معلومة

17.1: النقل المائي - علم الأحياء


تؤثر إمكانات الماء ، والنتح ، وتنظيم الثغور على كيفية نقل المياه والمغذيات في النباتات. إمكانات المياه يشير إلى الطاقة الكامنة في الماء ، ويتحرك الماء نحو المناطق ذات الإمكانات المائية الأقل. يتم سحب الماء في النهاية إلى أعلى النبات (نظرية تماسك التوتر) ، وخسر من خلال النتح من خلال الثغور. آليات معقدة تتحكم في فتح وإغلاق الثغور. كل من التكيفات التي تزيد من امتصاص الماء من خلال الجذور (الشكل ( PageIndex {1} )) وتلك التي تحد من النتح تضمن أن النباتات تجمع وتحتفظ بما يكفي من الماء.


المجالات الغشائية المتخصصة لنقل المياه في الخلايا الدبقية: كيمياء خلوية عالية الدقة للذهب المناعي لـ aquaporin-4 في دماغ الفئران

يشارك النقل المائي الغشائي بشكل حاسم في توازن حجم الدماغ وفي التسبب في وذمة الدماغ. تم عزل بروتين قناة الماء الذي يشفر (كدنا) aquaporin-4 (AQP4) مؤخرًا من دماغ الفئران. استخدمنا الكيمياء الخلوية المناعية والفحص المجهري الإلكتروني عالي الدقة للذهب المناعي لتحديد الخلايا ومجالات الغشاء التي تتوسط تدفق المياه من خلال AQP4. يوجد بروتين AQP4 بكثرة في الخلايا الدبقية المتاخمة للحيز تحت العنكبوتية والبطينين والأوعية الدموية. AQP4 متوفر أيضًا بكثرة في المناطق الحسية التناضحية ، بما في ذلك النواة فوق البصرية والعضو تحت التكتل. أظهر تحليل Immunogold أن AQP4 يقتصر على الأغشية الدبقية والمجموعات السكانية الفرعية من الخلايا البطانية العصبية. يتم التعبير عن AQP4 بقوة بشكل خاص في الأغشية الدبقية التي تكون على اتصال مباشر مع الشعيرات الدموية والحبوب. يشير تعبير AQP4 شديد الاستقطاب إلى أن هذه الخلايا مجهزة بمجالات غشائية محددة مخصصة لنقل المياه ، وبالتالي تتوسط تدفق الماء بين الخلايا الدبقية والتجاويف المليئة بالسائل النخاعي (CSF) والفضاء داخل الأوعية الدموية.

الأرقام

الكسور المناعية AQP4 لكسور الغشاء ...

AQP4 المناعية من كسور الغشاء من دماغ الفئران. أ ، جزء الغشاء (10 ...

التوطين الكيميائي المناعي لـ AQP4 في ...

التوطين المناعي الكيميائي لـ AQP4 في دماغ الفئران. أ ، تجميد قشرة المخيخ بالتبريد. ...

AQP4 في العمليات الدبقية. تكبير منخفض ...

AQP4 في العمليات الدبقية. صورة مجهرية إلكترونية منخفضة التكبير توضح توزيع نشاط المناعة AQP4 ...

التعبير المستقطب وطوبولوجيا الغشاء ...

التعبير المستقطب والطوبولوجيا الغشائية لـ AQP4 في الخلايا الدبقية. العديد من جزيئات العصب المناعي ...

AQP4 في الصفائح الدبقية ولكن ...

AQP4 في الصفائح الدبقية ولكن ليس في الخلايا العصبية للنواة فوق البصرية. أ…

التعبير الدبقي والبطاني عن ...

التعبير الدبقي والبطاني عن AQP4 في العضو تحت القرني. أ ، مناعي ...


نقل المياه ، الدور في تنويع النباتات

J. Pittermann ،. ت. Brodribb ، في موسوعة علم الأحياء التطوري ، 2016

الملخص

يعتبر النقل المائي الفعال أمرًا بالغ الأهمية لنجاح النباتات البرية. كان تطور نسيج نسيج الخشب مدفوعًا جزئيًا بالحاجة إلى نقل المياه بكفاءة من الجذور إلى الفروع ، والحاجة إلى مقاومة الجفاف والضغط المتجمد ، مما قد يعيق نقل المياه عن طريق ملء القنوات بالهواء. تستكشف هذه المراجعة الروابط بين سمات نسيج الخشب وتنويع مجموعات النباتات المختارة ، وتسليط الضوء على التجارب الديفونية في نقل المياه ، والتطور الطباشيري لكثافة عروق الأوراق العالية ، والتحديات التي فرضتها مناخات حقب الحياة الحديثة ومنافسة كاسيات البذور على نقل المياه في الصنوبريات والسراخس.


