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Água # - Biologia

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A água é uma substância única cujas propriedades especiais estão intimamente ligadas aos processos da vida. A água solvata ou "molha" a célula e as moléculas nela contidas, desempenha um papel fundamental como reagente ou produto em um número incontável de reações bioquímicas e medeia as interações entre as moléculas dentro e fora da célula. Muitas das propriedades importantes da água derivam da natureza polar da molécula, que pode ser rastreada até as moléculas polares cujo dipolo se origina de suas ligações covalentes polares entre hidrogênio e oxigênio.

No BIS2A, o papel ubíquo da água em quase todos os processos biológicos é fácil de ignorar ao ser pego nos detalhes de processos específicos, proteínas, as funções dos ácidos nucléicos e em seu entusiasmo por máquinas moleculares (isso vai acontecer). Acontece, no entanto, que a água desempenha um papel fundamental em todos esses processos e precisaremos estar continuamente cientes do papel que a água está desempenhando se quisermos desenvolver uma compreensão mais funcional. Fique atento e preste atenção também quando seu instrutor apontar isso.

No estado líquido, as moléculas individuais de água interagem umas com as outras por meio de uma rede de ligações de hidrogênio dinâmicas que estão sendo formadas e quebradas constantemente. A água também interage com outras moléculas que possuem grupos funcionais carregados e / ou grupos funcionais com doadores ou aceitadores de ligações de hidrogênio. Uma substância com caráter polar ou carregado suficiente pode se dissolver ou ser altamente miscível em água é referida como sendo hidrofílico (hidro- = “água”; -fílico = “amando”). Em contraste, as moléculas com caracteres mais apolares, como óleos e gorduras, não interagem bem com a água e se separam dela, em vez de se dissolverem nela, como vemos em molhos para salada contendo óleo e vinagre (uma solução ácida de água). Esses compostos não polares são chamados hidrofóbico (hidro- = “água”; -fóbico = “temor”). Consideraremos alguns dos componentes energéticos desses tipos de reações em outro capítulo.

figura 1. No estado líquido, a água forma uma rede dinâmica de ligações de hidrogênio entre moléculas individuais. São mostrados um par doador-aceitador.
Atribuição: Marc T. Facciotti (trabalho original)

Propriedades do solvente da água

Como a água é uma molécula polar com cargas ligeiramente positivas e ligeiramente negativas, os íons e as moléculas polares podem se dissolver facilmente nela. Portanto, a água é referida como um solvente, uma substância capaz de dissolver outras moléculas polares e compostos iônicos. As cargas associadas a essas moléculas formarão ligações de hidrogênio com a água, envolvendo a partícula com moléculas de água. Isso é conhecido como esfera de hidratação, ou uma concha de hidratação e serve para manter as partículas separadas ou dispersas na água.

Quando os compostos iônicos são adicionados à água, os íons individuais interagem com as regiões polares das moléculas de água, e as ligações iônicas são provavelmente interrompidas no processo denominado dissociação. A dissociação ocorre quando átomos ou grupos de átomos se separam das moléculas e formam íons. Considere o sal de cozinha (NaCl ou cloreto de sódio). Um bloco seco de NaCl é mantido unido por ligações iônicas e é difícil de dissociar. Quando os cristais de NaCl são adicionados à água, no entanto, as moléculas de NaCl se dissociam em Na+ e Clíons e esferas de hidratação se formam em torno dos íons. O íon de sódio carregado positivamente é cercado pela carga parcialmente negativa do oxigênio da molécula de água. O íon cloreto carregado negativamente é rodeado pela carga parcialmente positiva do hidrogênio na molécula de água. Pode-se imaginar um modelo no qual as ligações iônicas no cristal são "trocadas" por muitas ligações iônicas em escala menor com os grupos polares nas moléculas de água.

Figura 2. Quando o sal de cozinha (NaCl) é misturado à água, esferas de hidratação são formadas ao redor dos íons. Esta figura representa um íon sódio (esfera azul escura) e um íon cloreto (esfera azul claro) solvatados em um "mar" de água. Observe como os dipolos das moléculas de água ao redor dos íons estão alinhados de forma que cargas complementares / cargas parciais estão associadas umas às outras (ou seja, as cargas positivas parciais nas moléculas de água se alinham com o íon cloreto negativo, enquanto as cargas negativas parciais no oxigênio de água se alinhe com o íon de sódio carregado positivamente).
Atribuição: Ting Wang - UC Davis (obra original modificada por Marc T. Facciotti)

Nota: possível discussão

Considere o modelo de água dissolvendo um cristal de sal apresentado acima. Descreva com suas próprias palavras como esse modelo pode ser usado para explicar o que está acontecendo no nível molecular quando sal suficiente é adicionado a um volume de água que o sal não mais se dissolve (a solução atinge a saturação). Trabalhem juntos para criar uma imagem comum.

