27 Δεκ 2012

Υπέρυθρη όραση...


Όλοι βλέπουμε γύρω μας το κόκκινο χρώμα σε πολλές και διαφορετικές εκδοχές του.
Φανταστείτε όμως να βλέπαμε πέρα από το κόκκινο.
Τότε θα μπορούσαμε να δούμε εικόνες όπως η διπλανή, που έχει τραβηχτεί με μια υπέρυθρη κάμερα.


Ερευνητές από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν άλλαξαν τη δομή μιας πρωτεΐνης που βρίσκεται φυσικά στο ανθρώπινο μάτι ώστε να μπορεί να απορροφά ένα είδος κόκκινου φωτός το οποίο ο άνθρωπος δεν μπορεί να δει – με μήκος κύματος πολύ κοντά στο υπέρυθρο φως. Η νέα "μεταλλαγμένη" πρωτεΐνη θα μπορούσε θεωρητικώς να μας προσφέρει τη δυνατότητα να βλέπουμε στο (κατα)κόκκινο – πέρα από ό,τι μας επιτρέπει σήμερα το οπτικό φάσμα μας, όπως αναφέρεται σε σχετική δημοσίευση στην επιθεώρηση "Science".
Ο ρόλος των χρωμοφόρων
Η έγχρωμη όραση σε σχεδόν όλα τα ζώα βασίζεται σε χημικές ουσίες που ονομάζονται χρωμοφόρα και οι οποίες εντοπίζονται μέσα σε πρωτεΐνες απορροφώντας διαφορετικά μήκη κύματος φωτός. Συγκεκριμένες πρωτεϊνικές δομές πιστεύεται ότι προσδιορίζουν τι μήκος κύματος θα απορροφούν κάθε φορά τα χρωμοφόρα.
Με στόχο την καλύτερη κατανόηση της χημείας που κρύβεται πίσω από την έγχρωμη όραση ο Μπάμπακ Μπόρχαν και οι συνεργάτες του από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν προκάλεσαν μια σειρά μεταλλάξεων οι οποίες οδήγησαν σε αλλαγή της δομής ανθρώπινων πρωτεϊνών που περιέχουν χρωμοφόρα. Αυτές οι δομικές αλλαγές προκάλεσαν με τη σειρά τους μεταβολή των ηλεκτροστατικών ιδιοτήτων εντός των πρωτεϊνών με αποτέλεσμα να υποστεί μεταβολή και το φάσμα απορρόφησης των χρωμοφόρων.
Απορρόφηση κοντά στο φάσμα του υπέρυθρου φωτός
Η ερευνητική ομάδα δημιούργησε στο εργαστήριο 11 διαφορετικές τεχνητές πρωτεΐνες και χρησιμοποίησε την τεχνολογία της φασματοφωτομετρίας, η οποία συγκρίνει την ένταση του φωτός που μπαίνει και βγαίνει από ένα δείγμα, προκειμένου να προσδιορίσει ποια ακριβώς μήκη κύματος φωτός μπορούσαν να απορροφήσουν τα χρωμοφόρα των πρωτεϊνών. Όπως προέκυψε, τα χρωμοφόρα μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης μπορούσαν να απορροφήσουν κόκκινο φως με μήκος κύματος της τάξεως των 644 νανομέτρων – πολύ κοντά στο μήκος κύματος του υπέρυθρου φωτός που ξεκινά από τα περίπου 750 νανόμετρα. Αυτό ήταν αναπάντεχο για τους ερευνητές με δεδομένο ότι τα φυσικά χρωμοφόρα έχουν μέγιστο βαθμό απορρόφησης της τάξεως των περίπου 560 νανομέτρων
"Εκπλαγήκαμε" ανέφερε ο δρ Μπόρχαν και προσέθεσε ότι "δεν ξέρουμε εάν το όριο απορρόφησης που είδαμε είναι και το μεγαλύτερο. Μπορεί να υπάρχει και πιο μεγάλο".
Βλέποντας πράσινα με την υπέρυθρη όραση
Αν αυτές οι πρωτεΐνες ήταν παρούσες στο ανθρώπινο μάτι τότε θα μπορούσαμε να δούμε τύπους κόκκινου φωτός που σήμερα είναι αόρατοι, εξήγησε ο δεύτερος συγγραφέας της νέας μελέτης Τζέιμς Γκέιτζερ, επίσης από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν. Με δεδομένο όμως ότι τα αντικείμενα ανακλούν μια μείξη διαφορετικών χρωμάτων φωτός, ο κόσμος γύρω μας δεν θα έμοιαζε αποκλειστικά πιο κόκκινος. "Κάτι που πριν το βλέπαμε λευκό, θα έδειχνε πράσινο με τη νέα υπέρυθρη όραση" ανέφερε ο δρ Γκέιτζερ.
Ο Μάρκο Γκαραβέλι από το Πανεπιστήμιο της Μπολόνια στην Ιταλία σημείωσε ότι μελλοντικά "ίσως είμαστε σε θέση να προκαλούμε μεταλλάξεις στους οπτικούς υποδοχείς οι οποίες θα επιτρέπουν να βλέπουμε χρώματα πέρα από το φυσικό φάσμα". Ο ειδικός συμπλήρωσε πάντως ότι δεν είναι σαφές εάν αυτές οι τροποποιημένες πρωτεΐνες θα επηρεάζουν τη νευρική σήμανση στον εγκέφαλο.
Χρήση στην ιατρική απεικόνιση
Προς το παρόν πάντως η ερευνητική ομάδα από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν ελπίζει ότι οι τροποποιημένες πρωτεΐνες της θα αποδειχθούν χρήσιμες στις ιατρικές απεικονιστικές τεχνικές. Σήμερα προκειμένου να απεικονιστούν συγκεκριμένα κύτταρα τα οποία επιθυμούν να μελετήσουν κάθε φορά οι ειδικοί, χρησιμοποιούνται πράσινες φθορίζουσες πρωτεΐνες οι οποίες προσδένονται στα κύτταρα αυτά. Έτσι τα κύτταρα φθορίζουν κάτω από υπεριώδες φως. Η αντικατάσταση αυτών των πρωτεϊνών με τις νέες πρωτεΐνες θα επιτρέπει την απορρόφηση φωτός μεγαλύτερου μήκους κύματος. Καθώς τα μεγαλύτερα μήκη κύματος μπορούν να διεισδύσουν πιο βαθιά στο σώμα, πιθανότατα οι τεχνητές πρωτεΐνες των ειδικών από το Μίσιγκαν να προσφέρουν και μια καθαρότερη εικόνα των ιστών που είναι… καλά κρυμμένοι εντός μας.

