Устойчивость аминок-т, белков и нукл к-т к выс температуре ПРИ ВЫСОКОМ ДАВЛЕНИИ

Автор Alexy, января 29, 2013, 19:50:12

« назад - далее »

Alexy

Могут ли при тех сочитаниях температур и давлений, в которых на Юпитере находится жидкий (но не металлический) водород (насколько я понял, это до 6000 К и 200 ГПа), в принципе существовать аминокислоты, (хотя бы некоторые) белки, нуклеиновые кислоты?

Если не могут, то какие температуры они могли бы выдерживать при 200 гПа (для сравн это в ~2000 раз больше, чеммм на дне Марианской впадины - 108,6 МПа)?

Кто-то мог бы объяснить, почему на следующем рисунке (взятом отсюда) показана "сжимаемая жидкость" (вверху по центру)?
Я думал, что даже сверхкритическую жидкость так же, как и обычную, под действием давления (почти) нельзя сжать плотнее опряделённого значения плотности (но зато в отличие от обычной жидкости, при уменьшении давления она уменьшает свою плотность, плавно (без поверхности раздела) становясь паром?)
А показанный участок фазовой диаграммы вообще не относится к сверхкритической жидкости

А что показывает зелёная пунктирная линия?

василий андреевич

На приведенной диаграмме нет такого параметра, как объем, а потому о сжимаемости судить нельзя. Выход зеленой линии на площадку говорит только о том, что можно увеличивать температуру без того, что бы это вызвало рост давления. Это уже что-то из серии "квантовой" жидкости. (зеленый пунктир прост - это лед для воды)
  Другое дело, что породы в мантии Земли, тоже своего рода "суперкритические жидкости", которые не текут. Т.е. при таких давлениях возможен отрыв внешних электронов даже у неметаллов. При этом атомы составляют квазикристаллическую структуру, а электроны ответственны за теплопередачу - получается "электронная жидкость".

Влад

Цитата: Alexy от января 29, 2013, 19:50:12

А что показывает зелёная пунктирная линия?
Граница между льдом и водой.
При высоких давлениях снижается температура замерзания воды.

Роман Джиров

Из энциклопедии:
http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1165.html
ЦитироватьПри давлениях в неск. сотен МПа происходит денатурация белков, при этом меняются их антигенные св-ва, снижается активность токсинов. Особенно чувствительны к давлению процессы образования связей белок-лиганд и белок-белок. Так, для белков характерно значит. уменьшение скорости ассоциации с повышением давления (1122-52.jpg положительны и могут исчисляться сотнями см3/моль). Денатурирующее влияние давления зависит от природы белка, т-ры и рН среды. Напр., овальбумин необратимо коагулирует при 800 МПа, тогда как р-ры альбумина не претерпевают изменений даже при 1,9 ГПа. Давление может препятствовать тепловой денатурации белка и даже вызывать ренатурацию белка, денатурированного нагреванием. Большинство ферментов инактивируется под действием давления. Напр., активность пепсина снижается с повышением давления и при 600 МПа исчезает. Однако в ряде случаев давление стимулирует активность ферментов. Так, активность ксантиндегидрогеназы с ростом давления возрастает и проходит через максимум: при 500 МПа ее реакционная способность в 7-8 раз выше, а при 600 МПа лишь в 4 раза превышает активность этого фермента при атмосферном давлении. Выше 600 МПа наступает полная инактивация ксантиндегидрогеназы. Р-ры молекул ДНК устойчивы к давлению: они не претерпевают изменений даже при сжатии до 1,9 ГПа.
Комент к цитате - тут сказано, что происходит денатурация белка от давления и наоборот, сказано, что давление может препятствовать тепловой денатурации. Ошибки в обоих случаях нет - просто повышенное давление (порядка 10-50 МПа) действительно препятствует тепловой денатурации белков, но вот высокие и сверхвысокие давления - уже сами вызывают денатурацию.

Еще когда-то читал тему на форуме, но вот не помню, жаль, на каком. Астрофорум, Авиабаза или Новости Космонавтики, один из них. Народ серьезно разбирал возможность существования белковой жизни на Юпитере, серьезно рыли литературу, и вынесли единогласный вердикт, что никакая белковая форма существовать там не может, и именно по причине давления.