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Propriedades da água: Revisão do curso intensivo de biologia da AP®

Atenção: Esta postagem foi escrita há alguns anos e pode não refletir as últimas mudanças no programa AP & reg. Estamos atualizando gradualmente essas postagens e removeremos esta isenção de responsabilidade quando esta postagem for atualizada. Obrigado pela sua paciência!


Biologia de água doce

Biologia de água doce é o estudo biológico científico dos ecossistemas de água doce e é um ramo da limnologia. Este campo busca compreender as relações entre os organismos vivos em seu ambiente físico. Esses ambientes físicos podem incluir rios, lagos, riachos, lagoas, lagos, reservatórios ou pântanos. [1] O conhecimento desta disciplina também é amplamente utilizado em processos industriais para fazer uso de processos biológicos envolvidos com tratamento de esgoto [2] e purificação de água. A presença e o fluxo da água são aspectos essenciais para a distribuição e influência das espécies quando e onde as espécies interagem em ambientes de água doce. [1]

No Reino Unido, a Freshwater Biological Association [3] com sede perto de Windermere em Cumbria foi uma das primeiras instituições a pesquisar a biologia da água doce e promover os conceitos de trofismo em lagos e demonstrou o processo de migração da água oligotrófica através da mesotrófica para o pântano.

A biologia de água doce também é usada para estudar os efeitos das mudanças climáticas e do aumento do impacto humano nos sistemas aquáticos e em ecossistemas mais amplos. [4]

  1. ^ umab Castillo-Escrivà, Andreu Aguilar-Alberola, Josep A. Mesquita-Joanes, Francesc (01-06-2017). "Os efeitos espaciais e ambientais em uma metacomunidade de piscina rochosa dependem da configuração da paisagem e do modo de dispersão". Biologia de Água Doce. 62 (6): 1004–1011. doi: 10.1111 / fwb.12920. ISSN1365-2427.
  2. ^Universidade Aberta - Processos de tratamento de esgoto
  3. ^Site da Freshwater Biological Association
  4. ^
  5. Rockström, Johan Steffen, Will Noone, Kevin Persson, Åsa Chapin, F. Stuart Lambin, Eric F. Lenton, Timothy M. Scheffer, Marten Folke, Carl (2009). "Um espaço operacional seguro para a humanidade" (PDF). Natureza. 461 (7263): 472–475. doi: 10.1038 / 461472a. PMID19779433.

Este artigo é um esboço sobre Ecologia. Você pode ajudar a Wikipedia expandindo-a.


A importância biológica da água

O primeiro tópico que abordei no AS Level Biology foi sobre moléculas de importância biológica. A água é uma substância em grande abundância neste planeta e tem uma importância significativa para nossas vidas. Sem ela, não poderíamos viver, e não simplesmente porque morreríamos de sede. Algumas das notas aqui também são relevantes para a Química AS, mas tenha cuidado, pois especificações diferentes podem solicitar informações sobre propriedades anômalas diferentes, portanto, certifique-se de verificar o programa do seu exame!

As propriedades da água

Uma molécula de água consiste em dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio, no entanto, os elétrons na ligação covalente não são compartilhados igualmente. O átomo de oxigênio tem maior eletronegatividade, o que significa que tem maior atração sobre os elétrons. Devido a isso, cada molécula de água tem regiões ligeiramente negativas e ligeiramente positivas.

As extremidades negativa e positiva das moléculas de água se atraem para formar ligações de hidrogênio. Essas ligações de hidrogênio dão à água muitas de suas propriedades únicas. Compostos com moléculas semelhantes ao tamanho da água são geralmente gases. Como cada molécula de água pode formar ligações de hidrogênio com até 4 outras moléculas de água, a água é um líquido em temperatura ambiente.

As substâncias polares e iônicas têm uma carga eletrostática, portanto, são atraídas pelas cargas das moléculas de água e se dissolvem prontamente. Substâncias apolares, como o óleo, não se dissolvem na água, pois não possuem moléculas carregadas. Quando um sal se dissolve na água, os íons se separam e uma camada de moléculas de água se forma ao redor dos íons. Essas camadas evitam que íons ou moléculas polares se aglutinem, mantendo as partículas em solução.

Em uma interface entre o ar e a água, uma molécula de água na superfície forma ligações de hidrogênio com outras moléculas ao redor e abaixo dela, mas não com as moléculas de ar acima dela. A distribuição desigual de ligações produz uma força chamada tensão superficial, que faz com que a superfície da água se contraia e forme uma película surpreendentemente resistente ou "película".

A água é mais densa a 4 o C. Quando a água congela, as ligações de hidrogênio entre as moléculas formam uma rede rígida que mantém as moléculas mais separadas do que na água líquida. O gelo, tendo se expandido ao congelar, é menos denso do que sua contraparte líquida e, portanto, flutua na água.

