Pożądana współpraca! 2!- cały czas poszukujemy!

Pożądana współpraca! 

                                                                                Uwaga!

Ponieważ koewolucja w przyrodzie jest korzystnym zjawiskiem, przynoszącym zyski obydwu gatunkom, redakcja AtomForTheWorld poszukuje wolnych, lub mniej wolnych gatunków gotowych do wspólnej koewolucji!

Wiem, że wśród czytelników jest bardzo wiele osób, piszących na różne tematy i w znacznej części napisane teksty trafiają (niestety) do szuflady. Redakcja AtomForTheWorld poszukuje takie osoby, które są gotowe do opublikowania swoich pracy na stronie bloga, pod własnym nazwiskiem!

Zasady są proste:

1. Temat dowolny- jeśli interesuje Cię ewolucja pszczoły bezżądłowej, mechanika upadku kanapki ze stołu, czy chemia linoleum, nie krępuj się!- każdy temat warty jest uwagi.

2. Objętość tekstu- nieistotna, ważne, że na temat!

3. Forma wypowiedzi- zależy jedynie od Ciebie! Jeśli prowadzisz własne badania i osiągasz ciekawe wyniki- opublikuj je- to zwiększa szansę na nowe możliwości. Jeśli interesuje Cię tematyka, która ogólnie nie robi na nikim wrażenia, a dla Ciebie jest całym światem- publikuj u Nas! Może znajdzie się jeszcze jedna pozytywnie zakręcona osoba na tym punkcie. 

Teksty po uzgodnieniu z Redakcją będą publikowane na stronie bloga pod nazwiskiem autora. Możliwe umieszczanie linków do własnych blogów i witryn internetowych. W momencie, gdy autor zdecyduje, że chciałby jednak usunąć tekst- nie ma problemu!

Zainteresowanych zachęcam do kontaktu na adres mailowy: tomaszplowucha@gmail.com !
Wszystko po to, aby blog był tworzony przez ludzi dla ludzi. Każdy temat jakim czytelnicy się interesują jest warty poświęconego mu czasu! Na tym polega rozwój i nauka. 

Czym są sinice?

                Chciałbym Wam przedstawić w tym niedługim poście, jedne z najbardziej fascynujących form życia jakie kiedykolwiek istniały i istnieją na Świecie. Sinice, bo o nich będzie mowa, są aktualnie tematem, który zajął mnie całkowicie, ponieważ mimo studenckich wakacji, mam okazję uczęszczać na uczelnie i pomagać w badaniach nad tymi fascynującymi stworzeniami. Mam nadzieję, że w najbliższej przyszłości zacznę prowadzić moje indywidualne badania i jeszcze bardziej będę mógł Wam przybliżyć tą tematykę.

              

       Sinice, inaczej znane jako cyjanobakterie lub cyjanofity, są gromadą organizmów samożywnych, które w dawniejszych czasach, zanim poznano ultrastrukturę ich komórek, były uznawane za rośliny; obecnie jednak uważane są za organizmy prokariotyczne, które w ogromnym stopniu podobne są do bakterii (stąd nazwa cyjanobakterie), stąd są też zakwalifikowane do królestwa bakterii. Dlaczego były uważane za rośliny? Ponieważ posiadają wysoko rozwinięty aparat fotosyntetyzujący, co zmyliło badaczy, którzy bez możliwości głębszego zbadania budowy komórki sinicy, uznali, że muszą być to rośliny.

             

     

 Z reguły komórki sinic występują w charakterystycznych zlepiskach, które mogą przyjmować kształt nitek, w których komórki sinic przypominają koraliki nanizane na sznurek , sinice mogą tworzyć tak jakby pogrubione stosy płytek, poukładanych jedna na drugiej , mogą żyć jako pojedyncze komórki, oraz mogą tworzyć nitkowate komórki, których komórki są spiralami.

            

       Komórki sinic nie posiadają jądra, stąd ich materiał genetyczny w postaci DNA umieszczony jest z reguły w centralnej części komórki w formie kolistej nitki. Z uwagi na to, że sinice to prokarioty, nie posiadają organelli takich jak mitochondria, czy chloroplasty… ale mimo wszystko potrafią prowadzić fotosyntezę- jak to możliwe?

             

       Przyzwyczailiśmy się myśleć, że tylko organizmy posiadające chloroplasty, czyli wysokospecjalizowane organelle komórkowe, są w stanie prowadzić proces fotosyntezy, czyli „zamiany” energii pochodzącej ze światła w energie chemiczną potrzebną do życia, przy jednoczesnym pochłanianiu dwutlenku węgla i wody, a wydzielaniu tlenu. Komórki sinic posiadają tylakoidy, czyli ultrastruktury komórkowe, które u np. roślin występują w chloroplastach. Tylakoidy te często występują tuż pod błoną komórkową dookoła całej komórki. Zawierają one głownie chlorofil a, oraz kilka innych barwników takich jak fikocyjanina, czy fikoerytryna.

                Powstała nawet teoria, zwana teorią endosymbiozy, która głosi, że współcześnie występujące np. u roślin chloroplasty są tak naprawdę dawnymi sinicami. Bardzo dawno temu, około 2-3 miliardów lat temu, pierwsze komórki eukariotyczne, pochłonęły komórki sinic, które miały być ich obiadem, ale coś poszło nie tak i komórka sinicy, zamiast bycia przekąską, zaczęła współpracować z komórką eukariotyczną i w miarę rozwoju, doboru naturalnego i upłynięcia bardzo długiego czasu, komórka sinicy przekształciła się w chloroplasty, które dziś dostarczają rośliną jedzenia.

                Bardzo ciekawą strukturą, która występuje u sinic są wakuole gazowe. Brzmi ciężko, ale są to bardzo proste struktury, które są po prostu pęcherzykami wewnątrz komórki sinicy, które są wypełnione powietrzem. Sinice żyjące w zbiornikach wodnych, dzięki pęcherzykom powietrznym mogą regulować swoje zanurzenie. W momencie, gdy dociera do nich mało światła, pęcherzyki napełniają się gazem i komórki sinic unoszą się tuż pod powierzchnie wody, aby wyłapać jak najwięcej energii słonecznej. W momencie, gdy dzień jest upalny i słoneczny, komórki redukują ilość i wielkość wakuoli gazowych, przez co komórki sinic opadają w dół zbiornika, co chroni je przed zagotowaniem się od środka.

                Nie jestem w stanie opisać tutaj wszystkich ciekawych struktur, zachowań , czy zdolności sinic, ale chciałbym jeszcze przybliżyć strukturę jaką jest heterocyt. Sinice, które żyją w środowiskach ubogich w azot znajdują się w poważnych tarapatach. Wymyśliły one heterocyty. Są to przekształcone komórki, które dzięki obecności bardzo skomplikowanego aparatu enzymatycznego, wychwytują azot atmosferyczny, czyli prosto z powietrza i zamieniają go na postać, która może im się przydać. Są to bardzo dziwne struktury, ponieważ sinice są jednym z niewielu organizmów, które potrafią wiązać azot atmosferyczny.

                Dlaczego badania sinic są tak ważne? Są to organizmy, które były jednymi z pierwszych organizmów na Ziemi. Były głównym powodem, dzięki któremu mamy obecnie atmosferę o takim, a nie innym składzie. Gdyby nie ich działalność, nie jestem pewny, ale życie w obecnej formie, nie mogłoby istnieć. Badania sinic są również istotne z tego względu, że istnieją na Ziemi co najmniej 2-3 miliardów lat, czyli przeżyły praktycznie wszystko co tylko się wydarzyło- zlodowacenia, ocieplenia, przeżyły dinozaury, upadki meteorytów, wszystkie wojny jakie stoczyła ludzkość. Były świadkami wszystkich wydarzeń na Ziemi. Jeśli jakikolwiek organizm, mógł przeżyć w praktycznie jednakowej formie przez tyle miliardów lat, to musimy dowiedzieć się jak one to robią. Ponadto sinice powodują zakwity zbiorników wodnych, a niektóre gatunki wydzielają groźne dla zdrowia toksyny, które mogą bardzo poważnie poparzyć człowieka, a w krytycznych warunkach nawet zabić.

                Wiem, że nie był to długi i wyczerpujący temat artykuł. Myślę, że w miarę prowadzenia przeze mnie badań na tych niesamowitych stworzeniach, pojawią się jeszcze artykuły o bardziej szczegółowej tematyce.