أنواع الأكسجين التفاعلية: الأيض ، والإجهاد التأكسدي ، ونقل الإشارة

كلاوس أبل وهيربرت هيرت
المجلد. 55 ، 2004

الملخص

▪ الملخص يتم إنتاج العديد من أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) بشكل مستمر في النباتات كمنتجات ثانوية لعملية التمثيل الغذائي الهوائي. اعتمادًا على طبيعة أنواع أنواع ROS ، بعضها شديد السمية ويمكن إزالته بسرعة من خلال الأنزيمات الخلوية المختلفة. اقرأ أكثر

الشكل 1: توليد أنواع مختلفة من أنواع الأكسجين التفاعلية عن طريق نقل الطاقة أو التخفيض المتسلسل الأحادي للأكسجين ثلاثي الحالة على الأرض.

الشكل 2: السمات الرئيسية لنقل الإلكترون الضوئي تحت ضغط الضوء العالي الذي يؤدي إلى إنتاج ROS في البلاستيدات الخضراء والبيروكسيسومات. يمكن استخدام اثنين من أحواض الإلكترون للدلالة.

الشكل 3: الأنماط الرئيسية لأنزيم ROS الإنزيمي في المسح بواسطة ديسموتاز الفائق (SOD) ، الكاتلاز (CAT) ، دورة أسكوربات الجلوتاثيون ، ودورة الجلوتاثيون بيروكسيديز (GPX). SOD يحول الماء.

الشكل 4: رسم تخطيطي لآليات استشعار وإشارات ROS الخلوية. يمكن لمستشعرات ROS مثل كينازات الهيستيدين المترجمة بالغشاء أن تستشعر ROS خارج الخلية وداخل الخلايا. داخل الخلايا RO.

الشكل 5: الأدوار المختلفة لـ ROS في ظل ظروف (أ) هجوم الممرض أو (ب) الإجهاد اللاأحيائي. عند هجوم العامل الممرض ، تنشط الإشارات التي يسببها المستقبل غشاء البلازما أو أوكسيديز أبوبلاست.


الماء مذيب ممتاز

لأن الماء قطبي ، مع شحنات موجبة وسالبة طفيفة ، يمكن للمركبات الأيونية والجزيئات القطبية أن تذوب فيه بسهولة. لذلك ، فإن الماء هو ما يشار إليه بالمذيب - مادة قادرة على إذابة مادة أخرى. ستشكل الجسيمات المشحونة روابط هيدروجينية مع الطبقة المحيطة من جزيئات الماء. يشار إلى هذا باسم مجال الترطيب ويعمل على إبقاء الجزيئات منفصلة أو مشتتة في الماء. في حالة ملح الطعام (كلوريد الصوديوم) الممزوج بالماء (الشكل 3) ، تنفصل أيونات الصوديوم والكلوريد ، أو تنفصل ، في الماء ، وتتشكل كرات الماء حول الأيونات. أيون الصوديوم موجب الشحنة محاط بالشحنات السالبة جزئيًا لذرات الأكسجين في جزيئات الماء. أيون كلوريد سالب الشحنة محاط بشحنات موجبة جزئيًا لذرات الهيدروجين في جزيئات الماء. يشار إلى مجالات الترطيب هذه أيضًا باسم قشور الماء. إن قطبية جزيء الماء تجعله مذيبًا فعالًا ومهمًا في أدواره العديدة في الأنظمة الحية.

الشكل 3. عندما يتم خلط ملح الطعام (كلوريد الصوديوم) في الماء ، تتشكل كرات من الماء حول الأيونات.


التنافذ

التناضح هو حركة الماء من خلال غشاء نصف نافذ وفقًا لتدرج تركيز الماء عبر الغشاء ، والذي يتناسب عكسًا مع تركيز المواد المذابة. بينما ينقل الانتشار المواد عبر الأغشية وداخل الخلايا ، ينقل التناضح فقط ماء عبر الغشاء والغشاء يحد من انتشار المواد المذابة في الماء. ليس من المستغرب أن تلعب الأكوابورينات التي تسهل حركة الماء دورًا كبيرًا في التناضح ، وعلى الأخص في خلايا الدم الحمراء وأغشية الأنابيب الكلوية.

آلية

الشكل 6. في التناضح ، ينتقل الماء دائمًا من منطقة ذات تركيز أعلى للمياه إلى منطقة ذات تركيز أقل. في الرسم البياني الموضح ، لا يمكن للمذاب أن يمر عبر الغشاء القابل للنفاذ بشكل انتقائي ، لكن الماء يمكنه ذلك.

التناضح هو حالة خاصة من الانتشار. ينتقل الماء ، مثله مثل المواد الأخرى ، من منطقة عالية التركيز إلى منطقة ذات تركيز منخفض. السؤال الواضح هو ما الذي يجعل الماء يتحرك على الإطلاق؟ تخيل دورق به غشاء نصف نافذ يفصل بين الجانبين أو النصفين (الشكل 6). يتساوى مستوى الماء على جانبي الغشاء ، ولكن توجد تركيزات مختلفة لمادة مذابة ، أو المذاب، لا يمكن عبور الغشاء (وإلا فسيتم موازنة التركيزات على كل جانب بواسطة المذاب الذي يعبر الغشاء). إذا كان حجم المحلول على جانبي الغشاء متماثلًا ، لكن تراكيز المذاب مختلفة ، فهناك كميات مختلفة من الماء ، المذيب ، على جانبي الغشاء.