Alexy

Цитата: Роман Джиров от января 31, 2013, 15:31:32Еще когда-то читал тему на форуме, но вот не помню, жаль, на каком. Астрофорум, Авиабаза или Новости Космонавтики, один из них. Народ серьезно разбирал возможность существования белковой жизни на Юпитере, серьезно рыли литературу, и вынесли единогласный вердикт, что никакая белковая форма существовать там не может, и именно ПО ПРИЧИНЕ ДАВЛЕНИЯ
Сильно сомневаюсьв познаниях астрономов по вопросам биохимии и жизни вообще

Alexy

Цитата: Роман Джиров от января 31, 2013, 15:31:32Из энциклопедии http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1165.html
ЦитироватьПри давлениях в неск. сотен МПа происходит денатурация белков, при этом меняются их антигенные св-ва, снижается активность токсинов. Особенно чувствительны к давлению процессы образования связей белок-лиганд и белок-белок. Так, для белков характерно значит. уменьшение скорости ассоциации с повышением давления (1122-52.jpg положительны и могут исчисляться сотнями см3/моль). Денатурирующее влияние давления зависит от природы белка, т-ры и рН среды. Напр., овальбумин необратимо коагулирует при 800 МПа, тогда как р-ры альбумина не претерпевают изменений даже при 1,9 ГПа. Давление может препятствовать тепловой денатурации белка и даже вызывать ренатурацию белка, денатурированного нагреванием. Большинство ферментов инактивируется под действием давления. Напр., активность пепсина снижается с повышением давления и при 600 МПа исчезает. Однако в ряде случаев давление стимулирует активность ферментов. Так, активность ксантиндегидрогеназы с ростом давления возрастает и проходит через максимум: при 500 МПа ее реакционная способность в 7-8 раз выше, а при 600 МПа лишь в 4 раза превышает активность этого фермента при атмосферном давлении. Выше 600 МПа наступает полная инактивация ксантиндегидрогеназы. Р-ры молекул ДНК устойчивы к давлению: они не претерпевают изменений даже при сжатии до 1,9 ГПа.
Комент к цитате - тут сказано, что происходит денатурация белка от давления и наоборот, сказано, что давление может препятствовать тепловой денатурации. Ошибки в обоих случаях нет - просто ПОВЫШЕННОЕ давление (порядка 10-50 МПа) действительно препятствует тепловой денатурации белков, но вот ВЫСОКИЕ И СВЕРХВЫСОКИЕ давления - уже сами вызывают денатурацию
Спасибо!
А какой белок является рекордсменом по активности и "наитивности" при высоких давлениях?
Найдутся ли такие, что переносят сотни ГПа?

Возможно в условиях с иными давлениями могли наэволюционировать белки, отличные от земных по устойчивости в соответствующем диапазоне высокого давления и возможно даже необходимости определённого диапазона высоких давлений для нативности и активности?

Alexy

Цитата: Влад от января 30, 2013, 12:36:57
Цитата: Alexy от января 29, 2013, 19:50:12А что показывает зелёная пунктирная линия?
Граница между льдом и водой.
При высоких давлениях снижается температура замерзания воды
А что тогда показывает зелёная сплошная?

Влад

Цитата: Alexy от января 31, 2013, 22:18:14
Цитата: Влад от января 30, 2013, 12:36:57
Цитата: Alexy от января 29, 2013, 19:50:12А что показывает зелёная пунктирная линия?
Граница между льдом и водой.
При высоких давлениях снижается температура замерзания воды
А что тогда показывает зелёная сплошная?

Чем соблазнителен этот форум?
Тем что здесь легко почувствовать себя самым эрудированным.

Зелёная сплошная это граница между твёрдой и жидкой фазой для обычных веществ, а не для таких фриков как вода.

Дем

Цитата: Роман Джиров от января 31, 2013, 15:31:32Комент к цитате - тут сказано, что происходит денатурация белка от давления и наоборот, сказано, что давление может препятствовать тепловой денатурации. Ошибки в обоих случаях нет - просто повышенное давление (порядка 10-50 МПа) действительно препятствует тепловой денатурации белков, но вот высокие и сверхвысокие давления - уже сами вызывают денатурацию.
такая денатурация - палка о двух концах. От давления изменяется 3D-структура - и старые связи рвутся, да. Но вполне могут возникать новые в других местах.


ЗЫ. А вода хоть и с особенностями, но не так уж и отличается...

Влад

Ну может в масштабах Вселенной или хотя бы Юпитера и не так уж.
А в Земных условиях достаточно отличается.
" Минимальная температура плавления (–21,985 °С) достигается при давлении 208,566 МПа (2058 атм)."
В Земных условиях кривая плавления льда идёт налево, налево ....

Alexy

Так в чём разница между 2-мя рисунками?

Первый менее точен в том, что на нём выше тройной точки кривая плавления льда сначала отклоняется направо, а потом налево (а должна идти от тройной точки (почти?) строго вертикально вверх, и отклоняться налево только после превышения ~10^7 Па?)?