                Zachęcam do komentowania! Polub nas na Facebook! Bądź na bieżąco! Inne zdjęcia sinic znajdziecie pod linkiem!

Co się stało z cząstkami?

               Moje inne posty o podobnej tematyce znajdziecie pod linkami: Jak wygląda atom? , Kondensat kolorowego szkła- czyżby nowy typ materii?. Zapraszam również na naszą stronę na Facebook! Zachęcam do komentowania!

       

Coś bardzo dziwnego dzieje się w fizyce kwantowej. Świat naukowy ponownie zaczyna szaleć i trząść się w posadach. Nie pierwszy i pewnie (oby!) nie ostatni raz, ale naukowcy ponownie zaczynają zastanawiać się, co stało się, że wszystko przestaje do siebie pasować, gdy pozornie wszystko współgra. Stawka jest wysoka- teoria wszystkiego? Obalenie całej doczesnej fizyki? Mylimy się odkąd zaczęły się pierwsze badania? Noble przyznano za błędne teorię?

               

      Sprawa rozbija się o kilka teorii, które teoretycznie działają, mamy jakieś dowody eksperymentalne, wszystko pozornie jest ok. Ale wychodzi na to, że nasze postrzeganie Wszechświata jest błędne. W nauce z reguły jest tak, że robi się nieprzyjemnie, gdy naukowcy nie mają żadnej teorii. Tym razem jest inaczej- mamy teorię, a nawet kilka, tylko okazuje się, że cząstki nie istnieją (!?). Mamy teorie opisujące cząsteczki, takie jakie my znamy i mniej więcej potrafimy sobie je wyobrazić, ale one (chyba) nie istnieją. Ale zacznijmy od początku- w czym jest problem?

              

     Zwykliśmy opisywać i postrzegać Wszechświat, czyli wszystko co Nas otacza, jako strukturę zbudowaną z małych „kuleczek”, które nazwaliśmy atomami. Dziś wiemy, że zbudowane są one z jeszcze mniejszych „kuleczek”, które nazwaliśmy protonami, neutronami, elektronami, a te czasami posiadają jeszcze mniejsze ukryte struktury takie jak kwarki, spinony itp. Zauważyliśmy też, że cząstki, potrafią na siebie oddziaływać, np. proton i elektron przyciągają się, a elektrony odpychają się od siebie, ponieważ działa na nie siła, związana z polem jakie wytwarza dookoła siebie dana cząsteczka. Zwykliśmy dzielić świat na materialny (cząsteczki, molekuły, przedmioty) i świat pól (pole magnetyczne, elektrostatyczne itp.). Przez taki podział, automatycznie podzieliła się również fizyka i jej teorię; jedne opisują cząstki (fizyka cząstek), a inne opisują pola i ich właściwości (fizyka pól). Jest to oczywiście bardzo luźny, ale wystarczający na potrzeby tego artykułu podział.

              

     Powstała jednak pewna teoria. Jej początki sięgają końca lat 20. Nowa teoria, nazwana kwantową teorią pola, która połączyła w sobie mechanikę kwantową i einsteinowską szczególną teorię względności, dzięki czemu możliwe było zbudowanie Modelu Standardowego oraz wyjaśnienie jakie cząstki wchodzą w jego skład i jak one na siebie oddziałują. Mimo, że pozornie mamy gotową teorię, od momentu jej powstania niezauważalnie, gdzieś pomiędzy równaniami przeplatała się bardzo ulotna intencja, że teoria ta daje nam tak wiele swobody w interpretacji, że pojęcie „pole” i „cząstka” tracą dotychczasowe rozumienie, a Wszechświat jaki my znamy rozpada się na rzecz innych obiektów, których nie znamy.

                

       W tym momencie, gdy popatrzymy na fizykę w nowym świetle, Model Standardowy staje się dziecinną teorią, która nie opisuje niczego. Do teraz, używamy go do przewidywania zderzeń cząsteczek, jak zachowają się w różnych okolicznościach, do przewidywania co stanie się w momencie kreacji i anihilacji materii itp. O dziwo, zaczyna się to zmieniać.

                

       Nie wiem jak wy, ale ja dziwnie czuje się z myślą, że fizycy nie są pewnie, czy zbudowani jesteśmy z atomów… które przecież widzieliśmy na setkach zdjęć spod mikroskopów, nawet udało się nam je w dość dobry sposób opisać. Dziwnie się czuje myśląc, że wszystkie te zderzenia jakie prowadzili fizycy w wielkich akceleratorach, które działały tak jak miały i wyniki były zgodne z teoriami, mogą wcale nie być poprawne. Na sam koniec dziwnie się czuje, że fizyka jaką znamy i obraz Wszechświata jaki znam może okazać się błędny.

              

       Jak wyobrażasz sobie Wszechświat? Może uprośćmy zadanie i jak wyobrażasz sobie budowę na przykład wody w szklance? Patrząc bardzo, bardzo blisko, gdybyśmy tylko mogli, powinniśmy zobaczyć miliardy miliardów malutkich cząstek, drgających, skaczących, rozpychających się między sobą. Patrząc dokładniej widzielibyśmy (chyba), że jedna większa „kuleczka” w jakiś sposób połączona jest z dwoma mniejszymi, pod określonym kątem. Fizyka kwantowa dała nam trochę inny obraz tego samego zdarzenia. Prawdopodobnie molekuły wody widzielibyśmy lekko rozmyte, nie byłoby wyraźnej granicy gdzie ona jest, a gdzie nie, a pojedyncze atomy byłby by rozmytymi cieniami siebie samych. Nie moglibyśmy się zdziwić, gdyby jedna molekułą zniknęła i pojawiła się w innym miejscu, albo, gdyby byłą w kilku miejscach naraz. Jest to bardzo dziwne, ale powoli zaczęliśmy się oswajać z takim postrzeganiem świata- coś na zasadzie słynnego już martwego/ żywego kota w pudełku.

             

   Okazuje się, że jest możliwość, że nawet tak dziwny obraz jaki daje nam fizyka kwantowa jest nieprawidłowy, a to co „jest” naprawdę, „jest” jeszcze bardziej dziwne. Zapewne wielu z czytelników wie, jakie są różnice między klasycznym, a kwantowym pojmowaniem np. atomów, ale dla pewności przypomnę krótko o co tutaj chodzi, a później przejdę do tego, jak widzi to jeszcze nowsza koncepcja.

            

    Klasyczny punkt widzenia, prezentuje cząstkę jako konkretnie zdefiniowaną w przestrzeni kulkę. Weźmy na przykład elektron. Dla klasycznej teorii jest to kulka, o ładunku ujemnym, która jest w konkretnym miejscu w przestrzeni, a jak zaczyna się poruszać to z określoną prędkością, po określonym torze. Kwantowa teoria mówi, że elektron nie jest kulką. Jest jakby zlepkiem oddziaływań, które wpływają na jego właściwości. Ma on kształt zbliżony do kulki, ale w sumie jest on w tym samym czasie materią i falą, nie można określić jednoznacznie jego położenia, prędkości i kilku innych właściwości fizycznych. Może on być w jednym miejscu, ale może być w kilku innych w tym samym czasie. Bardzo dziwnie, ale powoli zaczynamy się z tym oswajać (bo raczej nikt tego nie rozumie).

              

    Nowa koncepcja interpretacji kwantowej teorii pola jest o niebo dziksza od tego do czego ledwo się przyzwyczajamy. Mówi ona, że cząsteczki nie istnieją. Z polami jest większy problem, bo można je traktować klasycznie i kwantowo. Zależnie od tego co potrzebujemy. Pole klasyczne opisane jest przez konkretne wartości jakiś wielkości. Pole kwantowe opisywane jest przez pewien zbiór możliwych wielkości, co w zawiłej konsekwencji prowadzi do tego, że wartość opisująca jakieś miejsce w przestrzeni nie jest opisem danego miejsca, ale rozciąga się na całą przestrzeń. W sumie w tym momencie, możemy pozbyć się też zwykłego znaczenia pola do jakiego się przyzwyczailiśmy, bo nie jest ono zbyt precyzyjne. Czyli zostajemy z pojęciem „pole” i „cząstka”, które są średnio przydatne, bo nie opisują zbyt dokładnie niczego. Są one dobre jeśli chcemy coś opisać w sposób prosty, ale okazują się całkiem nieprzydatne do opisu świata rzeczywistego.