A água é ‘molhada’ porque gruda nas coisas. Isso ocorre porque suas moléculas podem formar ligações de hidrogênio com outras substâncias polares. Isso é chamado de adesão. A atração entre moléculas de substâncias semelhantes é chamada de coesão. Dessa forma, as moléculas de água se unem, o que permite que a água entre e se mova ao longo de espaços muito estreitos, em um processo denominado capilaridade.

Agua tem um alto capacidade de calor específica o que significa que ele precisa ganhar muita energia para aumentar sua temperatura. Por outro lado, também precisa perder muita energia para baixar sua temperatura. A capacidade de calor específico da água é de 4,2 kJ / g / o C

Agua tem um alto calor latente de vaporização o que significa que muita energia é necessária para evaporá-lo. Quando evapora, a água retira energia térmica da superfície em que está, o que pode ser observado na transpiração.

A água também tem uma alta calor de fusão latente o que significa que a 0 o C a água deve perder muita energia térmica antes de congelar, portanto, a água líquida pode atingir temperaturas de até -10 o C antes de formar gelo.

É transparente à luz do sol.

Tem uma densidade relativamente alta em comparação com o ar.

É difícil comprimir.

Conduz eletricidade (quando contém íons dissolvidos)

Veja se você consegue pensar em maneiras pelas quais essas propriedades são importantes para a vida.

Uma parte importante do A Level Biology é ser capaz de escrever uma dissertação clara e concisa sobre os tópicos que você abordou, especialmente porque muitas bancas de exame definem uma questão dissertativa em cada um de seus papéis. Abaixo está um exemplo de ensaio sobre a importância da água.

A importância biológica da água

A água tem várias propriedades únicas que a tornam vital não apenas para os seres humanos, mas para a sobrevivência de todos os organismos vivos. A mais notável de suas propriedades físicas é que ele é um líquido à temperatura ambiente, o que é incomum para compostos com moléculas de composição atômica semelhante. Isso se deve às ligações de hidrogênio que se formam entre cada molécula de água e até quatro outras. A água sendo um líquido à temperatura ambiente fornece um ambiente marinho para os organismos viverem, e também fornece um ambiente líquido dentro das células, o que tem uma importância significativa, pois as reações metabólicas que são essenciais para a vida ocorrem em solução.

As moléculas de água são dipolares, o que significa que têm uma região carregada positivamente e outra negativamente. As cargas dessas áreas atraem substâncias polares e iônicas que nelas se dissolvem, e as moléculas de água formam uma camada ao redor de cada íon carregado, mantendo a substância em solução. A água é conhecida como o "solvente universal", porque ela dissolve muito mais substâncias do que a maioria dos solventes comuns. Isso é de importância vital, pois todas as reações metabólicas essenciais para a vida ocorrem em solução no citoplasma das células vivas.

Outra propriedade causada pelas moléculas de água serem dipolares é que a água é adesiva, e essa adesão faz a água grudar em outras substâncias polares, tornando-a efetivamente 'molhada'. Isso permite que a água se mova para cima através do xilema muito estreito de plantas altas, como árvores, contra a gravidade. As colunas contínuas de água também podem ser puxadas para o topo das árvores devido à sua alta resistência à tração, o que significa que as colunas de água não se quebram facilmente. Também importante para as plantas é a transparência da água. A água, por ser transparente e incolor, transmite a luz solar, possibilitando a fotossíntese das plantas aquáticas, e também permitindo que enxerguemos, pois nossos olhos estão revestidos de água.

Existem também muitas propriedades térmicas que tornam a água tão essencial para a vida, por exemplo, sua capacidade de calor específico muito alta, 4,2 kJ / g / o C. Isso significa que muita energia precisa ser ganha, ou perdida, para mudar a temperatura da água, e assim o ambiente dentro dos organismos resiste às mudanças de temperatura que poderiam causar danos. A água também tem um alto calor latente de vaporização, o que significa que a água precisa de muita energia para evaporar, e assim retira essa energia térmica da superfície em que está, resfriando-a à medida que a água evapora (isso pode ser observado quando nós suar para nos refrescar). O alto calor de fusão latente da água impede que o ambiente líquido das células congele e destrua as células, já que as temperaturas da água líquida podem cair para cerca de -10 o C antes de começar a congelar.


Sexta-feira, 28 de outubro de 2016

As superfícies de proteínas hidrofóbicas são como hidrofóbicas grandes ou pequenas?

