събота, 30 март 2013 г.

Биостимулатори от кехлибар

Кехлибарът представлява фосилизирана смола от иглолистни или широколистни дървета, расли в далечното геологично минало. Най-известният балтийски кехлибар съдържа много янтарна киселина, която е биостимулатор. Това е една от причините кехлибарът да проявява лечебни свойства, които са известни от древността.

Кехлибар с включения

На горната снимка:  кехлибар с размери 31x22 mm.

Янтарната киселина се добавя в някои храни и напитки под означението E363 (Succinic acid). Също така се произвеждат медикаменти, в които се съдържа янтарна киселина. Особеното е  това, че се произвежда синтетична янтарна киселина, която има доказано различни свойства от естествената, получавана в миналото от кехлибара.

Янтарната киселина


Янтарната киселина има химична формула С4Н6О4. Нарича се още бутандиова или сукцинова киселина (Ac. succinicum). Образува безцветни кристали с температура на топене 183°С. Разтворима е във вода и етанол.

Янтарната киселина е открита през 1556 г. (или 1548 г.) от Г. Агрикола, който първоначално я нарича "кехлибарена смола", тъй като е получена от кехлибар. Киселинната природа на това вещество е установена през 1676 г. от Н. Лемери.

Изкуствена янтарна киселина може да се получи от малеинова киселина чрез каталитична реакция или чрез други методи за химичен синтез.

Структурна формула на янтарната киселина:

Структурна формула на янтарната киселина - конформация 1

На практика молекулата на янтарната  киселина HOOC-CH2-CH2-COOH може да бъде огъната и да приеме различни форми в пространството, получени чрез свободно завъртане на лявата половина на молекулата спрямо дясната. Тези различни форми, "усукани" в различни посоки около средната единична химична връзка, се наричат конформни изомери, конформери или ротамери. Теоретично съществуват над 100 конформни изомера на янтарната киселина (http://doma-uchastki-dmitrovskoe.ru/konformeri_yantarnoy_kisloti.html).

В зависимост от метода, по който е получена, янтарната киселина представлява смес от различни изомерни форми на молекулите. Поради това, получената по различни начини янтарна киселина има различни свойства и въздействие върху организма.

Изкуствено са получени 3 устойчиви изомера на янтарната киселина:
  1. Най-устойчивият и разпространен изомер кристализира във вид на едри прозрачни кристали, приличащи на кварцови друзи
  2. Следващият по разпространеност изомер формира кристали, представляващи дребни трапецовидни стълбчета с неправилен срез
  3. Най-редкият изомер образува "снежинки", имащи вид на обикновен сняг 

 

Как действа янтарната киселина в организма


Янтарната киселина участва в процеса на клетъчното дишане - тя е едно от междинните вещества, което се обазува и разгражда в така наречения цикъл на Кребс. Цикълът на Кребс представлява последователност от химични реакции, протичащи в аеробните организми. В резултат от него се образува основното количество енергия при организмите, които използват за дишане молекулен кислород.

Цикълът на Кребс е последователност от 8 химични реакции, която се повтаря циклично. За един оборот на цикъла се извършва деградация (изгаряне) на една молекула ацетилкофермент A или пирогроздена киселина до CO2 и H2O. Една от реакциите на този цикъл (с пореден номер 6) се състои в превръщането на янтарна киселина във фумарова киселина чрез отделянето на 2 атома водород.

Цикълът на Кребс протича в митохондриите, които представляват органоиди, намиращи се във всички аеробни клетки на животните и растенията (с изключение само на някои примитивни бактерии). Във всяка аеробна клетка има многобройни митохондрии. Митохондрията е обвита със собствена мембрана, има собствен наследствен механизъм с ДНК и съдържа 50-60 ензима, катализиращи съответни реакции, в частност реакциите от цикъла на Кребс. Например ензимът сукцинатдехидрогеназа катализира отстраняването на два водородни атома от янтарната киселина, което я превръща във фумарова киселина (по-точно: анионът сукцинат се превръща в аниона фумарат).

Янтарната киселина е нетоксично вещество, което не прониква в неповредените клетки в спокойно физиологично състояние, а действа само върху възбудените клетки. Ефективна е в малки дози. Оказва оздравяващо въздействие върху отслабения организъм. Действа като неспецифичен биостимулатор.

Установен е широк диапазон от въздействия на янтарната киселина върху организма: тя стимулира нервната система и работата на дихателните органи, укрепва сърцето, бъбреците и червата, лекува анемия и разстройства на мускулната система, има противостресово, противовъзпалително и антитоксично действие.

