringi, saades teavet sellega seotud ja mõnikord täielikult. kaugemad erialad. Sihtasutus andis Teaduse ja Elu toimetusele võimaluse tutvuda kõigi toetusetaotlejate loengutega. Oleme mõned neist avaldanud. Meid köitis nendele loengutele esitluse lihtsus ja selgus (loeng “Naeratus teeb kõik säravamaks”, “Teadus ja elu” nr 3, 2009), teema olulisus (“Lahkudes kustuta valgus !”, “Teadus ja elu” nr 6, 2009), kaasaegne idee ammutuntud asjadest (“Lootus ja tugi”, “Teadus ja elu” nr 8, 2009), ootamatu pilk näiliselt ilmselgele nähtused (“Bioloogilised signaaliväljad...” , “Teadus ja elu” nr 1, 2009). Tutvustame oma lugejatele Moskva Meditsiiniakadeemia dotsendi, farmaatsiateaduste kandidaadi Ljudmila Trukhacheva loengut. I. M. Sechenov. Lugu on tõeliselt detektiiv...
1961. aasta augusti varahommikul ründasid sajad hullunud linnud mereäärset Capitola linna USA-s California osariigis. Seni kahjutud hallid linnukesed põrkasid parvedena ja üksikult suurel kiirusel vastu akende ja majaseinu, sukeldusid tänavavalgustitesse ja ründasid möödujaid. See juhtum inspireeris Alfred Hitchcocki filmi "Linnud".
Veerand sajandit hiljem, 1987. aasta talvel, juhtus Kanada Põhja-Atlandi rannikul Prints Edwardi saarel veel üks salapärane lugu: üle saja inimese langes raske toidumürgituse ohvriks. Selgus, et kõik ohvrid sõid sinimerekarpe. Lisaks tavalistele sümptomitele – oksendamine, krambid, kõhulahtisus ja peavalu – tekkis patsientidel orientatsioonikaotus, paanikatunne, amneesia ning mõnel juhul krambid ja kooma. Peaaegu kõigil neist ilmnesid psüühikahäire sümptomid; patsiendid näitasid kontrollimatut agressiivsust, millega sageli kaasnes nutt või naer. Kahjuks ei suudetud kolme kannatanut aidata – nad surid esimestel päevadel. Rohkem kui veerandil teistest ohvritest oli häiritud lühiajaline mälu. Nad ei mäletanud pärast mürgitamist juhtunust midagi, mõni ei tundnud oma lähedasi ära.
Hiljem selgus, et mõlemad juhtumid - esimene "hullude lindude" ja teine "mürgitatud rannakarpide" puhul - olid sama mürgise ainega kokkupuute tagajärg. Selle põhjustatud seisund on nüüd tuntud kui amnestiline karpide mürgituse sündroom (ASP). Varasemaid teateid rannakarpide toidumürgitusest selliste neuroloogiliste tagajärgedega siiski ei ole.
Kõikide juhtunu asjaolude selgitamiseks ja samalaadsete juhtumite ärahoidmiseks tellis Kanada kalandusministeerium merebioloogide ja keemikute rühmal mürgiaine isoleerimise ja tuvastamise.
Rannakarpide esialgne testimine teadaolevate bakteriaalsete ja viiruslike patogeenide suhtes ei olnud veenev. Raskmetallide ja pestitsiidide testid olid samuti negatiivsed. Analüüsimiseks võetud proovid sisaldasid tuhandeid erinevaid keemilisi ühendeid. Kuidas saab nii keerulisest segust ühe komponendi isoleerida, teadmata midagi selle füüsikalistest või keemilistest omadustest? Ülesanne pole lihtsam kui heinakuhjast nõela leidmine.
Oletame, et meil on võime kindlaks teha, kas virnas on nõel või mitte. Siis on otsingualgoritm järgmine. Kõigepealt jagame virna kaheks pooleks ja kontrollime, kas ühes osas on nõel. Kui ei, siis visake see pool ära, jagage ülejäänud pool pooleks ja otsige nõela järgmistest pooltest. Sellised „jaga-tilk-jaga” manipulatsioonid viivad lõpuks selleni, et viimane järelejäänud osa pole midagi muud kui soovitud nõel. Teadlaste põhistrateegia, kes seisid silmitsi toksiini leidmise ja isoleerimise ülesandega, oli üles ehitatud sama skeemi järgi.