لتوضيح ذلك ، تخيل كأسين كاملين من الماء. يحتوي أحدهما على ملعقة صغيرة من السكر ، بينما يحتوي الثاني على ربع كوب من السكر. إذا كان الحجم الإجمالي للمحلولين في كلا الكوبين هو نفسه ، فأي كوب يحتوي على كمية أكبر من الماء؟ نظرًا لأن كمية السكر الكبيرة في الكوب الثاني تشغل مساحة أكبر بكثير من ملعقة صغيرة من السكر في الكوب الأول ، فإن الكوب الأول يحتوي على كمية أكبر من الماء.

بالعودة إلى مثال الدورق ، تذكر أنه يحتوي على خليط من المواد المذابة على جانبي الغشاء. مبدأ الانتشار هو أن الجزيئات تتحرك وستنتشر بالتساوي في جميع أنحاء الوسط إذا أمكن ذلك. ومع ذلك ، فإن المادة القادرة على اختراق الغشاء فقط هي التي ستنتشر من خلاله. في هذا المثال ، لا يمكن أن ينتشر المذاب عبر الغشاء ، لكن الماء يمكن أن ينتشر. الماء له تركيز متدرج في هذا النظام. وهكذا ، سوف ينتشر الماء أسفل تدرج تركيزه ، ويمر الغشاء إلى الجانب حيث يكون أقل تركيزًا. سوف يستمر هذا الانتشار للمياه عبر الغشاء - التناضح - حتى يذهب تدرج تركيز الماء إلى الصفر أو حتى يوازن الضغط الهيدروستاتيكي للماء الضغط التناضحي. يستمر التناضح باستمرار في الأنظمة الحية.


الاثنين 19 يونيو 2017

المياه اللولبية في غلاف ترطيب الحمض النووي

في دراسة ذكية لترطيب الحمض النووي باستخدام التحليل الطيفي لـ SFG ، وجد بول بيترسن وزملاؤه أن العمود الفقري اللولبي للترطيب في الأخدود الصغير ، الذي تم استنتاجه من مواقع الأكسجين للحمض النووي البلوري المائي بواسطة ديكرسون والمتعاونين في الثمانينيات ، موجود أيضًا في محلول مائي في ظل الظروف المحيطة ، ويستلزم الترتيب التوجيهي للروابط الهيدروجينية في سلسلة المياه ذات الملف الواحد التي تلائم هذا الأخدود الضيق (ML McDermott وآخرون ، مركز ACS. علوم. 10.1021 / acscentsci.7b00100 2017 & # 8211 ورقة هنا). لقد كتبت قصة إخبارية لـ عالم الكيمياء في هذا العمل (هنا).

أحيي طموح موديستو أوروزكو من معهد برشلونة للعلوم والتكنولوجيا وزملائه في كتابة ورقة بعنوان & # 8220 الأدوار المتعددة للمياه في إذابة البروتين & # 8221 (مستشفى أ. وآخرون ، JPCB 121، ورقة 3636 2017 & # 8211 هنا). هناك & # 8217s عنوان مضمون ليقوله لي & # 8220 اقرأ هذا الآن! & # 8221 ويستمر الطموح في مدى الأنظمة التي يبحثون عنها مع MD: مجموعة من البروتينات ، في نطاق درجات حرارة ، بعضها مشوه ، وبعضها به عوامل الازدحام ، بعضها يحتوي على تركيزات عالية من اليوريا. يقولون أن النتائج توضح & # 8220 اللدونة الدراماتيكية للماء ، وقدرته الحرباء على تثبيت البروتينات في ظل مجموعة متنوعة من الظروف & # 8221 ، والتي تبدو طريقة عادلة لتلخيص الأمر. أنا & # 8217m لست متأكدًا من أنني أرى أي مفاجآت هنا ، وتناقش التأثيرات المفسدة لليوريا بشيء من & # 8220 هيكل مائي & # 8221 نكهة ، لكنها & # 8217s نوع من لقطة لأنواع الأشياء التي يحصل عليها الماء المائي.

وصف Dongping Zhong وزملاؤه في جامعة ولاية أوهايو دراسة أكثر تحديدًا لديناميكيات ترطيب البروتين ، الذين استخدموا التربتوفان كمجموعة مراسلة لوصف الديناميكيات في 17 موقعًا على سطح بروتين بيتا-برميل البروتين المرتبط بالأحماض الدهنية في الكبد ( يانغ وآخرون., جاك 139، 4399 2017 & # 8211 ورقة هنا). لقد لاحظوا ثلاثة نطاقات زمنية ديناميكية متميزة تمامًا. يشبه الماء الموجود في طبقة الترطيب الخارجية الكتلة ، يرتاح بسرعة (مئات fs). بالنسبة للطبقة الداخلية ، تحدث حركة إعادة التوجيه على نطاق زمني قليل ، بينما تستغرق إعادة هيكلة الشبكة على نطاق واسع عشرات من ps. يبدو أن آخر هذه العوامل يؤدي إلى تقلبات البروتين على فترات زمنية مماثلة.