Янтарната киселина действа като биостимулатор и на растенията - например, ускорява узряването на плодовете.

Приложение на янтарната киселина


Сред така наречените E-та в храните и напитките има едно, което представлява янтарна киселина: E363 - Янтарна киселина (Succinic acid). Тази добавка се счита за безвредна и може да се приема от деца.

Янтарната киселина е добавка с антиоксидантни свойства. Може да се използва с цел предпазване на продуктите от гранясване. Среща се в напитки, карамел, дъвки, в сухи ароматизирани десерти, в желирани десерти, в сухи смеси за приготвяне на напитки в домашни условия.

Под въпрос обаче е източника и качествата на използваното вещество.
Освен в кехлибара, янтарната киселина се съдържа в някои растения, като например в сока на захарното цвекло.
Произведената по най-прости методи за химичен синтез изкуствена янтарна киселина обаче съдържа само един конформер, който оказва предимно диуретично въздействие и почти никакво друго.

Чрез двулъчева лазерна спектроскопия е установено, че естествената янтарна киселина от кехлибар съдържа три конформера и притежава оптимална усвояемост от човешкия организъм, като проявява всички полезни свойства. Поради това са разработени и патентовани технологии за получаването на синтетична янтарна киселина с конформационен състав, близък до природния.
Например, такава "природоидентична" синтетична янтарна киселина се получва в "НПО БИОФИЗИКА", където се произвеждат препаратите-биостимулатори ЯНТАВИТ и МИТОМИН. Разликата между двата е в това, че МИТОМИН освен сукцинат съдържа и аскорбинова киселина (витамин C).

В кой кехлибар има янтарна киселина


Значително количество янтарна киселина се съдържа в балтийския кехлибар (наричан сукцинит): http://iznedr.ru/books/item/f00/s00/z0000029/st004.shtml.

Най-много янтарна киселина има в млечно-белия и светло-жълтия кехлибар, които в миналото са били приемани като лекарство във вид на прах.

Голямо количество свободна янтарна киселина се съдържа в непрозрачния кехлибар с множество дребни мехурчета, запълнени с киселинен разтвор, в който се срещат и срастъци от дребни кристалчета на янтарната киселина.

В прозрачния сукцинит обикновено се съдържа от 3,2 до 4,5% янтарна киселина, като максималното съдържание (до 8,2%) е установено в повърхностната изветряла коричка на естествените, необработени късчета кехлибар.

В околностите на град Киев в Украйна също има находища на кехлибар, наричан киевски сукцинит, който съдържа от 5,62 до 7,11 % янтарна киселина.

неделя, 17 март 2013 г.

Твърдост на скъпоценните камъни

Твърдостта е важна характеристика на скъпоценните камъни, която определя тяхната трайност и възможности за използване.

Всеки минерал, когато е във формата на монокристал, има строго определена твърдост, която е характерна за него. Това може да се използва за разпознаване на минерали в практиката - твърдостта на непознатия минерал се сравнява с твърдостта на други, познати минерали и се правят изводи, на кой от тях прилича.

Скалата на Моос


Най-простият начин за измерване твърдостта на минералите е по ска̀лата на Моос, в която относителната твърдост се задава с число от 1 до 10. За всяка степен на твърдост по Моос е даден еталонен минерал, който има точно такава твърдост:

1   Талк
2   Гипс
3   Калцит
4   Флуорит
5   Апатит
6   Ортоклаз
7   Кварц
8   Топаз
9   Корунд
10  Диамант

В тази ска̀ла минералът талк е най-мекият (1), а диамантът - най-твърдият (10). Минералите, които имат по-голяма твърдост по Моос, могат да режат минералите с по-малка твърдост. На практика само диамантът, като най-твърд, може да реже гладко другите минерали. За всички останали минерали се казва, че "драскат" другите, по-меки от тях минерали, оставяйки неравна драскотина, а не гладък срез.