          

      Realizm strukturalny- nowa koncepcja, która w gruncie rzeczy nie jest taka nowa, a jedynie „odgrzana”- pozwala nam popatrzeć na Wszechświat w inny sposób: nigdy nie poznamy rzeczy w samej sobie, a jedynie relacje miedzy nimi.

           

     Idąc dalej tym tropem, radykaliści teorii realizmu strukturalnego twierdzą, że nie istnieje nic innego, tylko relacje. Inaczej- są relacje, ale nie ma rzeczy, między którymi te relację zachodzą. Piłka lata, ale nic jej nie kopie (piłka utożsamiona jako relacja).

            

    Dziwne. Jest to tak dziwne, że sami fizycy uważają, że jest to zbyt dziwne i zaczynają powoli usprawiedliwiać na czym to polega. Wyszły już założenia, że być może obiekty jakie my znamy są mieszaniną różnych relacji. Jest to bardzo prowokacyjne podejście, ale chyba warto się nad nim zastanowić. Czy oznacza ono narodzenie nowej fizyki? Czy jest to tylko kolejna ślepa uliczka? Co wy o tym myślicie?

Bądź na bieżąco! Śledź nas na Facebook!          Zachęcam do komentowania!

Zaskakujące liczby

Dawno nie było żadnego postu, a dzisiaj mam ochotę na policzenie czegoś ciekawego. Przy okazji chciałbym pokazać, jak za pomocą podstawowego kalkulatora i działań matematycznych można policzyć sobie bardzo wiele, ciekawych, a czasami nawet zaskakujących rzeczy. Nie będę tutaj podawał szczegółów obliczeń, jak ktoś jest zainteresowany to zapraszam do pytania w komentarzach, to w tedy objaśnię, skąd jaki wynik się pojawił, a tymczasem zapraszam do czytania ;) Wcześniejszy artykuł o podobnej tematyce znajdziecie pod linkiem: Długość długości nie równa- czyli o tym, jak wielka jest wielkość?  Zapraszam również na naszą stronę na Facebook! 

Zabójczy pączek 

Aby zabić człowieka promieniowaniem wystarczy napromieniować go dawką około 5 grejów. Grej jest jednostką pochłoniętej energii przez jakąś masę. Inaczej mówiąc jeden grej jest wtedy, gdy jeden kilogram masy ciała pochłania jeden dżul energii. Łatwo stąd policzyć, że jeśli pięć grejów zabija człowieka w ciągu około 14 dni, to aby zabić kogoś kto waży 80 kilogramów potrzeba 400J energii. Aby uprościć przyjmujemy, że chodzi tutaj o energię promieniowania. 

Teraz weźmy pączka. Średnia waga pączka to około 70 gram. Po podstawieniu masy pączka do słynnego wzoru Einsteina wychodzi nam, że wewnątrz pączka drzemie sobie około 63⋅10¹⁴ J energii. Zakładając, że masę pączka przekształcamy w całości w energię promieniowania łatwo można policzyć, że jeden pączek mógłby zabić 15,75⋅10¹²  ludzi. Biorąc pod uwagę, że na ziemi mieszka tylko 7mld przedstawicieli populacji ludzkiej, to jeden pączek mógłby zgładzić w ciągu 14 dni około 2250 populacji wielkości naszej. Czyż nie jest to przerażające?

Mnogie cząsteczki

Wypijając jedną szklankę wody, wypijamy więcej cząsteczek wody, niż kiedykolwiek żyło, żyje i będzie żyło ludzi. Szklanka wody to około 250ml płynu. Przyjmijmy, że mamy tutaj do czynienia z całkowicie czystą wodą. Bardzo łatwo można policzyć ile cząsteczek wody wypijamy, tak samo łatwo można policzyć ile poszczególnych atomów (no w tym wypadku mamy do czynienia z atomami tlenu i wodoru) przyjmujemy, co więcej, łatwo można policzyć ile protonów, neutronów, a nawet elektronów połykamy. Jedna wypita szklanka wody dostarcza naszemu organizmowi około 83,59⋅10²³  cząsteczek wody. Jest to około 1194000000000000 razy więcej cząsteczek wody niż liczy obecnie cała populacja ludzka. 

Sól będzie wszędzie

Załóżmy hipotetycznie, że mamy do dyspozycji basen wody wielkości... całej powierzchni wody znajdującej się na naszej planecie. Innymi słowy przyjmijmy, że wszystkie wody jakie znajdują się na naszej planecie zostają oczyszczone ze wszystkich dziwnych rzeczy jakie w nich pływają i jest to całkowicie czysta woda. Objętość wody znajdującej się na Ziemi to około  1,3•10¹⁸ m³. Teraz stajemy nad brzegiem Morza Bałtyckiego i wsypujemy do niego kilogram soli- takiej zwykłej soli jaka znajduje się na naszym kuchennym stole. Przyspieszamy teraz czas i pomijamy wsiąkanie soli do gruntu oraz odparowywanie wody z tego ogromnego basenu i przenosimy się w czasie do momentu w którym cała sól jaką wrzuciliśmy do wody zostaje rozpuszczona i rozprzestrzenia się po całej objętości naszego potężnego basenu. Teraz ponownie stajemy nad brzegiem Morza Bałtyckiego i nabieramy do szklanki, 250ml wody. Biorąc pod uwagę nasze wcześniejsze założenia, że wszystkie wody świata byłyby czystą wodą, bez żadnych rozpuszczonych w niej substancji, a nasz kilogram soli miał czas rozprzestrzenić się w każdy zakątek wód w sposób idealnie równomierny, to w naszej szklance znalazłoby się około 200 kationów sodowych i 200 anionów chlorkowych, pochodzących z dysocjacji cząsteczek soli.

Duuużo bakterii

Na naszej planecie znajduje się około pięć kwintylionów bakterii (5⋅10³⁰  ). Wielkości bakterii różnią się między sobą, ale żeby było zabawniej ja biorę pod uwagę raczej te mniejsze bakterie, których wielkość to około 1um (mikrometr=1⋅10^-6  m). Gdybyśmy ustawili bakterię jedna obok drugiej w potężnej linii to długość tego szeregu wynosiłaby 5⋅10²⁴ m. Może w tym momencie nie wydaje się to aż tak dużo, ale trzeba sobie uzmysłowić, że światło, aby mogło przelecieć z jednej strony tej linii na drugą potrzebowałoby około 507356671 lat.

Wiem, że post troszkę krótki, ale myślę, że w najbliższym czasie policzymy sobie inne zaskakujące rzeczy ;) 

 Zapraszam również na naszą stronę na Facebook! Zachęcam do komentowania!  

Im dalej w naukę, tym więcej równań!

Mówi się, ze przechodząc przez próg można natrafić na temat. Chyba się z tym zgodzę. Nie wiem co prawda, czy próg pociągu jest właśnie tym progiem, ale z pewnością po wejściu do przedziału doznałem wrażenia, ze jest to właściwi czas na napisanie kolejnego artykułu, ponieważ ostatnio miałem lekki przestój. Wbrew pozorom nie tak łatwo jest natrafić na odpowiedni temat i po prostu coś napisać. W historii tego bloga wydaje mi się, że więcej artykułów zaczynałem pisać, niż tych które skończyłem, ale za to każdy rozpoczęty, ale  niedokończony artykuł trafia do szuflady i oczekuje na odpowiedni moment w którym znajdę to coś, co pozwoli mi dany artykuł dokończyć. 

Przechodząc przez próg przedziału w pociągu TLK relacji Opole- Kędzierzyn- Koźle, stwierdziłem, ze w ciągu około 50 minut podróży postaram się napisać na moim tablecie z okropną, doczepianą klawiaturą (która nie obsługuje polskich znaków) zalążek kolejnego artykułu, tym razem od strony bardziej filozoficznej i biologicznej mimo, że chciałbym poruszyć tematy bardzo odległe od tego co na ogół widzimy w świecie rzeczywistym. 

Na ogół, gdy poprosimy kogoś o wyobrażenie sobie lecącej piłki futbolowej, nikt nie będzie miał specjalnych trudności z tym zadaniem. Możemy powiększyć skale i poprosić, aby dana osoba wyobraziła sobie lecący traktor albo krowę. Możemy powiększyć skale jeszcze trochę do rozmiarów lecącego budynku. Skale (od przyjętej za punkt wyjściowy piłki futbolowej) możemy zacząć zmniejszać, np. do rozmiarów ziarenka kawy Arabiki, a potem idąc w dół do ziarenka piasku. 

