2017

A vízben kétféle erő működik: egyik a kohéziós, a másik az adhéziós erő.

A kohéziós erők a vízmolekulák között működnek, ezek az erők tartják egyben a vízmolekulákat, ezért létezik a folyékony halmazállapota is a víznek. Ha nem lenne kohézió a molekulák között, akkor csak gáz halmazállapotban lenne a víz.

A másik, víz állapotát szabályozó erő, az adhéziós, akkor és ott lép fel, ahol a víz egy víztől különböző objektummal találkozik. A víz és a másik objektum határfelületén!

 Egy adott helyzetben kétféle állapot lehetséges: (i) az adhéziós erő nagyobb, mint a kohéziós , (ii) az adhéziós erő kisebb mint a kohéziós erő.

A hidrofil, nedvesítő felület mentén a vízmolekulák rendezett állapotba kerülnek. Vonzzák egymást az egymás mellett azonos fázisban, hasonló irányban rezgő molekulák. Így tömörödnek. Közös, kollektív rezgési állapotok is fellépnek. A molekulák dipól töltései összeadódnak, óriás dipól (giant dipole) rezgések alakulnak ki. A dipólrezgések miatt elektromágneses kisugárzás is fellép. Ez energiavesztés, entrópia vesztést is jelent. Kötött állapotú rezgő és a felületre jellemző, egyéni elektromágneses spektrummal rendelkező vízréteg jellemzi a hidrofil felületek mellett kialakuló vízszerkezeteket. Hő felvételre alkalmasak a kvantált vibrációs állapotok gerjesztésével. Az egyéni színképpel rendelkező vízszerkezetek tartósan megmaradhatnak, ezt a színképet lehet akár memóriának hívni!

Hidrofil felületű, rostszerű (fibrilláris) makromolekulák egymás között nedvesítő csatornákat alakíthatnak ki. Az erős adhéziós erők miatt a kapilláris, vizes csatornák vízzel megtelnek. Képesek vizet szívni és megtartani maguk között. Ha van a csatorna két oldalán nyomás-, hőmérséklet-, koncentráció-, elektromos potenciál-különbség, akkor a csatornákban vízáramlás lép fel.

Teljesen más történik a vízmolekulákkal a hidrofób, a vizet taszító felület közelében. A hidrofób felületek közelében a vízmolekulák közötti kohéziós erők erősebbek, mint a vízmolekulák és a hidrofób felület közötti adhéziós erők. Energetikailag kedvezőbb, hogy a vízmolekulák inkább egymás társaságát keressék, minthogy a hidrofób felület közelében legyenek. A hidrofób felület „elűzi” a vízmolekulákat maga mellől. A széntabletta példájánál maradva: ha széntablettát veszünk be, akkor a béltartalomban szétoszlik a tabletta és szinte „kiűzi” a vizet a bélből. Ez akkor előnyös, ha híg a széklet, a szén „elűzi” a vizet a béltartalomból. A víz felszívódik a bélfalon át, a béltartalom meg szilárdabb lesz, így a széklet is, a kevesebb víz miatt.

A hidrofób felületek közelében a vízmolekulák egymásba kapaszkodva próbálnak elmenekülni arról a területről egy olyan helyre, ahol hidrofil felületek várják őket. A hidrofil felületek tehát magukhoz szívják a vizet, míg a hidrofóbok eltaszítják őket. A hidrofil felületek területe térfogat növelő, míg a hidrofób felületben gazdag területek térfogat csökkentők, a növekvő illetve csökkenő víztérfogatok miatt.

Ha már a víztérfogat növeléséről beszélünk, akkor meg kell említeni a duzzadó rendszereket. Itt főleg hidrofil felületekkel találkoznak a vízmolekulák.

 

A fehérjék és a víz kölcsönhatásáról külön kell szólnunk.

A fehérjék, mint makromolekulák, rendelkezhetnek hidrofil és hidrofób felületekkel. Natív, természetes állapotukban a fehérjék kiterjesztett alakot vesznek fel. Ha viszont denaturáljuk, mondjuk, főzzük őket, akkor a fonálszerű részei gombolyaggá összetekerednek és gömbformát vesznek fel. Ekkor a gombolyag külső felülete hidrofil. Ebben az esetben duzzadó rendszerekről beszélünk, mert a gömbök felszínén sok vízmolekula kötődik, és a gömbök közötti állományban is nagy víztérfogat található. Ez a helyzet az ozmózis, a porózus hártyákon való vízátáramlás esetében fontos!

A teljesen gömb alakú, ún. globuláris fehérjék, leginkább a fehérjék denaturált formáira a jellemző konformáció. Az élet szempontjából az igazán izgalmas fehérje konformációk kiterjesztett, extendált formában vannak. Eben az állapotban lévő fehérjék képesek a konformáció változásokra.

Nekem a rostszerű, fibrilláris fehérjék a kedvenceim. E fehérjék általában kétféle oldallal rendelkeznek. Az egyik oldaluk hidrofil, a másik hidrofób.  Ha úgy állnak egymás mellé, akkor képesek hidrofil és hidrofób csatornákat egymás között létrehozni. A vizes csatorna képes vizet és benne oldódó ionokat szállítani, míg a hidrofób képes kiszorítani a vizet.

Léteznek olyan fehérjék is, amelyek magukban is alkalmasak arra, hogy vizes és vízmentes csatornákat alkossanak. A sejtmembránba beépülő ún. ionpumpa fehérjék ilyenek, a hidrofil felületükkel vizes csatornákat hoznak létre, amelyek magukba szívják a kapilláris elv alapján a vizet és a benne oldott ionokat, majd ATP kötődődéssel átalakul a hidrofil csatorna egy vizet és a benne lévő iont kitaszító hidrofób csatornává. Aztán az ATP-ről lehasad a nagy energia felszabadulással járó foszfát. Ekkor újra visszaáll a hidrofil felületű csatorna, sok vízmolekula rendeződésével a csatorna felület mentén. Ez úgy néz ki mintha „lecsapódnának” a vízmolekulák a felületre. Ezzel sok energia szabadul fel. A biokémikusok nem tudták megmagyarázni a nagy energiájú foszfát nagy felszabaduló energiáját. A lekötődő vízmolekulák nélkül ezt nem is lehet.

Itt most befejezem a gondolatmenetet, de hamarosan folytatni fogom egy újabb cikkben.

Képek forrása: <a href="http://www.freepik.com">Designed by onlyyouqj / Freepik</a> <a href="http://www.freepik.com">Designed by zirconicusso / Freepik</a> <a href="http://www.freepik.com">Designed by Freepik</a>