Kristályográfia (12): In vino veritas

A görög mitológia szerint maga Dionüszosz isten szállt le az Olimposz-hegyről, hogy megtanítsa az embereket borkészítésre. A modern régészet szerint ez az ereszkedés, ha létezik, Kis-Ázsiában (Törökország mai keleti részén) történt volna mintegy 7000 évvel ezelőtt. A borművészettel együtt Dionüszosz adományozott egy másik ajándékot, amely sokáig ment anélkül, hogy ezt elismerték volna, a tatárt, amely akkor az amfórák és ma a boroshordók alján található.

museoa

Lucretius és az idősebb Plinius is ismerte Tartarust. Amit ma savas kálium-tartarátnak (formálisan kálium-hidrogén-tartarátnak) ismerünk, azt savanyú ízűnek és lila lánggal égőnek írták le, amellett, hogy recepteket adtak egy tucat gyógymódra, amely tartalmazta.

Részletesebben tanulmányozták a középkorban. Abū Mūsa Ŷābir ibn Hayyan al-Āzdī (Európában Geber néven ismert) perzsa alkimista elsőként, mintegy 800 körül rögzítette írásban, hogy a fogkő só és izolált borkősav (és sok más szerves vegyület, de ez egy másik történet), bár nem túl tisztán. 1769-ig tartott kémiailag tiszta borkősav, amelyet Carl Wilhelm Scheele (szép számú szerves vegyülettel együtt) meg is tett. A vegyületet kozmetikumok és gyógyszerek, például La Rochelle-só vagy emetikus fogkő gyártásához használták, így sok borászat tényleges borkősav-gyár lett.

1818 körül Paul Kestner, a thann-i (franciaországi) fogkőgyártó rájött, hogy a borkősav mellett hordóiban kis mennyiségű, más anyagnak tűnő kristály keletkezik. Eleinte arra gondolt, hogy oxálsavról lehet szó; Rövid idő alatt azonban rájött, hogy ez valami új, és nagyobb mennyiségben kezdte el termelni telített borkősavoldatok forralásával. 1826-ban, teljesen meggyőződve arról, hogy ez valami ismeretlen a tudomány számára, úgy döntött, hogy mintát vesz Gay-Lussac-hoz, aki ismételt kísérletek után arra a következtetésre jutott, hogy képlete C4H6O6, ugyanaz, mint a borkősav. Ezt az új vegyületet racém savnak nevezte (latinul racemus, azaz szőlőfürt).

A borkősav és a racém savak (valamint azok sói, tartarátjai és racemátjai) kémiai különbségek kicsiek voltak, de elégségesek ahhoz, hogy a vegyészek érdeklődjenek. Ez az akkori izoméria egyik ismert esete volt; a két sav sok sója izomorf volt.

Fontos szempont annak szempontjából, hogy ezek a savak milyen jelentőséggel bírtak a tudomány fejlődésében, az alacsony költségük és a könnyű megszerzésük egyszerre, a 19. század elején, amikor a vegyipar gyerekcipőben jár, és a termékek vegyileg tiszta.ritkaságnak számítottak. Ezenkívül a racemátokat és a tartarátokat nagyon könnyű előállítani, és az értékelhető méretű kristályok előállítása egyáltalán nem volt bonyolult. Ezért tökéletes rendszer volt két új, nem teljesen megértett fogalom tanulmányozása, és arra utaló jelek voltak, hogy összefüggésbe hozhatók: izomerizmus és izomorfizmus.

Az 1830 utáni években Biot mérte a borkősav és sói (minden jobbkezes) optikai aktivitását; a racém és az övéi optikailag inaktívak voltak. Berzelius, aki elhatározta, hogy magyarázatot talál a jelenségre, felszólította Mitscherlichet, aki már a kristálykémia tekintélye, tanulmányozza a tartarátok és racemátok szimmetriáját.

Mitscherlich megerősítette a Biot megállapításait, a borkősav és sói mind a torzító, mind a kristályok féligedrálisak voltak; a racém és optikailag inaktívak, valamint holohéder kristályaik. Két só volt, amely nem felelt meg ezeknek az általános szabályoknak: nátrium-ammónium-tartarát és nátrium-ammónium-racemát, amelyek azonos kristályokat képeztek, de ellentétes előjelű optikai aktivitással. Mitscherlichet annyira megzavarta ez a tény, hogy nem tudott magyarázatot találni arra, hogy eredményeit egy évtizednél tovább nem tette közzé. Ezt csak 1844-ben tenné meg, miután Frédéric Hervé de la Provostaye 1841-ben publikált hasonló tanulmányt.