يتم فحص ديناميكيات طبقة ترطيب البروتين بواسطة Biman Bagchi وزملاؤه في المعهد الهندي للعلوم في بنغالور من خلال حساب تلك الموجودة حول البقايا (Trp ، Tyr ، His) المستخدمة سابقًا كمساسات طبيعية في الدراسات الطيفية (S. وآخرون.، arxiv preprint 1701.04861). وجدوا مجموعة من المقاييس الزمنية المختلفة ، بما في ذلك الدورات المتسارعة والمتأخرة. نظرًا لأن قياسات الرنين المغناطيسي النووي تعطي قيمًا متوسطة ، فقد تفسر هذه النتائج التناقض الواضح بين هذه الدراسات وتلك (مثل Zewail & # 8217s) التي تركز على بقايا محددة. يبدو أن ديناميكيات السلسلة الجانبية للبروتين تؤثر بشكل خاص على مكون الذوبان البطيء.

تمت مناقشة دور الماء في التحول الديناميكي للبروتين حول 230 كلفن على نطاق واسع. وجد Prithwish Nandi و Niall English في جامعة كوليدج دبلن في محاكاة MD لليزوزيم أن ديناميات البروتين والماء المائي يبدو أنهما مترابطان حتى حوالي 285 كلفن ، وعند هذه النقطة تصبح شبكة روابط الهيدروجين والبروتين المائي معطلة للغاية بحيث لا يمكنها الحفاظ على الاقتران (JPCB 120، 12031 2016 & # 8211 ورقة هنا).

ومع ذلك ، فإن الفكرة الكاملة للاقتران بين ديناميات البروتين والماء في محيط

تم تحدي الانتقال الديناميكي 200-220 K من قبل أنطونيو بينيديتو من كلية دبلن الجامعية على أساس التشتت النيوتروني المرن من الليزوزيم (arxiv preprint 1705.03128). على وجه التحديد ، يبدأ الماء في الاسترخاء عند 179 كلفن ، في حين أن البروتين لا يفعل ذلك حتى 195 ك.

فاتني سابقًا هذه الورقة اللطيفة من H.PCCP 18، 27639 2016 & # 8211 ورقة هنا). ويبلغ عن محاكاة MD لترطيب الفالين ، ويميز بين مجموعتين من جزيئات الماء في قشرة الماء: تلك التي لديها أربعة وأقل من أربعة جيران. ويقولون إن هذا الأخير يتمتع بديناميكيات تربوية أسرع من المياه السائبة وديناميكيات توجيهية أسرع من المياه ذات التنسيق الرباعي & # 8220 رباعي السطوح & # 8221. وفي الوقت نفسه ، فإن الماء رباعي الإحداثيات في قشرة الترطيب هي & # 8220 أكثر رباعي السطوح & # 8221 من المياه السائبة في جميع درجات الحرارة. يبدو إذن أن هذا العمل يناقش قضية & # 8220tetrahedrality & # 8221 كمفهوم مفيد لتوصيف بنية المياه ، مع التنبيه بالحذر حول كيفية استخدامها وتفسيرها للجزء الأكبر.

Guanidinium عبارة عن أسموليت معقد. يمكن أن يعمل كمحول للبروتين ومثبت على حد سواء ، اعتمادًا على مضاد. قام Jan Heyda في Institut fu & # 776r Weiche Materie und Funktionale Materialien في برلين وزملاؤه بتحديد السبب ، باستخدام محاكاة MD و FTIR (J. Heyda وآخرون., جاك 139، 863 2017 & # 8211 ورقة هنا). تم تثبيت ببتيد الاختبار الخاص بهم ، وهو بولي ببتيد شبيه بالإيلاستين ، في الحالة المنهارة بواسطة كبريتات Gnd بواسطة تأثير حجم مستبعد (يتم استنفاد Gnd عند واجهة الببتيد / الماء). كان GndSCN مستقرًا بتركيزات منخفضة بفضل قدرة Gnd + & # 8217s على ربط سلاسل البوليمر ، ولكن عند التركيز الأعلى أصبح مسببًا للتشويش. في غضون ذلك ، كان GndCl مسببًا للتشبع في جميع التركيزات ، لأنه في هذه الحالة ، يتيح تقسيم الكلوريد على سطح البوليمر إمكانية تجنيد Gnd + على السطح أيضًا ، حيث يعمل على استقرار الحالة غير المطوية. مثال بياني للغاية لكيفية أهمية تفاصيل التفاعلات المباشرة بين البوليمر والأنيون والكاتيون (وربما الماء) في معرفة ما يجري.

قام نفس الفريق & # 8211 الذي يضم بول كريمر ويواكيم دزوبييلا وبافيل جونجويرث & # 8211 بتجميع مراجعة لهذه التأثيرات الخاصة بالأيونات والتي ، على ما يبدو ، ستكون مصدر الانتقال لهذا المجال بالنسبة للبعض حان الوقت (HI Okur وآخرون ، JPCB 121، 1997 2017 & # 8211 ورقة هنا). لا أحتاج إلى قول المزيد إذا كنت تريد أن تفهم كيف تطور التفكير في Hofmeister على مدار السنوات العديدة الماضية ، فهذا هو المكان الذي يجب أن تأتي إليه.