Parece-me que um artigo sobre a desnaturação de proteínas por Michele Vendruscolo em Cambridge, Stefano Gianni na Universidade de Roma La Sapienza, e seus colegas vão recompensar um estudo cuidadoso (C. Camilloni et al., Sei. Rep. 6, Artigo 28285 2016 & # 8211 aqui). Os pesquisadores usam simulações de MD para modelar as mudanças observadas de NMR durante a desnaturação quente e fria e, assim, obter informações sobre as estruturas do estado de transição, mudanças na hidratação e parâmetros termodinâmicos. Isso lhes permite caracterizar com algum detalhe as diferenças entre desnaturação quente e fria: a primeira tem mais estrutura secundária, sendo mais influenciada por interações hidrofóbicas. Com efeito, isso aponta para a existência de dois mecanismos alternativos de dobramento de estados desnaturados. Além do mais, as moléculas de água na superfície da proteína têm, em média, o mesmo número de ligações de hidrogênio que as do corpo. Isso é o que a teoria prevê para pequenos hidrófobos (7 ps, alguns até 20 ps. Essas águas tendem a estar localizadas em concavidades na superfície da proteína e fazem menos ligações de hidrogênio com as águas circundantes do que as moléculas na massa. Além disso, águas próximas Os grupos hidrofóbicos tendem a ser mais lentos em média do que aqueles próximos aos grupos hidrofílicos. Mas embora o mal dobramento exponha mais a superfície hidrofóbica, isso também significa que essas regiões hidrofóbicas são menos côncavas e, portanto, a dinâmica da água é um pouco mais rápida em média e há menos os sites & # 8220ultraslow & # 8221.


Tempos de decaimento reorientacional da água vistos em simulações de α-lactalbumina bovina nativa (esquerda) e mal dobrada (direita).

Um exercício algo comparável é conduzido para B-DNA por James Hynes e Damien Laage no ENS Paris e colegas (E. Duboué-Dijon et al., JACS 138, Artigo 7610 2016 & # 8211 aqui). E há alguns pontos em comum: enquanto a água de hidratação é geralmente mais lenta para reorientar do que no bulk, as águas confinadas na estreita ranhura menor são muito mais significativamente retardadas (tempos de relaxamento 30-85 ps). Além disso, há uma heterogeneidade considerável, e parte disso vem do acoplamento das flutuações macromoleculares com a dinâmica da água, especialmente no sulco menor. Em outras palavras, não parece neste caso haver escravidão da dinâmica biomolecular à do solvente, mas mais ou menos o contrário.


Tempos de reorientação da água nas ranhuras menores e maiores do dodecâmero B-DNA (CGCCAATTCGCG) 2

Lorna Dougan em Leeds e colegas encontraram evidências de uma forma de água de baixa densidade em baixas temperaturas (285-238K), que pode estar relacionada à transição de fase putativa que separa líquidos de baixa e alta densidade no regime metaestável (J. J. Towey et al., JPCB 120, Artigo 4439 2016 & # 8211 aqui). Eles mantêm a água líquida ao misturá-la com o glicerol crioprotetor. O espalhamento de nêutrons e a simulação mostram que em baixas temperaturas a mistura segregou em nanoescala, e a nanofase de água tem maior ordenação tetraédrica do que o volume.

A previsão da estrutura da proteína a partir de dados de sequência frequentemente se baseia em informações sobre estruturas homólogas ou fragmentos da Base de Dados de Proteínas. Mas tais homologias nem sempre podem ser detectadas, ou podem não estar presentes no banco de dados, ou podem não ser confiáveis. Peter Wolynes e colegas da Rice desenvolveram um esquema para prever estruturas ab initio, sem entrada de bioinformática, usando o que eles chamam de atomística, memória associativa, estrutura mediada por água e modelo de energia (AAWSEM) (M. Chen et al., JPCB 120, Artigo 8557 2016 & # 8211 aqui). Isso usa simulações de granulação grossa no nível de proteína inteira enquanto se baseia na simulação atomística de fragmentos & # 8211 e, crucialmente, incorpora interações mediadas por água no processo de dobramento. É uma abordagem inteligente para o problema de dobramento que se baseia na realidade biológica & # 8211 o fato de que o dobramento de proteínas é afunilado para torná-lo evolutivamente robusto a pequenas variações na sequência & # 8211 em vez de trituração de números por força bruta.

A mediação da água também é considerada importante para a agregação de fibrilas amilóides. Samrat Mukhopadhyay e colegas do Instituto Indiano de Educação e Pesquisa em Ciências em Mohali usaram medições de fluorescência resolvidas no tempo na proteína príon humana (PrP) para investigar como (V. Dalal et al., ChemPhysChem 17, Artigo 2804 2016 & # 8211 aqui). Eles descobriram que a água que hidrata os oligômeros competentes para amilóide tem a mobilidade retardada em três ordens de magnitude em relação ao volume, talvez por causa do aprisionamento nas cadeias polipeptídicas em colapso. Eles dizem que essa água pode criar uma rede ligada por hidrogênio que estabiliza a conformação do oligômero parcialmente desdobrado e derretido e atua como um andaime para a montagem dos oligômeros em fibrilas.