A rejtélyt 1848-ban egy fiatal és ismeretlen dijoni professzor oldja meg, aki nemrég doktorált, Louis Pasteur.

Általános utalások a kristálytan történetére:

[1] Wikipédia (a szövegben linkelve)

[3] Molčanov K. & Stilinović V. (2013). Kémiai kristályográfia a röntgendiffrakció előtt., Angewandte Chemie (International ed. In English), PMID: 24065378

[4] Lalena J.N. (2006). A kvarctól a kvázikristályokig: a természet geometriai mintáinak vizsgálata kristályos anyagokban, Crystallography Reviews, 12 (2) 125-180. DOI: 10.1080/08893110600838528

[5] Kubbinga H. (2012). Kristályográfia Haüytől Laue-ig: viták a szilárd anyagok molekuláris és atomisztikus jellegéről, Zeitschrift für Kristallographie, 227 (1) 1-26. DOI: 10.1524/zkri.2012.1459

[6] Schwarzenbach D. (2012). A kristálytan sikertörténete, Zeitschrift für Kristallographie, 227 (1) 52-62. DOI: 10.1524/zkri.2012.1453

Ez a szöveg az Experientia docet-ben 2014. január 30-án közzétett átdolgozás

A szerzőről: César Tomé López tudományos kommunikátor és a Tudatlanság feltérképezése szerkesztője

A diurézis szabályozása emlősökben

Más gerincesekkel ellentétben az emlősök (néhány faj kivételével, például a dromedárok kivételével) nem igazítják a vizeletmennyiséget a glomeruláris szűrési sebesség (GFR) módosításával. Valójában fenntartják ezt a viszonylag állandó értéket, és módosítják az elsődleges vizelet azon részét, amelyet a külső evakuálás előtt felszívnak, hogy szabályozzák a testfolyadékok térfogatát és ozmotikus koncentrációját.

Az elsődleges vizelet viszonylag magas százaléka - a térfogat 60% -a és 80% -a között - újból felszívódik a proximális tekercselt tubulusból, amelyhez hasonló százalékos NaCl aktívan felszívódik. A só és a víz mellett glükóz, aminosavak és hidrogén-karbonát is felszívódik ebben a szegmensben, ezek gyakorlatilag teljes egészében.

A Na + visszaszívódása a hám bazolaterális membránjának Na + -K + ATPáz aktivitásának köszönhető (amely elválasztja az intersticiális folyadékot a sejt belsejétől). Ez a transzport elektrokémiai gradienst generál az apikális membránban (amely elválasztja a sejt belsejét a tubulus lumenétől), ami kedvez a nátrium bejutásának a tubuláris folyadékból. A víz visszaszívódása strukturális akvaporinokon keresztül történik, amelyek mindig jelen vannak ezekben a sejtekben (jelenlétük alig függ a külső tényezőktől).

A proximális tubuluson való áthaladás után a vizelet belép Henle hurokjába. Körülbelül 300 ozmotikus koncentrációval teszi ezt mOsm, de ezen a szakaszon való utazása után az előzőnél alacsonyabb koncentrációval érheti el a disztális tubulust (elérheti a 100-at mOsm). Mint láttuk, ez a különbség a NaCl aktív transzportjának köszönhető, amely a felemelkedő végtagban zajlik, amely eltávolítja a vizeletből, csökkenti a koncentrációját benne, miközben növeli az intersticiális folyadékét.

A Henle hurok után a vizelet bejut a disztális tekercselt tubulusba. Ennek a szegmensnek a hámja aktívan szállítja a NaCl-ot a tubulus lumenéből az interstitialis térbe. És bár nem vízálló, nem nagyon átereszti a vizet.

Az ADH nem az egyetlen hormon, amely részt vesz emlősök veseműködésének szabályozásában. Az aldoszteron és a pitvari natriuretikus peptid szintén fontos szerepet játszik. Mielőtt röviden elmagyaráznánk, miből áll, meg kell jegyezni, hogy az aldoszteron és általában a natriuretikus hormonok, vagy hasonló jellegű és hatású hormonok az emlősök mellett számos más csoportban megtalálhatók, de szerepüket jobban megértik. ebben a kontextusban.