هل يلعب الماء دور المتفاعل في تكوين رابطة O-O في النظام الضوئي II؟ تم اقتراح هذه الفكرة ، حيث يعمل الماء باعتباره محبًا للنواة يهاجم مجموعة أوكسو نهائية. لكن Per Siegbahn من جامعة ستوكهولم يستخدم حسابات DFT لتحديد حواجز الطاقة الحرة لأنماط الهجوم الستة الأكثر منطقية ووجد أن هذه الحواجز كلها مرتفعة للغاية (PNAS 114، 4966 2017 & # 8211 paper here) & # 8211 فكرة تم طرحها مسبقًا ولكن تم تنقيحها هنا باستخدام البيانات الهيكلية المحسنة والأساليب الحسابية.

لم أكن أعرف حتى أن طبقات الدهون الثنائية ، مثل البروتينات ، تظهر تحولًا ديناميكيًا حوالي 200 كلفن أو نحو ذلك. لكن يبدو أنهم يفعلون ذلك. لقد درس كل من V.N.Syryamina و S.A Dzuba من الأكاديمية الروسية للعلوم في نوفوسيبيرسك نوعين من طبقات الفوسفوكولين الثنائية في الماء باستخدام تقنية (جديدة أيضًا بالنسبة لي) تسمى التحليل الطيفي لتشكيل غلاف صدى الإلكترون لمتابعة حركات الهيدروجين (الديوتيريوم) (JPCB 121، 1026 2017 & # 8211 ورقة هنا). وجدوا أن الانتقال الديناميكي في الطبقة الداخلية ثنائية الطبقة عند 188 كلفن مصحوب ببداية حركة الماء في طبقة الترطيب الأولى ، وأن انتقالًا آخر حول 100 كلفن مصحوب بحركات إعادة توجيه مقيدة للماء. ما يمكنني قوله & # 8217t من هذه النتائج هو ما إذا كان هناك أي علامة على استعباد المياه لديناميات الدهون أو العكس.

لن أتظاهر بفهم نموذج Bayseian الذي استخدمه Nathan Baker من PNNL في واشنطن وزملاؤه لتقدير الطاقات الخالية من المحلول الجزيئي الصغير (L. وآخرون ، JPCB 121، 3458 2016 & # 8211 ورقة هنا). لكنها في الأساس طريقة لتجميع العديد من الإجراءات الحسابية الأخرى ، ويبدو أنها تعمل بشكل أفضل من أي تقنيات من هذا القبيل بمعزل عن غيرها.

استخدم ميخائيل باربيو وزملاؤه من المعهد الأوروبي للأغشية في مونبلييه وزملاؤه قنوات مائية اصطناعية في الجسيمات الشحمية ، مصنوعة من إيميدازولات مكدسة ، لفحص نقل المياه على طول أسلاك المياه ، على غرار تلك التي تمر عبر أكوابورينات (إي. وآخرون ، JACS 138، 5403 2016 & # 8211 ورقة هنا). يمكن للقنوات توصيل حوالي مليون جزيء ماء في الثانية ، وهو معدل أكبر بمرتين من AQPs ، وكذلك توصيل البروتونات (ولكن ليس الأيونات الأخرى) بكفاءة. يبدو أن تماثل القنوات مهم لإنتاج اتجاه ثنائي القطب قوي في سلك الماء. اسمحوا لي أيضًا أن ألفت الانتباه إلى مراجعة Mihail & # 8217s الرائعة لقنوات المياه الاصطناعية ، والتي تتضمن هذا المثال ، في تشيم. كومون. 52، 5657 (2016) (ورقة هنا).


قناة المياه في إيميدازول مكدسة.

المزيد عن المياه المحصورة في المسام: في محاكاة MD ، يرى Xiao Cheng Zeng من جامعة نبراسكا وزملاؤه حالات سائلة منخفضة وعالية الكثافة من الماء داخل أنابيب نانوية كربونية أحادية الجدار يبلغ قطرها 1.25 نانومتر في درجة الحرارة المحيطة (K. Nomura وآخرون ، PNAS 114، 4066 2017 & # 8211 ورقة هنا). ومع ذلك ، يتم فصل المرحلتين عن طريق طور سداسي & # 8220 جليد أنبوبي & # 8221 (والذي تمت ملاحظته بالفعل تجريبياً).