Papel proposto de moléculas de água ordenadas no dobramento incorreto e formação de amiloide de PrP & # 8211 e em doenças de dobramento incorreto de proteínas de forma mais geral.

Os medicamentos antivirais contra a influenza B podem funcionar bloqueando o canal condutor de prótons BM2, mas ainda não foi desenvolvido. Mei Hong do MIT e colegas usaram NMR para investigar o mecanismo de transporte de prótons em BM2 e o papel da hidratação, e para elucidar as diferenças com AM2 de influenza A (J. K. Williams et al., JACS 138, Artigo 8143 2016 & # 8211 aqui). O resíduo His19 em BM2 permanece não protonado para um pH mais baixo do que o correspondente His 37 em AM2, mas aumentar a hidratação do canal em condições ácidas parece aumentar o transporte de prótons para His 19 a partir das moléculas de água.

Por que a trealose atua como um crioprotetor da estrutura da proteína ainda não é totalmente compreendido. Jan Swenson e colegas de trabalho da Chalmers University of Technology em Göteborg tentam desenvolver uma imagem abrangente observando como a trealose afeta a transição vítrea da proteína, a temperatura de desnaturação e a viscosidade da solução (C. Olsson et al., JPCB 120, Artigo 4723 2016 & # 8211 aqui). Eles estudam o sistema de mioglobina-trealose-água usando DSC e viscometria. Em suma, seus resultados parecem excluir o quadro em que a trealose desloca água na camada de solvatação, ao contrário, eles sugerem que a proteína retém uma ou duas camadas de água dentro de uma matriz estabilizadora de água-trealose. Isso seria consistente com uma aparente falta de acoplamento entre a dinâmica da matriz trealose-água e a estabilidade da proteína nativa.


Esquema das interações entre água, trealose e proteína.

Essa imagem de uma falta de interação direta entre a trealose e as proteínas & # 8211 o dissacarídeo é de fato preferencialmente excluído da camada de hidratação da proteína & # 8211 também é o contexto geral para um estudo experimental de Christina Othon da Wesleyan University em Connecticut e colegas de bioproteção de trealose (N. Shukla et al., JPCB 120, 9477 2016 & # 8211 paper here). Usando espectroscopia de fluorescência ultrarrápida para duas sondas fluorescentes, eles observam uma desaceleração da dinâmica de reorganização da água em concentrações relativamente baixas de trealose (0,1-0,25 M, bem abaixo do limite de vitrificação). Nessas concentrações, existem cerca de 7 camadas de água entre as moléculas de osmólito. Esses resultados, portanto, apóiam um mecanismo indireto de crioproteção. A sacarose tem quase o mesmo efeito, mas menos marcadamente, dizem os pesquisadores.

A interação entre duas partículas hidrofóbicas na água é geralmente atraente: este é simplesmente o efeito hidrofóbico (mediado pela água). Mas Alenka Luzar e colegas de trabalho da Virginia Commonwealth University mostram que essa interação pode se tornar repulsiva (B. S. Jabes et al., JPC Lett 7, Artigo 3158 2016 & # 8211 aqui). Essa repulsão já foi vista em simulações de fulerenos e nanotubos de carbono na água e às vezes foi atribuída a mudanças estruturais específicas na água. Mas Alenka e seus colegas mostram que isso pode ser explicado puramente como um efeito geométrico do custo termodinâmico da formação de uma interface líquido-vácuo ligando as partículas hidrofóbicas (nestes cálculos, nanopartículas grafíticas puras e terminadas em propil) quando a secagem ocorre no espaço intermediário. Este processo pode ser modelado com um cálculo do tipo Young direto e em massa das energias livres da superfície.

Os efeitos do nanoconfinamento na estrutura e nas propriedades da água são investigados por Vrushali Hande e Suman Chakrabarty do Laboratório Nacional de Química em Pune por meio de simulações de água dentro de micelas reversas e nanogotículas de água em óleo (Phys. Chem. Chem. Phys. 18, Artigo 21767 2016 & # 8211 aqui). Para as micelas reversas, a interface é carregada (negativamente) e os desvios do comportamento do tipo bulk são mais longos para a ordem de orientação do que para a ordem de translação. Esses efeitos são muito menos pronunciados para nanogotículas em óleo, onde a interface é hidrofóbica, indicando que as influências eletrostáticas nas ligações de hidrogênio são mais pronunciadas do que o confinamento espacial em si.