Az aldoszteron elősegíti a Na + helyreállítását az elsődleges vizeletből és a K + szekréciót is. Ezért a legnyilvánvalóbb összhatás az, hogy ezeknek az ionoknak a testnedvekben lévő tartalmát szabályozzák. Közvetett módon azonban meghatározó szerepet játszik az extracelluláris folyadékok, beleértve a vérplazmát is, mennyiségének szabályozásában. Ennek oka az, hogy az ozmotikus és a sókoncentrációt, mint tudjuk, szorosan ellenőrzik az emlősök és általában más gerincesek. Emiatt az extracelluláris vízmennyiség nagymértékben függ a NaCl mennyiségétől ezekben a folyadékokban (nem így az intracelluláris folyadékokban, amelyek fő kationja K +), mivel a Na + és Cl– a fő extracelluláris ion. Tehát, ha egy hormon, például az aldoszteron, elősegíti a Na + visszaszívódását, akkor elősegíti a Cl– és természetesen a vizet is. Más szavakkal: minél több Na + szívódik fel újra a vesében, annál több víz is felszívódik, így nettó hatása antidiuretikus.

Az aldoszteron egy szteroid hormon, a mellékvese kéreg által termelt mineralokortikoid. Szekrécióját egy másik hormonrendszer, a renin-angiotenzin rendszer irányítja, amelyet viszont részben a vérnyomás és a vér térfogatának receptorai vezérelnek. Amikor a vérnyomás csökken és számos, egyidejűleg ható mechanizmus révén a juxtaglomeruláris sejtek (az afferens arteriol endotheliumának speciális sejtjei) felszabadítják a renint. A renin (enzimatikus) hatása egy máj eredetű prekurzor molekulára (angiotenzinogén) az angiotenzin II nevű anyag termeléséhez vezet. Számos hatása van: serkenti a szisztémás arteriolák összehúzódását (szűkületét); elősegíti a szomjat; serkenti az ADH-szekréciót és serkenti az aldoszteron-szekréciót. Az angiotenzin II által okozott összes hatás a víz visszanyerését, a vérnyomás és a megfelelő extracelluláris folyadékok térfogatának helyreállítását okozza. Amikor a renin hatásának megvan a hatása, bizonyos parakrin anyagok, amelyeket a sűrű makula2 hatására a juxtaglomeruláris sejtek leállítják a renin felszabadulását.

Az aldoszteron úgy hat, hogy behatol a célsejtjeibe (abból a szempontból, ami itt érdekel minket, ezek a disztális tubulus hám sejtjei), eljut a sejtmagig, és megindítja a DNS transzkripciót, hogy új Na + -K + -ot és az ATPáz-csatornák Na + és K-ját hozzák létre. + a sejtmembránba való behelyezéshez. Ily módon fokozódik a Na + tubuláris visszaszívódása, ennek következtében a víz visszanyerése és a vér térfogatának helyreállítása. Ez a mechanizmus valójában olyan helyzetekre reagál - például vérzésekre -, amelyekben jelentős folyadékveszteség van, anélkül, hogy ez a vér ozmotikus koncentrációjának növekedésével járna.

Az állati doménben nagyon sokféle natriuretikus peptid található, a legismertebb az emlősök pitvari natriuretikus peptidje (ANP). Az ANP az agy bizonyos területein és a szívben termelődik (ezért neve "pitvari"), és hatása nagyrészt ellentétes az aldoszteronéval. Valójában gátolja az aldoszteron felszabadulását és közvetlenül elősegíti a Na + szekrécióját, növelve a vizelet termelését és a benne lévő Na + koncentrációt. Az ANP-szekréciót az extracelluláris folyadékok térfogatának növekedése stimulálja, amelyet a szív pitvarának megnyúlásából észlelnek.

Röviden, a veseműködés egy komplex, főként az endokrin szabályozás rendszere alá tartozik. Itt láthattuk a három fő rendszert, mindegyik a sajátosságaival. Ennek a többszörös hatású rendszernek köszönhetően az emlősök és más gerincesek képesek szorosan ellenőrizni a testfolyadékok mennyiségét, valamint ozmotikus és ionos koncentrációjukat.

1 A mechanizmus nagyon hasonló a legtöbb gerincesnél tapasztalthoz, bár a gerincesek többi csoportjában az ADH a disztális tubulusban hat, és más gerinceseknél az antidiuretikus hatású molekula némileg eltér: arginin vazotocin (AVT).

2A speciális sejtek csoportja, amelyek a disztális tubulus és az afferens arteriole szomszédos pontján helyezkednek el.