Πηγή : in.gr

23 Δεκ 2012

Χημικά Δώρα 2013

Επειδή είναι παραμονές γιορτών, μερικές πρωτότυπες ιδέες για δώρα σε χημικούς και μη :

  • Κρασί Cabernet Sauvignon από τη Napa Valley : με ετικέτα τις αντιδράσεις που γίνονται κατά την οινοποίηση εδώ
  • Χημικά κουπ πατ : δώστε στα γλυκά σας σχήματα δοκιμαστικών σωλήνων, κωνικών φιαλών, ποτηριών ζέσεως ή ατόμων εδώ
  • Σετ αρχάριου στη μοριακή γαστρονομία εδώ 
  • Μινιατούρα αποστακτήριο : μετατρέψτε το κρασί σε μπράντι και τη μπίρα σε ουίσκι εδώ 
  • Τράπουλα με τον περιοδικό πίνακα : φουλ του ασβεστίου με χλώριο... εδώ 
  • T-shirts : "I speak IUPAC" ή με "περίεργα" στοιχεία, όπως το στοιχείο της έκπληξης (Οmg) εδώ και εδώ
  • Είδη γραφείου : ημερολόγιο Niels Bohr (για τα 100 χρόνια από το πρότυπο Bohr) ή mouse pad με τις σημαντικότερες ομόλογες σειρές της οργανικής χημείας, τον τύπο της σεροτονίνης, τον περιοδικό πίνακα και άλλα εδώ και εδώ
         Και βέβαια πάντα βιβλία με χημεία...

                                                                                    
Η ανάρτηση αυτή είναι η 100στή... Όταν ξεκίνησα αυτό το blog πριν ένα χρόνο περίπου για τις ανάγκες του Β΄ επιπέδου ΤΠΕ, δεν φανταζόμουν ότι θα συμπλήρωνα 100 αναρτήσεις σε τόσο μικρό χρονικό διάστημα.
Όμως, επειδή ακριβώς "η Χημεία είναι παντού", είτε δημοσιεύοντας άρθρα που ήδη υπήρχαν, είτε βρίσκοντας άρθρα από περιοδικά και ιστοσελίδες, συμπληρώθηκε ο αριθμός αυτός στο διάστημα αυτό.
Θα συνεχίσω όπως άρχισα...