Também sobre nanoconfinamento: por que a água tem uma mobilidade aprimorada em nanotubos de carbono ainda é uma questão de debate. Usando espectroscopia de infravermelho, Pascale Roy no Synchrotron Soleil em Gif-sur-Yvette e colegas sugerem que isso pode ser devido a redes de ligações de hidrogênio incomumente & # 8220loose & # 8221 entre as moléculas de água dentro dos nanotubos (S. D. Bernadina et al., JACS 138, 10437 2016 & # 8211 paper here). Eles olham para nanotubos com diâmetros de 0,7-2,1 nm, nos quais a água varia de cadeias de arquivo único a multicamadas, e encontram uma assinatura espectroscópica de & # 8220 água fracamente ligada & # 8221 em todos os casos & # 8211 no último parecendo corresponder às águas nas camadas externas com ligações OH pendentes apontando para as paredes do nanotubo.

A dependência da distância da força hidrofóbica entre duas paredes hidrofóbicas é investigada em simulações de MD por Biman Bagchi e colegas no Instituto Indiano de Ciência em Bangalore (preprint arxiv.1608.04107). Eles encontram uma lei de força bi-exponencial, com comprimentos de correlação de 2 nm e 0,5 nm, e um cruzamento próximo a 1,5 nm. Este comportamento é imitado pelo parâmetro de ordem tetraédrica, mas não estou totalmente claro qual é a explicação mecanicista dos autores.

Obviamente, o problema com muitos estudos desse tipo é que seus resultados podem ser tão bons quanto o seu modelo. Angelos Michaelidies e colegas da UCL oferecem uma visão geral da extensão em que a teoria do funcional da densidade fornece uma boa descrição da água, de pequenos aglomerados à massa (M. J. Gillan et al., JCP 144, Artigo 130901 2016 & # 8211 aqui). Em particular, eles consideram o desempenho de diferentes formas funcionais de termos de correlação de troca e o papel que os termos de muitos corpos desempenham. Parece uma leitura essencial para qualquer pessoa que use DFT para modelar sistemas aquosos.

Os efeitos de muitos corpos também são centrais para um estudo de Shelby Straight e Francesco Paesani na UCSD das influências do momento dipolar da água & # 8217s na rede de ligações de hidrogênio da água pura (JPCB 120, 8539 2016 & # 8211 paper here). Eles usam simulações para prever os espectros infravermelhos de HOD em H2O e, em particular, a forma do trecho OD. Eles descobriram que a difusão espectral calculada dessa frequência vibracional depende bastante de como exatamente se trunca uma expansão de muitos corpos do dipolo de água.

Quão efetivamente a hidratação pode ser descrita com um modelo de granulação grossa? Bill Jorgensen e colegas consideram o desempenho de uma tentativa de equilibrar precisão e velocidade que mistura descrições de todos os átomos e de granulação grossa & # 8211 o chamado modelo AAX-CGS, no qual os solutos de todos os átomos são solvatados com água de granulação grossa (XC Yan et al., JPCB 120, Artigo 8102 2016 & # 8211 aqui). A abordagem funciona bem para solutos de alcano hidrofóbico e halogenado, menos para aqueles que são mais polares ou se envolvem em ligações de hidrogênio (aminas, álcoois). Mas a eficiência dos cálculos supera a das simulações de todos os átomos em cerca de uma ordem de magnitude ou mais.

Por que as energias livres de hidratação iônica são assimétricas em relação à carga iônica? Rick Remsing e John Weeks investigam essa questão usando um modelo analítico para calcular as energias livres de hidratação que envolve gradualmente & # 8220 ligar & # 8221 a interação íon-solvente Coulomb (JPCB 120, Artigo 6238 2016 & # 8211 aqui). Isso permite que eles vejam por que o modelo de solvatação de Born falha em capturar a assimetria: em suma, ele funciona bem o suficiente para variar lentamente as distribuições de carga gaussiana, mas não para as distribuições abruptas semelhantes à função delta em núcleos de íons. Somente neste último caso a assimetria em resposta à carga iônica é recuperada.


A Operação Biologia da Água (OWB) é uma série de oito planos de aula projetados para uso com alunos da 9ª à 12ª série. O OWB se conecta diretamente aos currículos de ciências, química e biologia e cobre vários aspectos diferentes do tratamento de água potável. Os principais tópicos são cloro, cloramina, amônia e ferro. Para cada um deles há uma discussão explicando o que é e sua importância para o tratamento de água potável. Há também atividades de laboratório para cada um, que permitem aos alunos trabalhar com pequenas quantidades dessas substâncias e vê-las em ação. Os alunos irão demonstrar a ideia da demanda de cloro, criar cloramina por meio de uma reação química simples, testar amostras locais de água potável para cloro e amônia e filtrar amostras de água com ferro oxidado por diferentes processos para determinar se uma é superior. Cada lição inclui atividades e recursos adicionais sugeridos, junto com referências a outras fontes de informação.