Kõigepealt oli vaja välja töötada test, mis näitaks usaldusväärselt uuritavate objektide toksilisust. Ja siin tehti katseid loomadega. Leiti, et hiirtel on toksiinile kõige iseloomulikum reaktsioon. Pärast väikeste koguste uuritava proovi sisseviimist, kui selles oli toksiini, tekkis katseloomadel selge neuroloogiline reaktsioon – hiired hakkasid kontrollimatult tagajalgadega õlgu kratsima ja kammima. Katse on julm, kuid juhtunud tragöödia valguses polnud teadlastel muud valikut.
Mürgitatud rannakarbi koeproovides olevate keerukate komponentide eraldamiseks kasutasid teadlased standardseid füüsikalis-keemilisi meetodeid. Töödeldi nii mürgiseid kui ka mittetoksilisi rannakarbi proove. See lähenemine on vajalik järgnevaks võrdlevaks analüüsiks, sest mis tahes erinevus proovide vahel võib anda vihje mõistatuse lahendamiseks.
Järgime kõiki diagrammil näidatud protsessi etappe ja proovime mõista, mis igas etapis juhtus.
Eraldamine lahustuvuse ja lenduvuse alusel
Esimeses kolmes etapis kasutasid teadlased ekstraheerimist ja aurustamist üldise strateegiana.
Ekstraheerimine on ainete segu eraldamine lahustuvuse erinevuste põhjal. Koduperenaised teavad hästi, et ainete lahustuvus erinevates lahustites erineb vanilliini näitest, mis lahustub vees halvasti ja lahustub hästi alkoholis. Vedelik-vedelik ekstraheerimisel jaotatakse lahustunud aine kahe vedela segunematu faasi vahel. Tavaliselt on üks faas vesi ja teine orgaaniline lahusti.
Aurustamise käigus lahus kontsentreeritakse lahusti aurustumise tulemusena. Ekstrakti saab aurustada väikese mahuni ja seeläbi suurendada analüüsitava komponendi kontsentratsiooni.
Nüüd, kui teame ekstraheerimise ja aurustamise eeliseid, pöördume tagasi toksiini otsimise juurde.
Soovitud ühendi võimaliku hävimise vältimiseks kuumutamise või lahustiga interaktsiooni tagajärjel ekstraheeriti toatemperatuuril metanooli vesilahusega, mis on keskmise tugevusega lahusti. Ekstraheerimine oli ebapiisav, kuid sellegipoolest edukas: hiirtel ilmnes metanooliekstraktile sama neuroloogiline reaktsioon nagu austrite algsete proovide puhul. Seejärel ekstrakt kontsentreeriti aurustamisega. Eraldatud ja kondenseerunud aur oli mittetoksiline, kuid tekkiv jääk andis hiirtel vajaliku reaktsiooni. Selgus, et mürk on mittelenduv aine.
Viidi läbi teine ekstraheerimine. Seekord loksutati kontsentreeritud ekstrakti polaarsete ja mittepolaarsete lahustite seguga. Kasutasime diklorometaani ja vett: need lahustid ei segune ja moodustavad kaks eraldi kihti.
Diklorometaani fraktsioonist leiti värvilisi aineid – fütoplanktoni pigmente (teisisõnu vetikaid). Ja see võib juba olla võti toksiini olemuse selgitamiseks. Pigmendid ise pole aga mürgised ning diklorometaani fraktsioon andis katsehiirtel negatiivse tulemuse. Kuid toksiin oli veekihis olemas. See võimaldas meil arvata, et soovitud objekt oli ilmselt polaarne, ioniseeritav aine. Nüüd saavad teadlased keskenduda veefraktsioonile.
Järgmistes etappides kasutati kromatograafilisi analüüsimeetodeid. Siin tuleb teooriasse veidi sügavamale minna...