Podobnie jak z wielkością możemy bawić się z odległością. Najbliższa nam odległość niech będzie miedzy naszym biurkiem z komputerem do lodówki. Ponownie możemy zwiększyć te odległość od nas do najbliższego monopolowego, a nawet za granice miasta, a potem państwa. Zmniejszając odległość możemy uznać odległość monitora od naszych oczu, a potem przejdziemy do wielkości ziarenka piasku. 

Podobnie możemy czynić z innymi wielkościami tj. masa, objętość, czas, ale tylko w kontekście  takim, do jakiego jesteśmy przyzwyczajeni, a dokładniej- miary te poprawnie odczuwamy i interpretujemy w granicach w jakich pozwalają nam nasze zmysły. Problem pojawia się, gdy trzeba przejść do rzeczy, które są dla naszych  zmysłów niejako obce, albo wydają nam się sprzeczne z intuicja. W naszym życiu bardzo rzadko obserwujemy wielkości przekraczające np. odległości miedzy miastami- z reguły postrzeganie naszego świata kończy się na kilku kilometrach , no ewentualnie kilkudziesięciu jeśli ktoś tak jak ja dojeżdża do pracy, czy szkoły. Podobne ograniczenia nasze zmysły nakładają na wielkości tj. wielkość wspomnianej wcześniej piłki, z której wyobrażeniem nie mamy najmniejszych problemów. 

Wchodząc w świat wykraczający poza nasze zmysły zaczynamy mieć problemy ze zrozumieniem tamtych rzeczy. Nie potrafimy sobie dobrze wyobrazić atomu, tak samo jak nie mamy ani trochę poczucia czasu geologicznego naszej Ziemi, albo odległości od środka naszej galaktyki, tak jak nie potrafimy nawet w wyobraźni zbliżyć się do czasu w którym zachodzą zjawiska kwantowe. Na szczęście przez wiele stuleci, kolejne pokolenia naukowców potrafiły uporać się z tymi problemami i na kanwach różnych teorii, niekiedy bardzo zawiłych i trudnych, innych trochę prostszych, zostały ukute odpowiednie aparaty matematyczne, które pozwalają nam się zbliżyć do opisu rzeczy, o których mówieniu mamy problem. Zobaczmy to na pewnym przykładzie. 

Mamy w ręku puszkę piwa. Dobrze schłodzonego. I mamy do pracy uruchomione wszystkie nasze zmysły. Wielkość puszki potrafimy określić z przybliżeniem do kilkunastu centymetrów. Obwód potrafimy powiedzieć, że jest z reguły niewiele większy od obwodu palców, które puszkę trzymają. Temperatura- na pewno niska, ale z pewnością wyższa od zera stopni Celsjusza, bo piwo nie zamarzło. Pewnie w granicach około 15 stopni Celsjusza. Kształt- cylindryczny. Waga- no około pół kilograma, ale na tyle mała, że bez problemu i z ochota potrafimy puszkę podnieść. Czas otwarcia puszki- no to zależy od pragnienia. Obstawiam, ze w normalnych warunkach laboratoryjnych czas otwarcia to max 1 sekunda, chociaż podejrzewam, że są istoty, które czas ten potrafią skrócić do tak małego, ze ciężko znaleźć by do jego opisu było jakakolwiek teorię naukowa. 

Teraz wyobraźmy sobie atom i galaktykę Drogi Mlecznej. Najpierw masa. Atom... no cóż, ciężko powiedzieć coś o masie mając do dyspozycji tylko nasze zmysły. Wiec trzymając atom nawet najcięższego pierwiastka jaki znamy na palcu, powiedzielibyśmy, ze atom nic nie waży. Galaktykę Drogi Mlecznej ciężko byłoby wziąć na palec i porównać z jakaś inna masa. Na pewno byłaby to masa miliardy miliardów razy większa od masy puszki piwa. Co do wielkości. Hmm... wielkość atomu- patrząc na atom gołym okiem nie widzimy go, wiec czy ogóle możemy powiedzieć, ze on tam jest? Człowiek nieznający podstawowych praw rządzących tym światem pewnie odrzuciłby atom jako coś nieistniejącego i zostałby przy samej Drodze Mlecznej, której wielkości, masy, objętości, czasu w jakim zachodzą w niej zdarzenia nie mógłby zmysłowo określić i po pewnym czasie, załamany odrzuciłby ten pomysł i poszedł napić się piwa. Na tym bardzo prostym przykładzie widzimy, że mamy poważny problem z opisem czegokolwiek co odstaje od norm jakie nakładają na nas nasze zmysły. Puszkę piwa z pewnym przybliżeniem jesteśmy w stanie opisać. Nie będzie to dokładny opis, ale wystarczający, aby to piwo rozpoznać w sklepie, kupić je i wypić w domu. Atom wydaje się za mały, aby mógł być jakkolwiek przez nas opisany, podobnie jak Droga Mleczna jest zbyt wielka byśmy mogli coś o niej konkretnego powiedzieć, na podstawie samej obserwacji za pomocą naszych zmysłów. 

Nasze zmysły są delikatnie mówiąc niewystarczające do obserwacji, badania i poznania niektórych rzeczy.  Mózg przywykł widzieć wszystko w kategoriach potrzebnych bezpośrednio do przetrwania. Sięgając po życiodajny napój- nasze piwo, nie potrzebujemy mieć zdolności określania ile jest w nim cząsteczek etanolu, czy ile butelek po piwie zmieści się w naszej rodzinnej galaktyce. Jedyne co musimy wiedzieć to czy jest to coś co możemy się napić, czy puszka jest pełna i czy jest odpowiednio schłodzona. Podobnie przy przejściu przez ulice obserwujemy zmysłami tylko wielkości takie które pozwolą nam przez ulice przejść- prędkość zbliżającego się samochodu, jego odległość i czas czy zdążymy przejść czy nie. W tej kwestii nasze zmysły są bardzo dobrze wyszkolone i prawie niezawodne.

Wraz z rozwojem ludzkości zaczęliśmy badać świat i znaleźliśmy atomy jak i inne galaktyki, ale wraz z ich znalezieniem, musieliśmy znaleźć metody ich opisu, które zastąpią nam nasze nienadające się do tego zmysły. Długo szukać nie musieliśmy. Myślę, że kwestia „odkrycia” matematyki była nieunikniona, tak samo jak nieuniknione było pojęcie zasad matmy i ich rozwój. Matma jest tą nauką, która w swojej prostocie jest najtrudniejsza. Nie bez powodu mówi się tutaj o Królowej Nauk, ponieważ, dzięki matematyce i jej aparatom, jesteśmy w stanie opisywać i niejako widzieć rzeczy, których zobaczenie uniemożliwiają nam nasze własne zmysły. Mimo tego, że matematyka pozwala nam na bardzo wiele rzeczy i pomaga nam w opisie Wszechświata od jego najmniejszych, do największych elementów, bardzo mało ludzi wie coś więcej niż podstawowe działania- zastanówmy się dlaczego?