Geralmente, os kits patrocinados da Operação Water Biology são enviados às escolas todas as segundas-feiras, de meados de setembro até o início de novembro e do início de março até o final de maio. Os kits adquiridos geralmente são enviados nas mesmas datas, mas os professores podem solicitar que sejam enviados o mais rápido possível e faremos o possível para atender a sua solicitação.

O custo de um kit de Biologia da Água da Operação é de US $ 170 e inclui todos os materiais necessários para conduzir os experimentos. Muitos kits escolares estão disponíveis gratuitamente como resultado de diferentes patrocinadores. No entanto, se não houver um kit patrocinado disponível para sua escola ou se você quiser um kit imediatamente, é melhor comprar um kit.

Ou ligue para 1-306-934-0389 para pagar pelo seu kit com Visa ou MasterCard.

Ou envie um cheque nominal à Safe Drinking Water Foundation para:

Base para água potável segura
# 1-912 Idylwyld Drive North
Saskatoon, SK S7L 0Z6


Água # - Biologia

Todas as coisas vivas precisam de água para se manterem vivas, e as plantas são coisas vivas! As plantas, entretanto, precisam de muito mais água do que muitas coisas vivas porque as plantas usam muito mais água do que a maioria dos animais. As plantas também contêm mais água do que os animais - as plantas são cerca de 90% de água. A quantidade de água que uma planta precisa depende do tipo de planta, de quanta luz a planta recebe e da idade dela. Quando as plantas não são regadas adequadamente, elas murcham. Isso é por causa de algo chamado turgor, que é a pressão da água dentro das células que constituem o esqueleto da planta. A água entra na planta pelo caule e sobe até as folhas. Quando uma planta está devidamente hidratada, há pressão de água suficiente para tornar as folhas fortes e robustas. Quando uma planta não recebe água suficiente, a pressão dentro dos caules e folhas diminui e elas murcham.

As plantas também precisam de água para a fotossíntese. A fotossíntese é o que as plantas fazem para criar seu alimento, e a água é fundamental para esse processo. A água entra no caule da planta e sobe até as folhas, que é onde a fotossíntese realmente ocorre. Uma vez nas folhas, a água evapora, à medida que a planta troca a água por dióxido de carbono. Este processo é chamado transpiração, e isso acontece por meio de minúsculas aberturas nas folhas da planta, chamadas estomas. A água das folhas evapora pelos estômatos e o dióxido de carbono entra nos estômatos, tomando o lugar da água. As plantas precisam desse dióxido de carbono para fazer comida. A transpiração - essa troca de água por dióxido de carbono - só ocorre durante o dia, quando há luz solar. É por isso que você pode encontrar orvalho nas plantas pela manhã.

As plantas contêm muita água porque durante toda a noite a água entrou pelo caule e foi puxada para as folhas, onde não pode evaporar. Como a água não evapora à noite, a água não tem para onde ir, então permanece nas folhas como orvalho.

Quando a água evapora de uma planta durante a transpiração, ela resfria a planta, da mesma forma que os humanos suam para se refrescar no calor. Uma planta doméstica madura pode transpirar seu peso corporal diariamente. Isso significa que emite muita água! Se as pessoas precisassem de tanta água, um adulto beberia 20 litros de água por dia.

Na realidade, todas as coisas vivas precisam de água porque a vida requer MUITAS reações químicas. Os produtos químicos geralmente são dissolvidos em água. Além disso, as plantas juntam a água com dióxido de carbono para fazer açúcar. Isso consome energia, que as plantas obtêm da luz.

A água também ajuda as plantas a se erguerem, mesmo quando não são feitas de madeira. Eles não têm ossos, mas têm paredes celulares e pressão da água. A água sai das raízes, mas o dióxido de carbono não. Como você acha que as plantas obtêm dióxido de carbono?

As plantas precisam de água porque as reações que ocorrem na célula para produzir energia requerem um meio aquoso.

Plants need water for the same reason that all living things do: to dissolve the chemicals they use to do their biology. Plants also use a water current up the plant for transport, which evaporates water out the leaves, so they need water for that reason, too. Lastly, water is used to make sugar, and plants store energy in the form of sugar.


PH, Buffers, Acids, and Bases

The pH of a solution indicates its acidity or alkalinity.

litmus or pH paper, filter paper that has been treated with a natural water-soluble dye so it can be used as a pH indicator, to test how much acid (acidity) or base (alkalinity) exists in a solution. You might have even used some to test whether the water in a swimming pool is properly treated. In both cases, the pH test measures the concentration of hydrogen ions in a given solution.

Hydrogen ions are spontaneously generated in pure water by the dissociation (ionization) of a small percentage of water molecules into equal numbers of hydrogen (H + ) ions and hydroxide (OH – ) ions. While the hydroxide ions are kept in solution by their hydrogen bonding with other water molecules, the hydrogen ions, consisting of naked protons, are immediately attracted to un-ionized water molecules, forming hydronium ions (H30 + ). Still, by convention, scientists refer to hydrogen ions and their concentration as if they were free in this state in liquid water.