Кто-то может объяснить, почему на первом рисунке левее вертикали, проведённой из критической точки, стоит надпись СЖИМАЕМАЯ жидкость? Сжимаемой, насколько я понимаю, должна быть именно суперкритическая полужидкость- полугаз (расположенная правее упомянутой вертикали)?
И то наверное сжиматься она может лишь до определённого предела? (Есть ли где-то график зависимости плотности суперкритической жидкости от давления при разных температурах?

Влад

А где Вы увидели на первом рисунке Па.
Он ведь весьма схематичен, что бы от него чего то требовать.
А несжимаемая жидкость это такая же абстракция и упрощение, как абсолютно твёрдое тело.

Alexy

Жидкая вода (при неизменной температуре) сжимается любым большим давлением, если я правильно помню, лишь на долю процента (далее при превышении определённого лимита гигантских давлений она перейдёт в лёдVII)?

Наверное создатели первого рисунка под "сжимаемой жидкостью" имели в виду больший % уменьшения объёма при повышении давления и неизменной температуре?

Роман Джиров

Цитата: Alexy от января 31, 2013, 21:56:13Сильно сомневаюсь в познаниях астрономов по вопросам биохимии и жизни вообще
Да там не только астрономы, равно как и здесь не только палеонтологи.
И тут даже не к биологу вопрос, а скорее к физ-химику вопрос, нежели даже к биохимику.
Я не тот ни другой, но мне показалось, что люди достаточно компетентные обсуждали вопрос. Но, опять же, могу быть неправ, потому как сам некомпетентен.

ЦитироватьСпасибо!
А какой белок является рекордсменом по активности и "наитивности" при высоких давлениях? Найдутся ли такие, что переносят сотни ГПа?
Незачто.
Но дальше увы и ах, спрашивать меня бесполезно, все что больше явно выше предела моих знаний.
О пределе давления - обычно везде стоит цифра предела давления для белка 500-1000 Мпа.
Сотни гигапаскаль кажутся явно недостижимым, запредельным значением на этом фоне. Опять же - если правильно помню, то при таких давлениях даже электронные связи в атомах начинают изменятся, а то какая-то белка структура, который денатурирует от любого чиха. Очень сомнительно.
Впрочем, опять же - точно не знаю, не уверен.

василий андреевич

Цитата: Alexy от февраля 01, 2013, 17:00:52
Так в чём разница между 2-мя рисунками?
Первый рисунок более теоретически общий, кстати, там даже не сказано, что имеется ввиду вода. Второй - конкретно о воде.
  Есть хорошая теория газов, есть универсальная газовая постоянная, выведенная для идеального газа и работающая для одноатомных (дли иных добавляются коэффициенты). С теорией твердого (кристаллического) тела кое-как удается разобраться с помощью фононного "газа". Для жидкостей типа воды общепринятой теории нет. Теоретики поступают примерно так, берут ун.газ.постоянную при вычислениях хоть для жидкостей, хоть для твердых тел и подбирают параметры, как-то согласующие представления из первого рисунка с практикой наблюдений. Но наблюдать медленные процессы при сверхдавлениях негде - мы не можем этого сделать лабораторно. Потому и появляются названия сверх и супер.
  И еще раз, диаграмма в координатах давление-температура не может быть расшифровываемой в отношении плотностей, несмотря на то, что статическое давление и плотность имеют одинаковую размерность. Дело в том, что как только разговор заходит о переустройстве внутренней структуры, тепло становится неотличимо от работы, а давление от температуры. Изменения объема вообще повисают в "воздухе". Плотность становится понятием удельной энергии, и эта энергия поглощается (утилизируется) телом за счет фазовых переходов. Твердое тело под большим давлением вовсе не кристалл и не жидкость, его даже аморфным назвать нельзя. Это уже квазикристалл, изменяющий структуру дальнего порядка путем захвата или высвобождения энергии.
  Простейший квазикристалл - это парафин. Расплавленный парафин - это не жидкость, а квазикристалл, при поглощении внешней энергии его удлиненные молекулы начинают вращаться, т.е. как бы "нагреваются" без увеличения температуры, но при увеличении плотности внутренней энергии. Здесь тепло/хаос осуществляет фазовый переход в работа/порядок. Отсюда, жидкость, сжимаемая жидкость, суперкритическая жидкость - это условности, что бы скрыть "неопределенности".
  П.п. Алексей, это очень сложно, Вам даже авторы не ответят на Ваши вопросы "влоб". Но на нашем урвне поговорить можно. Тем более, что практически вся органика и белки в том числе - это квазикристаллы.