Eraldamine liikumises
Kromatograafiline analüüs, üks tundlikumaid meetodeid, mille pakkus esmakordselt välja 20. sajandi alguses vene teadlane Mihhail Semenovitš Tsvet, oli 21. sajandi alguseks muutunud võimsaks tööriistaks, ilma milleta on analüütilist keemiat raske ette kujutada. , ja mitte ainult.
Esimene katse keerulise koostisega aine eraldamiseks ja analüüsimiseks, mille M. S. Tsvet viis 1903. aastal läbi, on üllatavalt lihtne. Teadlane lasi klorofülli lahuse läbi kriidipulbrit sisaldava toru (või, nagu praegu öeldakse, kolonni), lahjendades seda järk-järgult benseeniga. Mõne aja pärast tulid kriidikolonnis nähtavale erinevat värvi klorofüllikomponentidega värvitud rõngad. Pärast kolonni lõikamist eraldas M. S. Tsvet need puhtal kujul ja viis läbi iga üksiku komponendi keemilise analüüsi.
Me kõik oleme ilmselt ühel või teisel viisil kromatograafiaga tegelenud ja eriti vedas selles mõttes meie vanematel. Varasematel aastatel kirjutasid ju koolilapsed tindiga. Ja kui blotter langes tindiplekile, jagati tindilahus sellel mitmeks “esiküljeks”.
Kromatograafia ise põhineb ühe mitmest ainest jaotumisest kahe faasi vahel (näiteks tahke aine ja gaasi vahel, kahe vedeliku vahel jne), kusjuures üks faasidest liigub pidevalt. Mida paremini aine paigalfaasis sorbeerub (absorbeerub) või lahustub, seda väiksem on selle liikumiskiirus ja vastupidi, mida vähem mingi ühend sorbeerub, seda suurem on liikumiskiirus. Tulemuseks on nii, et kui algul on meil ühendite segu, siis järk-järgult liiguvad need kõik liikuva faasi poolt tõugatuna erineva kiirusega “finišijoone” poole ja lõpuks eralduvad.
Pärast eraldamist tuleb kõik komponendid identifitseerida ja kvantifitseerida. Selleks kasutatakse detektoreid, millel on kromatograafilise protsessi endaga vähe pistmist ja mis põhinevad uuritavate ainete erinevatel füüsikalis-keemilistel omadustel.
Kaasaegsetes kromatograafides ulatub kolonnide pikkus, milles aineid eraldatakse, sadade meetriteni. Analüüsiks piisab mõnest milligrammist (10 -3 g) segust ning selles võib tuvastada kuni mitme pikogrammi (10 -12 g) kaaluvaid komponente.
Need on üldiselt kromatograafilise analüüsi põhialused. Nüüd on aeg naasta merekarbi proovides mürgise aine otsimise juurde.
Eraldamine polaarsuse erinevuse alusel
Seega kasutati ülejäänud vesikihis oleva segu eraldamiseks lihtsateks komponentideks kolonnkromatograafiat. Proov juhiti läbi kitsa toru, mis sisaldas XAD-2 vaigu mikrosfääre. Need mikrosfäärid säilitavad mittepolaarsed, laenguta molekulid ja võimaldavad laetud ioonidel läbida. XAD-2 on eriti efektiivne orgaaniliste aluste ja hapete eraldamiseks.
Ioniseeritud happed läbivad kolonni ja väljuvad enne teisi orgaanilisi ühendeid.
Paljudest XAD-2 läbinud fraktsioonidest osutus mürgiseks ainult üks. Viimases etapis eraldati see fraktsioon kõrgsurvevedelikkromatograafia (HPLC) abil. Siingi juhiti proovi sisaldav polaarne lahus läbi kolonni, kus statsionaarse faasina oli mittepolaarne sorbent. Saadud kõrgelt puhastatud fraktsioon sisaldas kogu mürgitatud rannakarpide mürki. Nii et lõpuks eraldati toksiin.