Практическо определяне на твърдостта


Има различни варианти на скалата на Моос, в някои от които има и междинни стойности между точните числа. Преди години аз си направих свой вариант, в който има стойности през 1/2 и освен минерали са включени някои други разпространени материали: 

1     Графит
1,5   Лед, H2O(1-1,5) 
2     Гипс, Алуминий 
2,5   Кехлибар(2-2,5), човешки нокът 
3     Калцит, Мед, Cu(2,5-3) 
3,5   Мраморен оникс(3-3,5)
4     Флуорит, Желязо, Мрамор(3-4), Малахит(3,5-4)
4,5   Доломит(3,5-4,5)
5     Обсидиан(5-6), прозоречно стъкло(5-6)
5,5   Опал(5-6,5), Тюркоаз(5,5-6,5)
6     Фелдшпати, Нефрит(5,5-6), стоманен нож(5,5-6,5)
6,5   Кремък(6-7), Халцедон(6,5-7), Ахат(6,5-7), Ясписи(6,5-7)
7     Кварц
7,5   Турмалин(7-7,5), Берил(7,5-8)
8     Топаз, Гранат алмандин(до 8)
8,5   Шпинел
9     Корунд
9,5   Муасанит, SiC (8-9,5)
10    Диамант

На практика, ако даден материал може да се драска/реже с остър алуминиев (не дуралуминиев) предмет, значи има твърдост < 2. Ако може да се драска с меко желязо (не стомана) - значи е по-мек от 4. Ако самият материал може да драска/реже прозоречно стъкло, значи е по-твърд от 5. И така нататък.

В тази скала на твърдостта неявно са обхванати повечето от известните скъпоценни камъни:
  • Смарагд, Аквамарин, Морганит - разновидности на минерала берил
  • Рубин, Сапфир - разновидности на минерала корунд
  • Аметист, Цитрин, Морион, Планински кристал - това са разновидности на кварца
  • Лунен камък - представлява вид ортоклаз (ортоклазът е един от фелдшпатите)
Силициевият карбид (SiC) е известен като метеоритния минерал муасанит (има и синтетичен муасанит за бижутерията) или като синтетичен абразив, наричан карборунд.

Твърдостта в бижутерията


Разбира се, никой няма да драска или реже скъпоценен камък за да определи твърдостта му. Даже по-непретенциозен кристал е недопустимо да бъде повреден по този начин не правете това вкъщи - ако човек се изкуши да драсне с остър връх на кристал по друг материал, кристалът може просто да се счупи, независимо че теоретически е по-твърд по Моос.

На практика, тъй като кварцът и фелдшпатите са най-разпространените минерали в скалите, прахът съдържа частици от тях, които имат доста голяма твърдост (6-7) и могат постепенно да издраскват (захабяват) повърхността на камък, който има по-малка твърдост.

Затова скъпоценните камъни, особено тези за пръстени, които се търкат интензивно, обикновено имат твърдост по Моос от 7 нагоре. Имах куриозни случаи - когато потърках кварц (7 по Моос) с хартия, по него останаха гладки драскотини - изглежда в тази рециклирана хартия е имало частици твърд абразив (с твърдост от 9 и нагоре).

неделя, 10 март 2013 г.

Арсенови минерали

Главни минерали на арсеновите руди са: арсенопирит, льолингит, реалгар, аурипигмент.

Арсенопирит
FeAsS с примеси Co, Ni, Au. Калаено-бял. Тв. 5,5-6. Плътн. 5,9-6,3.
Хидротермален, пегматитов, контактово-метасоматичен.

Льолингит (левкопирит)
FeAs2 с примеси Co, Ni, Sb, S. Ромбична система. Хабитус - призматичен, пирамидален. Агрегати - зърнести. Бял, стоманено-сив. Тв. 5-5,5. Плътн. 7,4. В хидротермални находища от всички типове в асоциация с арсенопирит, сулфиди на Fe и Cu и арсениди на Ni и Co. Разновидности - хайерит, глаукопирит, кобалтов льолингит.

Реалгар
As4S4. Оранжево-червени кристали, друзи, зърнести маси. Тв.1,5-2. Плътн. 3,6. Хидротермален, вулкански (сублимати).

Аурипигмент
От лат. aurum - злато и pigmentum - боя. As2S3. Златисти или лимонено-жълти кристали, впръснатости. Тв.1,5-2. Плътн. 3,5. Хидротермален - нискотемпературен.

Арсен самороден
As с примеси Sb, Fe, Ni. Калаено-бели натеци. Тв. 3,5. Плътн. 5,6-5,8. Хидротермален и хипергенен.

Арсениди природни
Съществено ковалентни, предимно бинарни съединения на метали (Fe, Ni, Co, Pt, Cu) с арсена. Структурите са координационни и островни. Непрозрачни. С метален блясък. Характерен е изоморфизмът на Ni, Co, Fe. Хидротермални.

Арсенови окиси
Арсенистият анхидрид As2O3 и арсеновият анхидрит As2O5 . As2O3 се срещат в природата (минералите арсенолит и клоделит). Безцветни кристали, слабо разтворими във вода.