Z reguły większość ludzi potrafi dodawać, odejmować oraz mnożyć i czasami dzielić w niewielkich zakresach liczbowych (bez użycia kalkulatora). W sklepie potrafimy sobie szybko policzyć czy stać nas na dany zakup, patrząc na wyciąg konta bankowego wiemy ile możemy jeszcze wydać, tak samo jak przy malowaniu domu, potrafimy z grubsza obliczyć ile litrów farby potrzebujemy do pokrycia farbą odpowiedniej powierzchni (z reguły ściany są prostokątne, dzięki czemu nie mamy z tym problemów). Wszystkie te czynności są dostępne dla nas na poziomie, który potrafimy ogarniać zmysłami. Wielkość ściany potrafimy sobie wyobrazić, a za pomocą bardzo podstawowych działań potrafimy sobie policzyć jej powierzchnie- jest to zadanie bliskie nam… może nie jest ono konieczne do przetrwania, ale mózg przystosowany jest do wielkości bliskich naszym zmysłom, a ściana naprzeciwko nam na pewno jest obiektem, który bez trudu potrafimy postrzegać. Nie musimy tutaj specjalnie używać skomplikowanej matematyki, aby poradzić sobie z problemem powierzchni do pomalowania. Matematyka jaką potrzeba tutaj stosować jest tak samo prosta jak obiekty, które musimy dzięki niej opisać. Powierzchnia ściany jest stosunkowo jednorodna, jest określona w odpowiednich wymiarach, pomijając głębokość powierzchni farby jaką ścianę pokryjemy i nierówności, opis powierzchni ściany sprowadza się do bok 1 razy bok 2. Gdybyśmy w tym momencie chcieli policzyć objętość całego pokoju w którym się znajdujemy dodajemy kolejny element do naszego równania, dzięki czemu mamy bok 1 razy bok 2 razy bok 3. Gdybyśmy chcieli policzyć w tym momencie na przykład przekątną ściany numer 1 w naszym pokoju, korzystamy z trochę bardziej skomplikowanego twierdzenia Pitagorasa. Gdybyśmy chcieli policzyć masę powietrza znajdującego się w pokoju, musielibyśmy do wszystkiego dodać gęstość powietrza. Gdybyśmy chcieli policzyć masę jedynie tlenu w naszym pokoju do całej układanki musielibyśmy dołożyć jego zawartość procentową w powietrzu. Idąc tym tropem dalej, przy coraz bardziej komplikujących się równaniach, możemy policzyć ilość atomów w konkretnym wycinku przestrzeni pokoju, stężenia konkretnych cząsteczek w danym miejscu i inne takie rzeczy. Ale jedna rzecz jest wspólna- im więcej chcemy wiedzieć, tym więcej elementów w układance matematycznej musimy dokładać. Chcąc policzyć jedynie objętość naszego pokoju musieliśmy znać 3 wielkości. Chcąc znać masę tlenu w powietrzu w pokoju, potrzebowaliśmy 4 wielkości. Jeśli chcielibyśmy znać ilość konkretnych atomów tlenu w powietrzu w pokoju, potrzebowalibyśmy 5 wielkości. 

Podałem tutaj bardzo prosty przykład, ale chciałem zaprezentować, że im więcej rzeczy chcemy wiedzieć, tym coraz bardziej skomplikowaną matematykę musimy stosować, a ponieważ wszystko co potrzebne jest nam do zwykłego funkcjonowania da się opisać za pomocą bardzo prostych równań, większość ludzi nie zagłębia się głębiej w matematykę, bo po prostu nie mamy w życiu codziennym takiej potrzeby. Ale są szaleńcy, którzy zaczynają wnikać warstwa po warstwie, coraz głębiej i głębiej. A im głębiej w matematykę… tym więcej równań. 

Niektórzy ludzie dochodzą do zagadnień związanych z wielkościami tak ogromnymi jak wielkość Wszechświata, a niektórzy idą w stronę wielkości orbity elektronu dookoła atomu wodoru. Jakkolwiek chcielibyśmy te rzeczy opisać za pomocą naszych zmysłów, jak wcześniej udowodniliśmy- nie da się. Również, jakkolwiek chcielibyśmy opisać te rzeczy za pomocą prostej matematyki, nie damy rady. Wydawałoby się, że ruch po orbicie elektronu dookoła jądra atomu np. wodoru, powinno być proste- nie znając szczegółów większość ludzi na podstawowym poziomie wtajemniczenia myśli, że wystarczy znać promień orbity i prędkość elektronu  już da się określić czas obiegu elektronu dookoła jądra, długość drogi jaką elektron przebędzie, jak daleko od jądra krąży elektron, ewentualnie z jaką siłą elektron przyciąga się z jądrem i jaka działa na niego siłą odśrodkowa. Wszystko byłoby pięknie, gdybyśmy opisywali przedmioty, które znamy w życiu codziennym. W opisie ruchu elektronu po orbicie potrzebujemy czegoś więcej niż dodawania i odejmowania. Długo zajęło nam dochodzenie do tego na jakich zasadach elektron krąży dookoła jądra. Było wiele modeli, a każdy następny był coraz bardziej skomplikowany i bliższy prawdzie. Zaprzęgając do opisu fizykę kwantową musimy brać pod uwagę, że elektron na tym poziomie nie jest już cząstką, ale jest falą prawdopodobieństwa. Musimy brać pod uwagę, że porusza się on z prędkościami bliskimi z prędkością światła. Tak naprawdę on nie okrąża jądra atomowego jak księżyc okrąża Ziemię, a pojawia się i znika w odpowiednich punktach przestrzeni dookoła jądrowej. Musimy pamiętać o liczbach kwantowych, oddziaływaniach między jądrem, a elektronem, a jeśli jest więcej elektronów, to musimy do tego dodać oddziaływania między elektronami. Fajnie by było włączyć do opisu otoczenie atomu, które może mieć wpływ na ruch elektronu. Nagle coś co wydawało nam się bardzo logiczne i intuicyjne przeradza się w coś, czego nie da się tak po prostu przeskoczyć. Im głębiej staramy się wnikać w naturę niektórych zagadnień, tym ciężej będzie nam je opisać za pomocą tego co już mamy. 

Pozostaje zadać pytanie- czy jest możliwe, że znajdziemy się w punkcie nauki w którym dostępna matematyka przestanie nam wystarczać? Chodzi mi nie o to, że nie będziemy znali metod, ale o to, że matematyka będzie miała swego rodzaju koniec i przestanie móc odpowiadać na kolejne pytania. Czy powstanie w tedy nowa matematyka? Również nurtuje mnie pytanie, czy będziemy w stanie opisać złożoność naszego mózgu. Z tego co mi wiadomo, mózg jest prawdopodobnie najbardziej skomplikowanym obiektem we Wszechświecie. Czy można powiedzieć, że jest to szczyt wszelkiego stworzenia- nie sądzę, ale czy jest możliwe opisanie narządu, który na podstawie obserwacji otaczającego Wszechświata był w stanie opisać cały Wszechświat i jego być może ostatecznym zadaniem będzie opisanie samego siebie? Czy jesteśmy w stanie stworzyć naukę, która będzie miała możliwości opisywania działania i funkcjonowania mózgu? Zadaję pytanie o nową naukę, ponieważ nie sądzę, że nauka dostępna w tym momencie jest wystarczająca, mimo, że potrafimy symulować bardzo prymitywne obwody naszego mózgu. 

Temat w tym momencie będę musiał urwać. Myślę, że ważnym punktem płynącym z tego krótkiego rozważania jest- uczcie się matematyki! ;-) Każdy temat niech dokończy jak chce, a ja dla przypomnienia zapraszam do odwiedzania zaprzyjaźnionego Antykwariatu oraz czytania pozostałych artykułów na blogu ;) Zachęcam do komentowania!  Zapraszam również na naszą stronę na Facebook!  

Roczek bloga! Podsumowanie.

Czas na podsumowanie!

Dziś mija dokładnie rok od założenia bloga! 

Stwierdziłem, że należy się małe podsumowanie tego co się działo!

Zacznijmy od tego, że od założenia bloga powstało do teraz magiczne 69 artykułów opublikowanych!

Pierwszym artykułem jaki pojawił się na blogu był artykuł Void Space.

Artykułem, który przyniósł istną rewolucję na blogu był artykuł Dlaczego nie przenikamy przez ściany. Z uwagi na to, że artykuł trafił na stronę Wykop.pl w ciągu godziny na stronę bloga weszło ponad 22 tysiące osób! Artykuł Dlaczego nie przenikamy przez ściany. był też najbardziej komentowanym artykułem na blogu. Do tego momentu bloga odwiedziło około 100 tysięcy osób (jeśli ufać licznikom blogspota). Mam nadzieję, że publika urośnie i będzie chętniej komentowała ukazujące się artykuły.

W ciągu roku zawarliśmy współpracę z Antykwariatem oraz udało mi się przeprowadzić jak dotąd jeden wywiad z panem Marcinem Klapczyńskim. Pisałem do wielu osób w sprawie udzielenia mi wywiadu, niestety większość z nich nie odpisała. 