كيف يتجمد الماء عند واجهات بخار السائل؟ على وجه التحديد ، هل الواجهة نفسها تنوي أو تمنع التجميد؟ هذا سؤال يتعلق بمجموعة من ظواهر العالم الحقيقي مثل تنوي الجليد في السحب وعمليات الغلاف الجوي الأخرى ، ولكن كان من الصعب دراسته تجريبيًا ، لكن أمير حاج أكبري وبابلو ديبنديتي من برينستون يدرسانها حسابياً في نانوفيلم ماء قائم بذاته بسمك 4 نانومتر (PNAS 114، 3316 2017 & # 8211 ورقة هنا). على الرغم من أن معدل تنوي الجليد في هذه الهندسة المحصورة أكبر بسبع مرات من الحجم الموجود في الكتلة ، فإن التنوي لا يبدأ في الطبقات السطحية بل في الجزء الداخلي (غير الشبيه بالجزء الأكبر) للفيلم ، حيث الظروف يفضل تكوين أقفاص مائية & # 8220double-diamond & # 8221 تعمل كبذور لتنوي ونمو مكعبات الثلج.

وهنا # 8217s أمر مثير للدهشة حقًا ، اكتشفه بابلو وأمير في ورقة أخرى تعمل مع إيليا التابت: جعل الألواح الكارهة للماء التي تحصر المياه في مساحة يزيد عرضها قليلاً عن 1 نانومتر أكثر مرونة من خلال مجرد انخفاض في الحجم في المعامل يزيد التبخر بمعدل تسع مرات من حيث الحجم ، ويقلل معدل التكثيف من البخار بما لا يقل عن 24 مرتبة من حيث الحجم ، وتغيير النطاق الزمني للعملية من نانوثانية إلى عشرات الملايين من السنين (YE Altabet) وآخرون ، PNAS 114، ورقة E2548 2017 & # 8211 هنا). هذا ، على أي حال ، هو ما تدل عليه عمليات المحاكاة للوحات 3 نانومتر مربع. يستمر التبخر عن طريق تكوين فقاعات على الأسطح التي تنمو بعد ذلك وتتحد لتشكل فجوة ممتدة. بالنسبة للألواح الصلبة ، يعد هذا الالتحام أمرًا نادرًا ، وكذلك النمو اللاحق للتجويف فوق الحجم الحرج لتنوى مرحلة البخار. للحصول على لوحات أكثر ليونة ومرونة ، تحدث هذه التكوينات بشكل متكرر أكثر. قد يكون لمثل هذه الحساسية لانتقال التجفيف إلى تغييرات طفيفة في الخواص الميكانيكية آثار على العمليات التي تنطوي على تغييرات في الماء عند بروتينات الغشاء أو بالقرب منها ، ويمكن أن يكون لها تداعيات على تصميم المواد للأسطح التي يجب التحكم في التصاق البروتين عليها.

يعد تحسين مركبات الرصاص لاكتشاف الأدوية عملاً معقدًا ، وعندما يتم ذلك عن طريق الفحص التوافقي التجريبي ، يمكن أن تكون النتائج أحيانًا غير متوقعة ، مع وضع المجموعات غير القطبية في الترابط جنبًا إلى جنب مع المجموعات القطبية في الهدف على سبيل المثال. قام أرييل فرنانديز من المعهد الأرجنتيني للرياضيات وريدجواي سكوت من جامعة شيكاغو بمراجعة طريقة لفهم بعض تلك الألغاز الواضحة التي تتضمن النظر في هياكل الترطيب ذات الصلة ، وعلى وجه الخصوص دور ما يسميه آرييل ديهدرونات (المكشوفة للماء) روابط الهيدروجين الأساسية ، والتي تؤدي إلى الإحباط في ترتيبات الترابط الهيدروجيني لجزيئات الماء المجاورة) (اتجاهات التكنولوجيا الحيوية. 35، 490 2016 & # 8211 ورقة هنا). يستخدم نهجهم برنامج WaterMap لتحديد & # 8220hot & # 8221 جزيئات الماء التي قد يتم إزاحتها بشكل مربح بواسطة رابط لزيادة طاقة الربط وخصوصية الدواء.

إن شبكة الروابط الهيدروجينية للمياه النقية مليئة بطبيعة الحال بالعيوب التي تدعم تقلبات الشبكة. بسبب القيود الطوبولوجية ، تميل هذه إلى الحدوث في أزواج مترابطة. درس علي حسنالي من ASICTP في تريستا وزملاؤه هذه الارتباطات باستخدام النمذجة ab initio modeling (P.Gasparotto وآخرون ، J. Chem. النظرية. حاسوب. 12، 1953 2016 & # 8211 ورقة هنا). يقولون أن أزواج العيوب لها بعض أوجه التشابه مع تلك الموجودة في الحالات الصلبة للماء ، وهي إلى حد ما غير حساسة لتفاصيل إمكانات المياه المستخدمة.

أحد مشاكل المياه & # 8220s المعروفة & # 8220anomalies & # 8221 هو انخفاض اللزوجة مع زيادة الضغط المطبق ، والذي يبدو أنه نتيجة لانهيار شبكة الروابط الهيدروجينية. يكون هذا التأثير أكبر في درجات الحرارة المنخفضة ، ولكن ما إذا كان هذا الاتجاه مستمرًا في المنطقة فائقة التبريد لم يتم دراسته مسبقًا. الآن قام Frédéric Caupin وزملاؤه في جامعة ليون بالتحقيق في هذا التأثير حتى 244 كلفن وضغوط تصل إلى 300 ميجا باسكال ، ووجدوا أن تقليل اللزوجة يمكن أن يكون كبيرًا بالفعل بنسبة تصل إلى 42٪ (L. وآخرون ، PNAS 114، 4312 2017 & # 8211 ورقة هنا). يجادلون بأن النتائج يمكن فهمها من خلال استدعاء نموذج من دولتين في ظل هذه الظروف: خليط من سائل عالي الكثافة & # 8220 هشة & # 8221 سائل منخفض الكثافة & # 8220strong & # 8221.