Eraldamine molekulide laengu, suuruse ja kuju alusel
Teadlased pidid aga veenduma, et HPLC-ga eraldatud lõplik fraktsioon sisaldas tegelikult sama mürgist komponenti. Selleks otsustati XAD-2 vesifraktsioon uuesti eraldada, kuid kasutades paberil kõrgepingeelektroforeesi.
Elektroforees on ioonide eraldamise meetod, mis põhineb nende suhteliste laengute erinevustel (laengu ja massi suhe). Positiivse ja negatiivse elektroodi vahel paiknevad ioonid hakkavad elektrivälja mõjul liikuma elektroodi suunas vastupidise märgiga laenguga. Tavaliselt, mida kõrgem on iooni laengu ja massi suhe, seda kiiremini see elektroodi poole liigub. Väikesed kõrge laenguga ioonid liiguvad suurtest madala laenguga ioonidest ette. Molekulide kuju mõjutab ka liikumiskiirust. Seega liiguvad kontsentreerituma laenguga molekulid kiiremini.
Teadlased asetasid proovi filterpaberi ribale. Riba mõlemad otsad sukeldati puhverlahustesse, millest igaüks sisaldas elektroodi. Analüüsi käigus liikusid analüüsitud proovis sisalduvate ainete ioonid erineva kiirusega ja eraldusid paberil eraldi triipudena. Nende triipude "ilmumiseks" pihustati paberit spetsiaalse reagendiga.
XAD-2 fraktsiooni elektroforeesi käigus tuvastati glutamiinhappe riba (üks võrdlusproovidest) kõrval tundmatu riba. Mittetoksiliste rannakarpide kontrollkoeproovides see riba puudus. Lisaks oli tundmatu riba värvus täiesti erinev glutamiinhappe riba värvist. Tundmatut ainet sisaldav riba eemaldati paberilt ja saadud proov süstiti HPLC kolonni. Selgus, et see proov oli retentsiooniaja poolest identne põhiainega HPLC-ga eraldatud lõppfraktsioonis. Lisaks oli sellel proovil sama toksilisus kui HPLC abil uuritud proovil.
Toksiini tuvastamine laengu ja massi järgi
Viimases etapis tuli määrata eraldatud toksiini keemiline valem ja molekulmass. Probleem lahendati massispektromeetria abil.
See meetod võimaldab teil määrata aine molekuli koostist, mõõtes ioonide massi ja nende laengu suhet. Esiteks muudetakse neutraalsed molekulid ja aatomid laetud osakesteks - ioonideks ja seejärel eraldatakse need laetud osakeste liikumisseaduste abil magnet- või elektriväljas.
Nii leidsid teadlased massispektromeetria abil molekulmassi
(312 g/mol) ja eraldatud toksiini molekulaarvalem (C15H21NO6). Spektroskoopiline analüüs näitas kaksiksideme olemasolu ja aminorühmale iseloomulikke spektreid. Ja kui võrrelda aine spektreid rahvusvahelise andmebaasi spektritega, tuvastati ühend kui domoiinhape.
Domoehape on omamoodi "Trooja hobune" molekulide maailmas. Närvirakud (neuronid) peavad seda ekslikult glutamiinhappe molekulidega ja see viga saab neile saatuslikuks. Glutamaat (glutamiinhappe ioniseeritud vorm) on neurotransmitter, molekul, mille ülesannete hulka kuulub närviimpulsside edastamine ühest rakust teise. Kui glutamaadi molekul seondub raku pinnal oleva glutamaadi retseptoriga, avab retseptor kaltsiumiioonide rakku sisenemiseks spetsiaalse kanali. Laengute sissevoolu tulemusena tekib elektripotentsiaal, mis levib mööda rakumembraani ja edastab ergastusinfot teistele neuronitele. Selle mehhanismi sagedane stimuleerimine võib põhjustada uute ühenduste tekkimist neuronite vahel, mistõttu glutamaat mängib võtmerolli mõtlemise, õppimise ja teabe meeldejätmise protsessides.