W ciągu tego roku miałem zaszczyt publikować na blogu trzy teksty autorstwa Poyu, któremu bardzo dziękuje za współpracę, za bardzo ciekawe artykuły, które dla Nas napisał i za cierpliwość w kontaktowaniu się ze mną ;) Pierwszym tekstem autorstwa Pouy był Za co mały ślimaczek mógłby być wdzięczny swojej matce?, drugim, niedawno opublikowanym artykułem był Po co lunatykom Księżyc?, a trzecim artykułem jest publikowany dzisiaj, na równy roczek bloga artykuł Skazani na wolne rodniki . Dzięki za współpracę i mam nadzieję, że mimo przeszkód będzie mogła się rozwijać  Oczywiście zachęcam inne osoby również do pisania własnych artykułów i publikowania ich na witrynie bloga! 

Niestety muszę przyznać  że w ciągu roku nie odbył się żaden konkurs ;/ Ale z radością mogę poinformować  że trwają negocjację z pewnymi instytucjami i mam nadzieję, że w najbliższym czasie można spodziewać się pierwszego konkursu z nagrodami!

Oczywiście nie mogę zapomnieć o naszym Fanpage na Facebook! Na razie jest nas 124, ale liczę na to, że liczba ta będzie sukcesywnie rosnąc, a chciałbym tez wszystkim śledzącym gorąco podziękować.
Chciałbym podziękować również wszystkim osobą, które pisały prywatne wiadomości i z którymi mam kontakt prywatny. Dzięki za wszystkie pomysły i słowa krytyki.
Podziękowania należą się też mojej wieloletniej przyjaciółce, która staje się wschodzącą gwiazdą mody, a której blog możecie znaleźć pod tym linkiem.  Gdyby nie ona, nigdy nie zdecydowałbym się na pisanie tego bloga ;)
Podziękowania należą się jeszcze jednej, bardzo ważnej dla mnie osobie, ale jej personalia pozostawię dla siebie ;)
Dzięki też wszystkim stałym i niestałym czytelnikom, komentatorom i odwiedzającym ;)
Mam nadzieję, że kolejny rok będzie równie i bardziej owocny niż miniony.

Skazani na wolne rodniki

Post specjalny!
Dzisiaj blog Atom For The World obchodzi roczek swojego powstania. Bardzo miło jest mi publikować świetny tekst autorstwa Poyu w ten specjalny dzień. Jest to już jego trzeci artykuł na łamach bloga. Wcześniejsze artykuły znajdziecie pod linkami: Po co lunatykom Księżyc oraz Za co mały ślimaczek mógłby być wdzięczny swojej matce? ;) Zachęcam do komentowania!  Zapraszam również na naszą stronę na Facebook!  

Szukając w Internecie informacji o zdrowej żywności, oglądając telewizję oraz czytając gazety, z całą pewnością prędzej czy później natkniecie się na różne specyfiki, diety oraz rozmaite porady, jak walczyć z wolnymi rodnikami za pomocą antyoksydantów. Szkoda tylko, że najczęściej przedstawiana jest tylko część prawdy, a informacje o wolnych rodnikach zazwyczaj są na tyle okrojone i tendencyjne, by pokazać jedynie ich negatywne strony i przy okazji zarobić na strachu przed nimi. To tak, jakbyśmy patrzyli na las tropikalny przez pryzmat pasożytów, chorób, trucizn oraz niebezpiecznych zwierząt i roślin. Nie jesteśmy przecież bezbronni, a nawet wręcz stworzeni do egzystencji z wolnymi rodnikami oraz obrony przed ich negatywnymi skutkami. Są integralną częścią życia naszego i naszych komórek. Najważniejsze, żeby po prostu nie było ich za dużo. Tylko tyle i aż tyle.

„Wszystko jest trucizną i nic nie jest trucizną, bo tylko dawka czyni truciznę.” (Paracelsus)

Wizja wolnych rodników atakujących komórki :)

Profil chemiczny agresorów

Według definicji, wolnymi rodnikami nazywamy atomy lub cząsteczki, zdolne do samodzielnego istnienia, mające jeden lub więcej niesparowanych elektronów. Czyni je to bardzo reaktywnymi chemicznie. Czasami we wzorach sumarycznych oraz strukturalnych oznacza się je czarną kropeczką w indeksie górnym. Pisząc o produktach redukcji i wzbudzenia tlenu, trudno jest uniknąć takich związków, jak nadtlenek wodoru, czy tlen singletowy, które nie są wolnymi rodnikami, choć są znacznie bardziej reaktywne od tlenu. Momentami będę się więc stosował do nomenklatury wolnorodnikowców (bo tak chyba należałoby nazwać naukowców zajmujących się ich badaniem) i pisał o Reaktywnych Formach Tlenu (RFT) oraz formach im pokrewnym, gdyż mechanizm ich działania oraz pochodzenie, są przeważnie pokrewne. Nie wszystkie jednak RFT są wolnymi rodnikami, tak jak i nie wszystkie wolne rodniki są RFT.

Tlenie, ty zdrajco!

Zanim zajmiemy się wolnymi rodnikami, warto zacząć od tlenu. W stanie podstawowym (trypletowym) jest on birodnikiem - posiada dwa niesparowane elektrony. Ze względu jednak na ich konfigurację, jest na szczęście stosunkowo mało reaktywny. Dość duża jego biodostępność w przyrodzie i jego właściwości utleniające, sprawiły że pierwiastek ten został ewolucyjnie „wybrany” na akceptor elektronów w procesie oddychania komórkowego. Tak, jest to właśnie ten proces, który dla większości komórek jest podstawowym źródłem energii w postaci ATP. W łańcuchu oddechowym (w mitochondriach) tlen ulega całkowitej redukcji, poprzez przyłączenie czterech protonów i czterech elektronów, w wyniku czego powstają dwie cząsteczki wody. Ale nie zawsze tak jest. Łańcuch oddechowy nie jest niestety zupełnie szczelny, przez co część elektronów „przecieka”. Skutkiem tego jest jednoelektronowa (najczęściej) lub dwuelektronowa redukcja tlenu. Z tego właśnie powodu mitochondria są jednym z najistotniejszych źródeł wolnych rodników (tj. anionorodnika ponadtlenkowego) w naszych komórkach oraz u większości innych organizmów tlenowych (aerobów).

Poznaj swojego wroga

Reaktywnych form tlenu jest zbyt wiele, by się nad nimi wszystkimi rozpisywać. Przybliżę Wam trzy najważniejsze, z którymi nie rozstajemy ani na moment (i bardzo dobrze, bo skończyłoby się to dla nas tragicznie!). Powstają one w naszych komórkach oraz poza nimi w naturalnych procesach fizjologicznych oraz metabolicznych (endogennie), jak również, na skutek działania różnych czynników zewnętrznych, takich jak: promieniowanie jonizujące (ultrafiolet, promieniowanie rentgenowskie, itp.), ultradźwięki, jony metali ciężkich, niektóre związki chemiczne, leki, wysoka i niska temperatura, ...i wiele jeszcze innych czynników (!). Jeśli przykładowo jesteście w szponach nałogu tytoniowego lub dopiero zaczynacie palić, mam przykrą nowinę. Z każdym zaciągnięciem się dymu papierosowego (średnio 35 ml) wprowadzacie do organizmu około biliard (10^15 = 1 000 000 000 000 000) cząsteczek wolnych rodników.

Desant krwiożerczych RFT na nic nie przeczuwającą kobietę ;)