أخيرًا ، لقد تلقيت ما آمل أن يكون نظرة جديدة إلى حد ما على الأدوار العديدة للماء في البيولوجيا الجزيئية في مقال لـ PNAS، لعدد خاص عن المياه (2017 & # 8211 ورقة هنا) ، والتي آمل أن تمتد الرسالة العامة لي 2008 القس كيم مقال (ورقة هنا) باستخدام بعض الأمثلة الأكثر حداثة.


النقل في النباتات

النباتات متعددة الخلايا لها مساحة سطح صغيرة: نسبة الحجم وبالتالي سيكون الانتشار بطيئًا جدًا لتوفير المواد الضرورية مثل المياه والمعادن والسكريات وإزالة النفايات. أيضا النباتات متعددة الخلايا كبير لذلك لديك زيادة الطلب على المواد. لذلك تحتاج المصانع إلى أنظمة نقل إلى نقل المواد من وإلى الخلايا الفردية بسرعة.

(ب) وصف ، بمساعدة المخططات والصور ، توزيع نسيج الخشب واللحاء في جذور وسيقان وأوراق النباتات ثنائية الفلقة

(ج) وصف ، بمساعدة المخططات والصور ، هيكل ووظيفة أوعية نسيج الخشب وعناصر أنبوب الغربال والخلايا المصاحبة

(د) تحديد مصطلح النتح

النتح هو تبخر الماء من سطح النبات وخاصة الأوراق.

يتضمن النتح 3 عمليات:

  1. ماء يترك نسيج الخشب و يمر إلى خلايا mesopyll بواسطة التنافذ.
  2. ماء يتبخر من سطح خلايا الميزوفيل، لتشكيل بخار الماء، داخل ال المساحات الجوية.
  3. ال جهد بخار الماء في الورقة أعلى من الخارج، لذلك جزيئات الماء منتشر من الورقة.

(هـ) شرح سبب كون النتح نتيجة للتبادل الغازي

إنها الآثار الجانبية لتبادل الغازات كما يحتاج النبات إلى افتح ثغوره للسماح بدخول ثاني أكسيد الكربون حتى يتمكن من إنتاج الجلوكوز بواسطته البناء الضوئي، ولكنه أيضا يخرج الماء كما يوجد & # 8217s أ تركيز أعلى من الماء بالداخل الورقة من في الهواء بالخارج ماء يخرج من الورقة إلى أسفل التدرج المحتمل للماء عندما تكون الثغور مفتوحة.

(و) وصف العوامل التي تؤثر على معدل النتح

(ز) وصف ، بمساعدة الرسوم البيانية ، كيفية استخدام مقياس الجهد لتقدير معدلات النتح

أ مقياس الجهد يستخدم ل تقدير معدل فقدان الماء. إنه ليس مقياسًا دقيقًا ، كما هو الحال في الواقع يقيس معدل امتصاص الماء بقطع تبادل لاطلاق النار. من المهم التأكد من وجود ملفات لا توجد فقاعات هواء داخل الجهاز. يتم استبدال الماء المفقود من الورقة من الماء في الأنبوب الشعري. حركة الغضروف المفصلي في نهاية عمود الماء يمكن قياسه.

  • قطع تبادل لاطلاق النار تحت الماء إلى منع الهواء من دخول نسيج الخشب
  • قطعتبادل لاطلاق النار في منحدر إلى زيادة مساحة السطح متاح لامتصاص الماء
  • جفف الأوراق
  • يستخدم براعم غير قابلة للذبول
  • امنح الوقت ل حالة توازن ومن أجل ذلك يتأقلم
  • لاحظ أين الغضروف المفصلي في بداية و نهاية من الوقت

(ح) شرح حركة الماء بين الخلايا النباتية وبين الخلايا النباتية وبيئتها من حيث الإمكانيات المائية

(ط) وصف ، بمساعدة المخططات ، المسار الذي يتم من خلاله نقل المياه من قشرة الجذر إلى الهواء المحيط بالأوراق ، مع الإشارة إلى شريط كاسباريان ، ومسار الأبوبلاست ، ومسار سيمبلاست ، والخشب الخشبي والثغور