Арсенолит
As2O3. Кубични кристали, октаедрични, нишковидни. Агрегати: гроздовидни, землисти, звездовидни и корички. Бял. Блясък - стъклен до копринен. Тв. 1,5. Плътн. 3,87. В зоната на окисление на находища на арсенопирит, самороден арсен, енаргит, тенантит.

Арсенати природни
Соли на ортоарсеновата киселина H3AsO4 с катионите на Ca, Mn, Cu, U, Al, Zn, Pb, по-рядко Mg, Fe, Co, Ni, Bi. Различават се прости и двойни природни арсенати с основа на структурата - тетраедъра [AsO4]3-.  Преобладават островни и слоисти структури. Всичко около 120 минерала. Образуват се в зоната на окисление на сулфидните находища, съдържащи арсениди на Ni и Co във вид на корички и налепи.

 ! 
В миналото някои от арсеновите минерали са били използвани от алхимиците в тяхната работа. Между другото, главната цел на алхимията съвсем не е правенето на изкуствено злато. Целта ѝ е създаването на философски камък, елексир на живота. Има сведения, че даже след 1960 година в Европа и в Китай все още са работили алхимици.

събота, 9 март 2013 г.

ДНК и родителство в бъдещето

Цифровото копие на човешкия геном има обем към 733 мегабайта. Тази генетична информация може да бъде съхранена на цифров носител и да се използва в далечното бъдеще, може би даже за създаване на ново човешко същество. За това не е нужно да се съхраняват никакви биологични материали, нито даже молекули ДНК - само чиста информация, която може да бъде копирана без промяна. Това е един вид отсрочено в бъдещето родителство.

Сигурно много хора биха си задали въпроса, дали това е добро или ... не съвсем. Това е една възможност. Не може да се каже със сигурност каква съдба очаква бъдещите хора. Вече родените деца и техните потомци ще живеят в бъдещето, за което родителите, при цялата си любов, не могат да гарантират, че ще бъде само добро.

Въпреки всичко, животът продължава. Когато се роди нов човек, той получава шанс да направи нещо добро, даже велико, въпреки трудностите и неизвестността.

Има стари или болни хора, които вече не биха могли да имат деца. Ако се запази цифровото копие на техния генетичен код, може би в бъдеще то ще може да се използва за създаване на потомци на тези хора чрез напреднали инженерни методи в генетиката. Макар и изкуствена, все пак това е една възможност.

Понякога се използва аргументът, че при възрастните хора вече са се натрупали много мутации в ДНК, а това е вредно за потомството. Да, мутациите се натрупват. Но би могло да се извърши почистване на копирания геном от вредните мутации.

Тук има една граница, която не съм сигурен дали засяга само морала.
Ако в генома има мутация, която е фатална, несъвместима с живота, такава мутация трябва да бъде коригирана. Но според мен е неразумно да бъдат правени други изкуствени промени в наследствеността.

Изследването на човешкия геном през годините


  • 2003г.
По проекта "Human Genome Project" (HGP) е завършено успешно разчитането на човешкия геном, включващо определянето на точната последователност от около 3 милиарда нуклеотидни двойки, които изграждат човешката ДНК и идентифицирането на 20000-25000 гена в нея:
http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/home.shtml
  • 2007г.
Извършено е пълно разчитане (секвениране) на генома на един човешки индивид (J. Craig Venter):
http://www.plosbiology.org/article/info:doi/10.1371/journal.pbio.0050266
Става реалност разчитането на пълната генетична информация на единствен човек. Така е поставено началото на "индивидуализираната геномика" (Individualized Genomics).
  • 2008г.
Извършено е пълно разчитане на индивидуалния геном на жена (Marjolein Kriek):
http://www.leidenuniv.nl/nieuwsarchief2/2336.html
Женският геном се отличава с това, че има двойка хромозоми XX (за разлика от него, мъжкият геном има двойка хромозоми XY). Освен това, при половото размножаване митохондриалната ДНК се предава само от майката на децата.
  • 2011г.
Става известно, че Стив Джобс (основателят на фирмата Apple) е един от само 20-те човека в света, чийто личен геном е напълно секвениран до момента, в който е извършено това.
  • 2012г.
Докато в предишните години секвенирането на генома е било изключително скъпо, поради бурния прогрес в тази област, цената за разчитането на един геном сега вече е спаднала рязко до по-малко от $10000 :
http://www.genome.gov/sequencingcosts/