22 Δεκ 2012

Τα σημαντικότερα επιτεύγματα του 2012 σύμφωνα με το Science

Για άλλη μια φορά οι συντάκτες της επιθεώρησης "Science" επέλεξαν τα σημαντικότερα επιστημονικά γεγονότα της χρονιάς που σε λίγο θα μας αφήσει, όπως αυτά παρουσιάστηκαν μέσα από δημοσιεύσεις στις σελίδες της έγκριτης επιθεώρησης.
Ο πρωταγωνιστής" της καθιερωμένης λίστας των 10 θέσεων ήταν μάλλον αναμενόμενος: πρόκειται για το μποζόνιο Χιγκς η ύπαρξη του οποίου προβλέφθηκε θεωρητικώς πριν από περισσότερο από 40 χρόνια από τον Πίτερ Χιγκς αλλά τον περασμένο Ιούλιο επιστήμονες ανέφεραν ότι αυτή η θεωρία μάλλον έγινε… πράξη. Το θεμελιώδες αυτό σωματίδιο το οποίο πιθανότατα "συνέλαβαν" οι ερευνητές εκτιμάται ότι κρατά το κλειδί στην ερώτηση σχετικά με το γιατί τα στοιχειώδη σωματίδια έχουν μάζες.
Και μπορεί το μποζόνιο να κέρδισε τη μάχη της πρωτιάς, ωστόσο εξίσου ενδιαφέροντα είναι και τα υπόλοιπα εννέα επιτεύγματα του 2012 που συμπληρώνουν τη δεκάδα και τα οποία καλύπτουν όλα τα γούστα: περιλαμβάνουν από την προσεδάφιση του Curiosity στον Αρη και τις "γεύσεις" των νετρίνων, ως τους ρομποτικούς βραχίονες που βοηθούν τυφλούς, τα ωάρια από βλαστικά κύτταρα αλλά και το γονιδίωμα ενός μυστηριώδους είδους ανθρώπου που έζησε στον πλανήτη πριν από δεκάδες χιλιάδες χρόνια.

Ολόκληρη η λίστα με τα επιστημονικά επιτεύγματα στο  "ΒΗΜΑ Science"

1 Δεκ 2012

Πικρή χημεία

Η πικρή γεύση (bitter taste, bitterness) αναγνωρίζεται από τον άνθρωπο ως μια δυσάρεστη, οξεία ή ενοχλητική γεύση. Θεωρείται ότι αναπτύχθηκε στον άνθρωπο ως άμυνα κατά των δηλητηριωδών ουσιών, που είναι συνήθως πικρές, σε αντίθεση με τις ευχάριστες γεύσεις που ωθούσαν τον άνθρωπο στην πρόσληψη θρεπτικών ουσιών (υδατάνθρακες, πρωτεΐνες).  Ωστόσο, δεν είναι τοξικές όλες οι πικρές ουσίες (όπως π.χ. ο καφές), όπως επίσης δεν είναι αβλαβείς όλες οι γλυκές ουσίες.
Η πικρή γεύση συχνά συνδέεται με την παρουσία κάποιων οργανικών ενώσεων  του αζώτου, τα αλκαλοειδή. Τα αλκαλοειδή είναι μια μεγάλη τάξη ενώσεων με πολύπλοκες δομές. Τα περισσότερα από αυτά βρίσκονται σε ειδικές θέσεις ενός φυτού και συνήθως αποτελούν μέρος της άμυνάς του. Τέτοια αλκαλοειδή έχουν χρησιμοποιηθεί σαν φάρμακα επί αιώνες. Πολλά από αυτά που υπάρχουν στη φύση έχουν συντεθεί στο εργαστήριο. Ακόμα περισσότερο, στην προσπάθεια της διερεύνησης της δομής των αλκαλοειδών, οι χημικοί έχουν δημιουργήσει ενώσεις με ιδιότητες πολύ καλύτερες από την αρχική ένωση, όταν χρησιμοποιείται ως φάρμακο. Μελετώντας τη δομή και αντικαθιστώντας ορισμένες ομάδες στα μόρια των αλκαλοειδών, παράγονται ενώσεις με επιθυμητές ιδιότητες (π.χ. παυσίπονα), χωρίς τις δυσάρεστες παρενέργειες του φυσικού φαρμάκου.
Τα αλκαλοειδή περιλαμβάνουν τη στρυχνίνη, την καφεΐνη, τη νικοτίνη, αλλά ακόμα τη σολανίνη, που υπάρχει στις πατάτες και τις μελιτζάνες. Πολλά από τα αλκαλοειδή είναι δηλητηριώδη και η ικανότητα να ανιχνεύονται μέσω της γεύσης μπορεί να έχει αυξηθεί λόγω προσαρμογής του ανθρώπου στην επιβίωση. Αυτό ενισχύεται από το γεγονός ότι σε πολύ λίγες περιπτώσεις η πικρή γεύση συνδέεται με ευχαρίστηση.
Η δημιουργία πικρής γεύσης σε κάποια απεριτίφ (π.χ. Campari) μπορεί να είναι μακρινή ηχώ της προσπάθειας των προγόνων μας για επιβίωση. Καθώς η πικρή γεύση προκαλεί την έκκριση σάλιου, για μας μπορεί να είναι πρελούδιο για ένα γεύμα, αλλά για εκείνους που ζούσαν σε περιβάλλοντα πολύ πιο σκληρά από κοκτέιλ-πάρτι, η αύξηση της σιελόρροιας μπορεί να ήταν η τελευταία γραμμή άμυνας ενάντια στα δηλητήρια.