  1. يدخل الماء من التربة لشعر الجذر و البشرة عبر التنافذ & # 8211 من أ إمكانات مائية أعلى (تربة) إلىأكثر إمكانات المياه سلبية (نسيج)
  2. يدخل الماء القشرة بواسطة مسار أبوبلاست ما بين جدران الخلايا، ال مسار سيمبلاست عبر روابط بلازمية و ال مسار الفراغ
  3. يدخل الماء باطن الجلد الذي يحتوي على كاسباريانقطاع أي يمنع مسار أبوبلاست لذلك يجب أن يتم نقل المياه بواسطة مسار سيمبلاست السماح امتصاص انتقائي للمعادن
  4. يدخل الماء نسيج و المعادن يتم نقلها باستخدام النقل النشط أي يقلل من إمكانات المياه في ال نسيج خلق شيء التدرج المحتمل للمياه. ماء يمكن & # 8217t يمر من خلال الى القشرة مرة أخرى باسم يتم حظر الجلد الباطن

(ي) شرح الآلية التي يتم من خلالها نقل الماء من قشرة الجذر إلى الهواء المحيط بالأوراق ، مع الإشارة إلى الالتصاق والتماسك وتدفق النتح

  1. المعادن نقل بنشاط داخل ال سفن نسيج الخشب. هذه يقلل من إمكانات المياه في نسيج الخشب و ماءيتبع بالتناضح.
  2. ضغط الجذر يدفع بعض الماء لأعلى.
  3. ماء يتبخر من سطح الورقة بواسطة النتح و ضاع الماء.
  4. يجب أن يكون الماء استبدال كما يخرج الماء من نسيج الخشب في الورقة ، مما يؤدي إلى إنشاء ملف ضغط هيدروستاتيكي منخفض، وأ مكون الضغط، وهكذا توتر.
  5. جزيئات الماء تنجذب لبعضها البعض بواسطة قوى التماسك خلق شيء عمود الماء المستمر بحيث يمكن نقل المياه تدفق شامل، تم سحبه لأعلى توتر من اعلى.
  6. جزيئات الماء أيضا تنجذب إلى جدران نسيج الخشب من قبل قوى التصاق ويسبب عمل شعري.

(ك) وصف بمساعدة الرسوم البيانية والصور ، كيف تتكيف أوراق بعض النباتات الجافة لتقليل فقد الماء عن طريق النتح

نبتة زيروفيت هي نبات تم تكييفه لتقليل فقد الماء بحيث يمكنه البقاء على قيد الحياة في ظروف جافة جدًا على سبيل المثال. مرام العشب والصبار إلخ.

(ل) شرح الإزاحة بأنها عملية تتطلب الطاقة لنقل المواد المستوعبات وخاصة السكروز ، بين المصادر (مثل الأوراق) والمصارف (مثل الجذور والقنوات الأرضية)

النقل هو حركة المستوعبات (مثل السكريات & # 8211 السكروز) من خلال أنسجة اللحاء وهي عملية تتطلب الطاقة. ينتقل من المصدر إلى الغرق.

  • مصدر: من أين يصنع / أتى المماثلون (مثل الأوراق)
  • حوض: حيث يتم استخدام / تخزين المواد المقلدة (مثل الجذور ، والقنوات الإنشائية)

(م) وصف ، بمساعدة المخططات ، آلية النقل في اللحاء التي تتضمن التحميل النشط من المصدر والإزالة في الحوض ، والدليل المؤيد لهذه الآلية وضدها


8.2) امتصاص الماء

الشعر الجذري هو المكان الذي يحدث فيه معظم امتصاص الماء. فهي طويلة ورقيقة بحيث يمكنها اختراق جزيئات التربة ، ولها مساحة سطحية كبيرة لامتصاص الماء.

يمر الماء من مياه التربة إلى سيتوبلازم خلايا جذور الشعر عن طريق التناضح. يحدث هذا لأن مياه التربة لديها إمكانات مائية أعلى من سيتوبلازم خلية شعر الجذر:

يتسبب التناضح في مرور الماء إلى خلايا الشعر الجذرية ، من خلال قشرة الجذر إلى أوعية نسيج الخشب

تزيد المساحة السطحية الكبيرة لشعر الجذور من معدل امتصاص الماء بالتناضح والأيونات عن طريق النقل النشط

يوفر الجزء الممدود من شعر الجذر مساحة كبيرة لامتصاص الماء والأيونات غير العضوية.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن غشاء خلية الشعر الجذرية شبه منفذ. ما يعنيه ذلك هو أن المعادن والمياه فقط هي التي يمكن أن تمر عبر الغشاء ، ولكن ليس بالضرورة أن تتراجع.


اللحاء

تحمل أنابيب اللحاء مواد غذائية مثل السكر والأحماض الأمينية المنتجة في الأوراق أثناء عملية التمثيل الضوئي إلى كل جزء من أجزاء النبات.

تسمى حركة المواد الغذائية من خلال النبات بالانتقال.

تتكون أنابيب اللحاء من أعمدة من الخلايا الأسطوانية الحية. تقوم جدران الخلايا بين الخلايا المجاورة بتطوير ثقوب مثل منخل يسمح بالنقل عبر الأنبوب.

توضح الصورة أدناه هيكل نسيج الخشب واللحاء

يلخص الجدول أدناه النقاط الرئيسية حول نسيج الخشب واللحاء


شاهد الفيديو: التناضح محدث (كانون الثاني 2022).