Kuid liigne glutamaadi kogus põhjustab raku kontrollimatut ergutamist ja lõpuks selle surma. Pealegi on see protsess kaskaadne, kuna sureva raku üleergastumine kandub mööda ahelat edasi lähedalasuvatele neuronitele. Lõppkokkuvõttes võib see biokeemiline kaskaad põhjustada ajukahjustusi ja neurodegeneratiivseid häireid.
Domoehape on sarnane glutamiinhappega. Kuid selle struktuuris sisalduv viieliikmeline tsükkel muudab molekuli vähem paindlikuks kui glutamiin, mistõttu domoehape seondub tihedamalt glutamiini retseptoriga. Ja selle tulemusena on selle stimuleeriv toime 30-100 korda suurem.
Jääb aga küsimus – kuidas sattus domoehape rannakarpide kudedesse, aga ka anšoovistesse, mida linnud California ranniku lähedal toituvad? Siin tuleb meeles pidada, et ühest fraktsioonist leiti pärast ekstraheerimist fütoplanktoni pigmente. Domoehappe põhjalik uurimine viis selle kandjate avastamiseni - nõelakujulised ränivetikad, mida nimetatakse Pseudo-nitzschia pungens. Neid vetikaid leidub kõigis maailma ookeanides ja seetõttu võib neist saada paljudes piirkondades toiduahela algus. Nii said domoehappe mürgituse linnud, kes sõid anšoovist, mis omakorda sõid mürgiseid vetikaid.
Praegu teostab enamik rannikuriike mereandide pidevat seiret HPLC meetodil, et domoehappe olemasolu kiiresti tuvastada. Meetmed olid edukad ja alates 1987. aastast pole teateid mürgistustest.
Vaevalt oleks selle detektiiviloo lahendus olnud võimalik ilma kaasaegsete füüsikaliste ja keemiliste analüüsimeetoditeta.
Kirjandus:
V. S. Asatiani. Meie keha keemia. - M.: Nauka, 1969, 304 lk.
F. Bayburtsky. Kromatograafia on lihtne viis keeruliste ainete analüüsimiseks// Teadus ja Elu, 1998, nr 2.
Nagu nõel heinakuhjas. Ekspress Nii et seda on võimatu leida. Partisanid olid nagu nõel heinakuhjas metsa eksinud, kuid igal õhtul andsid nad end tunda ja väga tundlikult(N. Birjukov. Kajakas).
Vene kirjakeele fraseoloogiline sõnastik. - M.: Astrel, AST. A. I. Fedorov. 2008.
Vaadake, mis on "nagu nõel heinakuhjas" teistes sõnaraamatutes:
nagu nõel heinakuhjas- Nagu (nagu, nagu oleks) nõel heinakuhjas (kaduma, kaduma) Kelle kohta, mida, keda (mida) ei leia... Paljude väljendite sõnastik
nõel- Ja; pl. perekond. lok, dat. lkam; ja. = nõel 1), 2), 3), 4) Õmble siid õhukese nõelaga. Nõel/kaar õmblusmasinale. Nõel grammofonist. Torkivad männiokkad. Pehmed kaktuseokkad... Paljude väljendite sõnastik
nõel- Ja; pl. perekond. lok, dat. lkam; ja. = Nõel (1 4 numbrit). Õmble siid õhukese nõelaga. I. õmblusmasina jaoks. I. grammofonist. Torkivad männiokkad. Pehmed kaktuseokkad. Siili nõelad. * Kuhu läheb nõel, sinna läheb ka niit (Viimane.). ◊ Nõelast. = Täiesti uus. Mitte nõel, kes... entsüklopeediline sõnaraamat
virna- A; lause, umbes sada/ge, virnas/ ja sada/ge; pl. heinakuhjad/; m vt ka. heinakuhjas, virn Suur hunnik heina, põhu või peksmata leiba, ümmargune või nelinurkne, pealt kitsenev ja hoiustamiseks vabas õhus kokku volditud. Virn heina… Paljude väljendite sõnastik