Η αντίληψη της πικρής γεύσης, οι αντίστοιχοι γευστικοί υποδοχείς και οι σχετικοί μηχανισμοί έχουν εξετασθεί περισσότερο, σε σχέση με τις υπόλοιπες βασικές γεύσεις. Η έρευνα έδειξε ότι υπάρχουν οι γευστικοί υποδοχείς TAS2R (taste receptors, type 2) που είναι συμπλοκοποιημένοι με την  G πρωτεΐνη  (gustducin) και είναι υπεύθυνοι για την ικανότητα του ανθρώπου να αναγνωρίζει τις πικρές ουσίες. Οι υποδοχείς αυτοί αναγνωρίζονται όχι μόνο από την ικανότητα αντίληψης της πικρής γεύσης ορισμένων ουσιών, αλλά και από τη μορφολογία των υποδοχέων καθαυτών (επιφανειακή πρόσδεση).
Η ένταση της αντίληψης διάφορων γεύσεων έναντι συγκεκριμένων ουσιών αποτελεί γενετικό χαρακτηριστικό, εφόσον η παρουσία ή όχι ορισμένων περιοχών στο γονιδίωμα αντιστοιχούν στην παρουσία ή όχι θέσεων σύνδεσης των γευστικών υποδοχέων με τις ουσίες αυτές. Είναι χαρακτηριστική η περίπτωση των ουσιών φαινυλοθειοκαρβαμιδίου (PTC) και 6-κ-προπυλοθειο-ουρακίλης (PROP), οι οποίες χρησιμοποιούνται για τη μελέτη του γενετικού υπόβαθρου της πικρής γεύσης (genetic taste markers). Για ορισμένους ανθρώπους οι ουσίες αυτές είναι πικρές και για άλλους τελείως άγευστες.
Οι ιδιότητες αυτές έχουν γίνει αντικείμενο πολλών γενετικών ερευνών, αλλά και της εξελικτικής γενετικής, δηλαδή του πώς αναπτύχθηκε η ανθρώπινη γεύση και ιδιαίτερα η ευαισθησία προς τις πικρές ουσίες.

Η ουσία με την πιο ισχυρή πικρή γεύση μεταξύ των γνωστών χημικών ουσιών είναι το βενζοϊκό δενατόνιο. Η χρήση του είναι υποχρεωτική σε ορισμένα τοξικά προϊόντα για λόγους ασφαλείας, γιατί τα καθιστά τόσο πικρά και απωθητικά στη γεύση που ο άνθρωπος ή τα ζώα δεν μπορούν να τα καταπιούν. Χαρακτηριστικά αναφέρεται ότι η πικρή γεύση του γίνεται αντιληπτή ακόμη και σε αραίωση 1:50.000.000. Συνήθως επαρκεί μια συγκέντρωση 10ppm (0,001%) σε ένα υγρό προϊόν για να το καταστήσει γευστικά ανυπόφορο για τον άνθρωπο, χωρίς στη συγκέντρωση αυτή να μεταβάλλει κάποια από τις υπόλοιπες χρήσιμες ιδιότητες του προϊόντος.

Δείτε ακόμη :
Γλυκιά χημεία (σε αυτό το ιστολόγιο)

Βενζοϊκό δενατόνιο και βασικές γεύσεις γενικότερα ("χημική ένωση του μήνα" Τμήμα Χημείας Πανεπιστημίου Αθήνας)