1) rodnik hydroksylowy

Zacznijmy od najgroźniejszego. Wyznaje on zasadę: „żyj szybko, umieraj młodo”. Rodnik hydroksylowy nie wybrzydza i reaguje ze wszystkim, co napotka swojej drodze jako pierwsze - zazwyczaj już w miejscu swojego powstania. Nie dziwi więc fakt, że jego okres półtrwania w organizmie jest najkrótszy. W układach biologicznych rodnik hydroksylowy powstaje najczęściej w wyniku reakcji nadtlenku wodoru oraz anionorodnika ponadtlenkowego z jonami metali przejściowych, czyli żelaza i miedzi (reakcja Fentona). Ze względu na wysoką reaktywność rodnika hydroksylowego oraz jego małą (czyt. żadną) specyficzność względem innych cząsteczek, reakcje obronne organizmu polegają przede wszystkim na zapobieganiu jego powstawania. Dużą rolę w tym zakresie odgrywają chelatory metali, takie jak: ferrytyna (wiążąca wolne jony żelaza), ceruloplazmina (specyficznie wiążąca wolne jony miedzi we krwi), oraz metalotioneina. Potencjalnie groźnym źródłem wolnego żelaza we krwi jest wolna hemoglobina. Do lizy erytrocytów dochodzi bowiem nie tylko w śledzionie, lecz również na skutek różnych czynników zewnętrznych. Ale bez obaw! I na to jesteśmy przygotowani. Natura wyposażyła nasze osocze w białka silnie wiążące hemoglobinę (haptoglobiny) oraz wolny hem (hemopeksyny). Po związaniu przestają być dostępne dla reaktywnych form tlenu. Najważniejszą rolę prewencyjną odgrywają jednak przede wszystkim enzymy obrony antyoksydacyjnej, które ograniczają reaktywność RFT względem siebie oraz jonów metali przejściowych eliminując substraty tych reakcji (czyli te dwie wymienione RFT), co jak wspomniałem wcześniej, mogłoby się przyczynić do powstania rodnika hydroksylowego. A przecież jest się czego bać. Rodnik ten jako jeden z nielicznych potrafi reagować z kwasami nukleinowymi. Szacunkowe dane wskazują, że rodnik hydroksylowy oraz pozostałe RFT generują w ciągu doby około 10 tys. uszkodzeń w DNA przeciętnej komórki naszego organizmu. Ale rodnik hydroksylowy nie występuje jedynie w organizmach. Jego stężenie w powietrzu atmosferycznym w godzinach południowych, szacuje się na 1 – 10 mln cząsteczek w każdym centymetrze sześciennym (mililitrze). Przerażające? Ależ skąd! Jest on pożądanym składnikiem atmosfery, ponieważ dzięki swej reaktywności niszczy wiele związków ją zanieczyszczających oraz przyczyniających się do efektu cieplarnianego. Jak na ironię, zaniepokojenie budzi wręcz jego obniżone stężenie w atmosferze w ciągu ostatniej dekady...

2) anionorodnik ponadtlenkowy

Pojawia się on w organizmach na skutek rozmaitych procesów metabolicznych oraz na skutek działania wielu różnych czynników zewnętrznych. Może być on zarówno utleniaczem, jak i reduktorem. Gdy reaguje z innym anionorodnikiem ponadtlenkowym, jeden z nich ulega utlenieniu, zaś drugi redukcji (dysmutacja). Aby proces ten był efektywniejszy, natura wyposażyła praktycznie wszystkie tlenowce (z nielicznymi wyjątkami) w specjalny katalizator, jakim jest enzym dysmutaza ponadtlenkowa (SOD, ang. SuperOxide Dismutase), przeprowadzający naprzemienne reakcje utleniania i redukcji jonu miedzi w centrum aktywnym, przy pomocy cząsteczek anionorodnika ponadtlenkowego. Produktami reakcji dysproporcjonowania (dysmutacji) anionorodnika ponadtlenkowego jest woda, tlen oraz nadtlenek wodoru, którym zajmuje się w dalszej kolejności inny enzym – katalaza. Nadtlenek wodoru wykorzystują również peroksydazy, które przy jego pomocy utleniają inne substancje, przy okazji go neutralizując. W przyrodzie istnieje pięć izoform dysmutazy ponadtlenkowej, różniących się m.in. metalem w centrum katalitycznym, ilością podjednostek, z których jest zbudowana oraz niektórymi aminokwasami. (FeSOD występująca u hipertermofilnego archeona Sulfolobus acidocaldarius jest jednym z najbardziej odpornych na wysoką temperaturę enzymów obecnie znanych nauce. Nie traci swej aktywności nawet po 24-godzinnej inkubacji w temperaturze 95 st. Celsjusza. A jest przecież białkiem!). Jak już wspomnieliśmy wcześniej, ogromne ilości anionorodnika ponadtlenkowego powstaje w mitochondriach, jako rezultat niepełnej redukcji cząsteczek tlenu. Natura wyposażyła więc te struktury komórkowe w dodatkową obronę, jaką jest mitochondrialna dysmutaza ponadtlenkowa, mająca mangan w centrum aktywnym (MnSOD), kodowana przez gen jądrowy. Jeśli nie poradzi sobie ona ze wszystkimi cząsteczkami wroga, to w cytoplazmie komórki czeka na nie jej jeszcze bardziej aktywna, miedziowo-cynkowa siostra – Cu,ZnSOD. To jednak nie wszystko. W przestrzeniach międzykomórkowych, krwi, limfie oraz na powierzchni komórek mamy trzecią obrończynię – zewnątrzkomórkową EC-SOD.

3) nadtlenek wodoru

Pojawia się w komórce na skutek działania niektórych enzymów, jak również podczas dwuelektronowej redukcji cząsteczki tlenu. Trochę mniej jest reaktywny od swoich poprzedników, może więc dyfundować przez błony plazmatyczne i przemieszczać się do obszarów stosunkowo oddalonych od miejsca swojego powstania. Do pozbycia się nadtlenku wodoru służy nam inna, wspomniana już, enzymatyczna metaloproteina – katalaza, która występuje w cytoplazmie komórek, peroksysomach oraz we krwi. W wyniku katalizowanej przez nią reakcji dysproporcjonowania (podobnie jak u dysmutazy) cząsteczek nadtlenku wodoru, powstaje woda oraz tlen. Rozkłada 200 tys. cząsteczek nadtlenku wodoru w ciągu sekundy i to właśnie jej aktywność widzimy, polewając ranę wodą utlenioną (czyli 3 - 3,5% roztworem nadtlenku wodoru). Ale nie potrzebujemy wody utlenionej, żeby przemycić z zewnątrz do organizmu cząsteczek nadtlenku wodoru. Może to zabrzmieć niedorzecznie, ale niektóre popularne napoje, takie jak czarna i zielona herbata, jak również kawa (zwłaszcza  rozpuszczalna), zawierają znaczne ilości tej reaktywnej formy tlenu. Nadtlenek wodoru obecny jest również w miodzie, a ponadto wytwarzają go bakterie zasiedlające nasza jamę ustną oraz ślinianki przyuszne. Wydychane przez nas powietrze wręcz obfituje w nadtlenek wodoru, a jego ilość jeszcze bardziej wzrasta po wypaleniu papierosa, wypiciu kawy lub gdy przechodzimy choroby zapalne układu oddechowego. Mimo, że wymienione produkty zawierają tą reaktywną formę tlenu, ich antyoksydacyjne właściwości i tak przeważają szalę na swoją korzyść. Ale warto się zastanowić, jak często zdarza się, że ktoś wspomina o tej drugiej stronie medalu?

Drogi powstawania oraz neutralizacji poszczególnych RFT

Nasze systemy obronne

Współegzystencja z wolnymi rodnikami wymaga specjalnych środków zaradczych. W tym celu natura wyposażyła nas w 3-stopniową linię obrony. Na pierwszy front idą enzymy obrony antyoksydacyjnej, które nie dopuszczają do reakcji RFT ze związkami biologicznie ważnymi oraz do reakcji Fentona (funkcja prewencyjna). Jak sprawnie działa ten system? Cóż, pojedyncze białko enzymatyczne Cu,ZnSOD potrafi rozłożyć milion cząsteczek anionorodnika ponadtlenkowego w ciągu sekundy (!). O szybkości katalizowanej reakcji decyduje jedynie dyfuzja, czyli szybkość pojawiania się w pobliżu substratów reakcji. Daje to nam pewne pojęcie o sprawności naszych zabezpieczeń enzymatycznych. Warto w tym miejscu również wspomnieć o niezwykłej stabilności tego enzymu. Nie traci on swej aktywności nawet w temperaturze 70 stopni Celsjusza oraz w dużym zakresie pH. Odporny jest też na działanie wielu substancji oraz enzymów proteolitycznych. Twardziel z niego! Jak każdy twardziej, ma jednak swoje słabe punkty. Jednym z nich jest utrata aktywności, w obecności zbyt dużych stężeń produktu katalizowanej przez siebie reakcji – nadtlenku wodoru. Uzależniony jest więc od pomocy katalazy. Do tych wymienionych wcześniej enzymów, czyli dysmutaz ponadtlenkowych oraz katalaz, możemy dodać jeszcze peroksydazę glutationową oraz współdziałającą z nią reduktazę glutationową. Ta pierwsza pracuje na dwa etaty – (1) redukuje nadtlenek wodoru oraz (2) nadtlenki organiczne (nadtlenki lipidów, kwasów nukleinowych i białek). Uczestniczy przez to po części też w drugiej linii obrony.