The concentration of hydrogen ions dissociating from pure water is 1 × 10 -7 moles H + ions per liter of water. Moles (mol) are a way to express the amount of a substance (which can be atoms, molecules, ions, etc), with one mole being equal to 6.02 x 10 23 particles of the substance. Therefore, 1 mole of water is equal to 6.02 x 10 23 water molecules. The pH is calculated as the negative of the base 10 logarithm of this concentration. The log10 of 1 × 10 -7 is -7.0, and the negative of this number (indicated by the “p” of “pH”) yields a pH of 7.0, which is also known as neutral pH. The pH inside of human cells and blood are examples of two areas of the body where near-neutral pH is maintained.

Non-neutral pH readings result from dissolving acids or bases in water. Using the negative logarithm to generate positive integers, high concentrations of hydrogen ions yield a low pH number, whereas low levels of hydrogen ions result in a high pH. An acid is a substance that increases the concentration of hydrogen ions (H + ) in a solution, usually by having one of its hydrogen atoms dissociate. A base provides either hydroxide ions (OH – ) or other negatively charged ions that combine with hydrogen ions, reducing their concentration in the solution and thereby raising the pH. In cases where the base releases hydroxide ions, these ions bind to free hydrogen ions, generating new water molecules.

The stronger the acid, the more readily it donates H + . For example, hydrochloric acid (HCl) completely dissociates into hydrogen and chloride ions and is highly acidic, whereas the acids in tomato juice or vinegar do not completely dissociate and are considered weak acids. Conversely, strong bases are those substances that readily donate OH – or take up hydrogen ions. Sodium hydroxide (NaOH) and many household cleaners are highly alkaline and give up OH – rapidly when placed in water, thereby raising the pH. An example of a weak basic solution is seawater, which has a pH near 8.0, close enough to neutral pH that marine organisms adapted to this saline environment are able to thrive in it.

The pH scale is, as previously mentioned, an inverse logarithm and ranges from 0 to 14 ([link]). Anything below 7.0 (ranging from 0.0 to 6.9) is acidic, and anything above 7.0 (from 7.1 to 14.0) is alkaline. Extremes in pH in either direction from 7.0 are usually considered inhospitable to life. The pH inside cells (6.8) and the pH in the blood (7.4) are both very close to neutral. However, the environment in the stomach is highly acidic, with a pH of 1 to 2. So how do the cells of the stomach survive in such an acidic environment? How do they homeostatically maintain the near neutral pH inside them? The answer is that they cannot do it and are constantly dying. New stomach cells are constantly produced to replace dead ones, which are digested by the stomach acids. It is estimated that the lining of the human stomach is completely replaced every seven to ten days.

Watch this video for a straightforward explanation of pH and its logarithmic scale.

So how can organisms whose bodies require a near-neutral pH ingest acidic and basic substances (a human drinking orange juice, for example) and survive? Buffers are the key. Buffers readily absorb excess H + or OH – , keeping the pH of the body carefully maintained in the narrow range required for survival. Maintaining a constant blood pH is critical to a person’s well-being. The buffer maintaining the pH of human blood involves carbonic acid (H2CO3), bicarbonate ion (HCO3 – ), and carbon dioxide (CO2) When bicarbonate ions combine with free hydrogen ions and become carbonic acid, hydrogen ions are removed, moderating pH changes. Similarly, as shown in [link], excess carbonic acid can be converted to carbon dioxide gas and exhaled through the lungs. This prevents too many free hydrogen ions from building up in the blood and dangerously reducing the blood’s pH. Likewise, if too much OH – is introduced into the system, carbonic acid will combine with it to create bicarbonate, lowering the pH. Without this buffer system, the body’s pH would fluctuate enough to put survival in jeopardy.

Other examples of buffers are antacids used to combat excess stomach acid. Many of these over-the-counter medications work in the same way as blood buffers, usually with at least one ion capable of absorbing hydrogen and moderating pH, bringing relief to those that suffer “heartburn” after eating. The unique properties of water that contribute to this capacity to balance pH—as well as water’s other characteristics—are essential to sustaining life on Earth.

To learn more about water. Visit the U.S. Geological Survey Water Science for Schools All About Water! local na rede Internet.


Harry Jabs is educated with two masters’ degrees in physics, from Germany and Texas A&M University. Currently he is senior scientist at the Institute for Frontier Science in Emeryville, California. He is a multidisciplinary researcher and engineer who has developed novel technologies in such diverse areas as energy, nano/bio-technology, electronics, computer hardware and software, detector systems, and fluid handling.

– Title Of Talk –

Influences on Chiral Symmetry Breaking During Crystallization of Salts from Aqueous Solution


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