olla nähtamatu- ▲ (kui) vähese nähtamatusega silma paistma. silmapaistmatu, kergelt silmapaistev. märkamatult. silmapaistmatu. silmapaistmatu. märkamatuks. tabamatu (# aroom). tundetu. tundetu. immateriaalne (# tulemust). nähtamatuks peida (#… … Vene keele ideograafiline sõnaraamat
virna- A; lause heinakuhja kohta, heinakuhjas ja heinakuhjas; pl. heinakuhjad; m. Suur ümmargune või ristkülikukujuline heina-, õlgede või peksmata leivahunnik, ülaosast kitsenev ja ladustamiseks vabas õhus kuhjatud. C. hein, põhk. Viige heinakuhjad heinakuhja... entsüklopeediline sõnaraamat
nõel- ja gen. pl. lok, dat. lkam, w. Sama nagu nõel (1, 2, 3 ja 4 numbrit). Kuhu nõel läheb, sinna läheb niit. Vanasõna. [Anyuta] mässis oma tikandid vaikselt paberisse ning kogus niidid ja nõelad kokku. Tšehhov, Anyuta. Samorodov avas usinalt grammofoni, keeras vedru üles ja... ... Väike akadeemiline sõnaraamat
virna- ah, lause heinakuhja kohta, heinakuhjas ja heinakuhjas pl. heinakuhja, m Suur hunnik heina, põhku või peksmata leiba, kuhjatud vabas õhus ladustamiseks. Saduldatud hobused seisid põõsastes ja kitkusid värskest virnast lõhnavat heina. Šolohhov Sinjavski, ...... Väike akadeemiline sõnaraamat
PALJU – VÄHE- Harva, aga täpselt. Üks kord jah palju. On olemas mõistujutt, mis on lühem kui linnu nina (ja hea). Ja ühte silma, aga teravat, pole vaja neljakümmet. Ja üks lehm ja seda on tervislik süüa. Jõgi on madal, aga kaldad järsud. Voolu pole lai, aga peab. Mitte suur, aga kaftan on lai ja lühike...... IN JA. Dahl. Vene rahva vanasõnad
Üldiselt tähendavad nõelad unenäos probleeme või asju, mida te ei viitsi teha. Tuim nõel, nii elus kui ka unenäos, ei saa suurt kahju teha, aga kasu ka ei tee. See unistus viitab sellele, et armastatud inimene muutub peagi teie suhtes ükskõikseks.
Unes mõnest kehaosast nõela välja tõmbamine tähendab, et äritegevuse takistused toovad teile palju tüli ja probleeme, kuid pärast sellist unenägu peaks kõik muutuma - tunnete kergendust.
Unes nõelte ostmine tähendab leppimist sõbraga. Nõel ja niit unenäos tähendab, et teie suhe kallima või partneriga on nagu niit ja nõel. Kuhu nõel läheb, sinna läheb niit.
Niit järgib alati nõela. Proovige aru saada, keda on mõeldud niidi ja keda nõela all. Selline unistus võib ennustada ka seda, et proovite saavutada sama edu kui teine inimene. Sel juhul näitab niidi pikkus, kui lähedased on teie suhted teise inimesega. Vaata tõlgendust: lõimed.
Kui näete unes, et torkasite end nõelaga, siis oodake tüli oma lähedastega. Vaata tõlgendust: torkima.
Unistus, milles nägite, et kaotasite nõela, tähendab sõbra või lähedase kaotust. Nõela otsimine tähendab raisatud pingutust. Pole asjata, et on olemas ütlus: "Otsin heinakuhjast nõela".
Unes nõela leidmine viitab sind ähvardavast ohust, mis tuleb sealt, kust sa seda ei oota. Nõela otsimine ja leidmine on hea unistus. See tähendab, et leiate peagi uusi sõpru.
Unenäos murtud nõel tähendab katkemist suhetes kallimaga. Pärast sellist unistust oodake suuri elamusi ja üksindust.
Unistus, milles nägite end nõelaga töötamas, tähendab: oodake tüli kallimaga. Abikaasade jaoks ennustab selline unistus, et nende pereelu puruneb peagi.
Unenägude tõlgendamine perekonna unistuste raamatust