Druga linia obrony polega bowiem na przerywaniu (terminacji) łańcuchowych reakcji wolnorodnikowych oraz niepożądanych nierodnikowych reakcji utleniania (interwencja). Najbardziej licznymi żołnierzami tej linii obrony są antyoksydanty drobnocząsteczkowe, które stanowią pewnego rodzaju bufor, tak aby stan redoks komórki nie zmieniał się zbyt szybko, nadstawiając się przy okazji wolnym rodnikom, żeby nie uszkadzały ważniejszych struktur. Dużą rolę odgrywają również enzymy przywracające odpowiedni stan redoks białek, m.in.. tioredoksyna oraz peroksyredoksyny, których funkcje w komórkach nie ograniczają się zresztą jedynie tylko do tego. Do drugiej linii obrony należą również białka kamikadze, które występują w dość dużych stężeniach i osłaniają ważniejsze białka, pełniąc tym samym funkcje antyoksydacyjne. W osoczu krwi takim białkiem jest albumina, której nasz organizm może wytworzyć w ciągu doby nawet aż 3 gramy. Analogiczną rolę w przewodzie pokarmowym oraz w innych przewodach ciała mogą pełnić białka śluzu. Trzecią linię obrony, zwaną również „fazą ostatniej szansy”, stanowią różne mechanizmy naprawcze oraz usuwające skutki reakcji RFT z biomolekułami. Gdy nasze mechanizmy obronne zawodzą, dochodzi do specyficznego stanu w komórkach, zwanego stresem oksydacyjnym, który polega za zaburzeniu równowagi pomiędzy antyoksydantami a oksydantami, w kierunku reakcji utleniania.

Równowaga jest najważniejsza, czyli stres pod kontrolą

Stres o jakim zazwyczaj przywykliśmy myśleć nijak ma się do stresu, jaki czasami muszą przeżywać komórki naszego organizmu. W zależności od rodzaju drastycznych zmian w warunkach zewnętrznych, może wystąpić stres: termiczny, chemiczny, osmotyczny, mechaniczny, oraz ten który nas w tym momencie najbardziej interesuje, czyli stres oksydacyjny. Nasze komórki na szczęście nie pozostają bierne. W odpowiedzi na stres następuje zatrzymanie ekspresji (represja) niepotrzebnych w tym momencie genów i indukcja za pomocą czynników transkrypcyjnych swoistych mechanizmów obronnych i naprawczych. Przykładowo, u drożdży piekarniczych (Saccharomyces cerevisiae) ogólna reakcja na stres wiąże się ze zmianą aktywności około 14% genów. Te zaś, które są odpowiedzialne za cykl komórkowy oraz procesy metaboliczne, podlegają represji. Jest to ewolucyjny mechanizm przetrwania, polegający na przeznaczeniu wydatków energetycznych komórki na obronę przed stresem, by przetrwała ona do czasu, gdy on już ustąpi. Jednym z wielu mechanizmów obronnych jest wzmożona ekspresja enzymów obrony antyoksydacyjnej oraz antyoksydantów drobnocząsteczkowych. Wzmacniają się więc wtedy nasze systemy obronne. W warunkach homeostazy istnieje w komórkach dynamiczna równowaga pomiędzy wytwarzaniem RFT a szybkością ich zaniku. Ale co się dzieje, gdy obrona sobie nie radzi? Reaktywne formy tlenu, gdy tylko im na to pozwolić, mogą poczynić w komórkach wielkie spustoszenie. Doprowadzają m.in. do uszkodzeń DNA, peroksydacji lipidów, uszkodzeń białek i cukrów. Przejawia się to np. pozbawieniem erytrocytów odkształcalności, przez co nie mogą się przecisnąć przez naczynia włosowate. RFT biorą również udział w degradacji kolagenu oraz w procesie apoptozy. A to tylko kilka spośród wielu negatywnych ich oddziaływań. Ale o tym na pewno czytaliście już wiele razy...

Antyoksydanty VS Reaktywne Formy Tlenu

Nawet na pozór proste i zdrowe czynności również mogą wpływać negatywnie na naszą obronę antyoksydacyjną, a wręcz doprowadzać do stresu oksydacyjnego. Podczas intensywnego wysiłku (np. trening wytrzymałościowy) dochodzi do uszkodzeń mięśni, peroksydacji lipidów oraz do częściowego zużycia antyoksydantów. Związane jest to ze zwiększonym wytwarzaniem anionorodnika ponadtlenkowego oraz nadtlenku wodoru, czego przyczyną jest jak się zapewne już domyślacie - zwiększenie tempa oddychania (więcej wdechów > więcej tlenu > więcej RFT). Prowadzi to nieuchronnie do stresu oksydacyjnego. A więc sport to zdrowie, dopóki o wolnych rodnikach człowiek się nie dowie (joł!). 

Podczas długotrwałego wysiłku wzrasta też ilość uszkodzeń DNA, co jest niebezpieczne szczególnie dla mięśni, gdyż stężenie antyoksydantów i aktywność enzymów antyoksydacyjnych są tam stosunkowo niskie. Lepiej w takim razie siedzieć na tyłku i nic nie robić? Niestety też nie. W unieruchomionych kończynach, następuje zanik mięśni, czemu również towarzyszy stres oksydacyjny. Pojawia się on również wtedy w kończynach, gdy przez długi czas siedzimy lub stoimy. Nie popadajmy zatem w skrajności i trzymajmy się horacjańskiego złotego środka. Jak widać, tę zasadę możemy odnieść do wielu aspektów naszego życia.

Wolne rodniki a choroby

Każde osłabienie obrony antyoksydacyjnej może mieć poważne konsekwencje dla organizmu. Reaktywne formy tlenu biorą bezpośredni lub pośredni udział w patogenezie wielu chorób (m.in.: miażdżycy, choroby Alzheimera, reumatoidalnego zapalenia stawów, etc.). Indukując mutacje w genomie, odpowiadają również za transformacje nowotworowe. Ale mutacje mogą zajść również w genach kodujących enzymy naszej obrony przed RFT. Co wtedy? Mogą pojawić się wtedy niektóre schorzenia, takie jak choroba Parkinsona, albo rodzinna forma stwardnienia zanikowego bocznego (fALS), która związana jest z degeneracją motoneuronów rdzenia kręgowego oraz neuronów kory ruchowej (na pewno kojarzycie Stephena Hawkinga, który choruje na ALS). Choroby te mają swą przyczynę w mutacjach genu kodującego dobrze nam już znaną cytoplazmatyczną dysmutazę ponadtlenkową (Cu,ZnSOD), która albo nie spełnia swojej funkcji w ogóle, albo ma obniżoną aktywność. Ale nie tylko zmniejszenie aktywności tego enzymu może być tragiczne dla naszego organizmu. Również zwiększona aktywność może przynieść nieoczekiwanie negatywne skutki. Pamiętajmy, że w wyniku reakcji dysmutacji anionorodnika ponadtlenkowego powstaje inna reaktywna forma tlenu – nadtlenek wodoru. Gen kodujący Cu,ZnSOD, znajduje się na 21. chromosomie. Jak myślicie, co się stanie, gdy urodzi się dziecko z dodatkowym 21. chromosomem? Otóż, gdy dojdzie do trisomii 21 (zespół Downa, mongolizm), następuje wzrost ekspresji tego enzymu o jakieś 50%, co pociąga za sobą z kolei zwiększoną produkcję nadtlenku wodoru. Zresztą, również sama Cu,ZnSOD w nadmiarze może mieć prooksydacyjne skłonności. Osoby z zespołem Downa cierpią więc na przewlekły stres oksydacyjny, co skutkuje m.in.: częstszym i szybszym występowaniem wielu chorób wieku podeszłego, upośledzeniem umysłowym, częstszym nowotworzeniem oraz krótszym czasem życia poszczególnych komórek, a w efekcie końcowym - całego organizmu.

Prowadzono badania nad suplementacją antyoksydacyjną dla osób z zespołem Downa, ale raczej z marnym skutkiem. Po pierwsze trudno dobrać odpowiednią ich dawkę, a po drugie nie ma sposobu dostarczyć ich do wszystkich (większości) komórek.

Wolnorodnikowa Teoria Starzenia Się

Jest to jedna z kilku ważniejszych teorii, próbujących wyjaśnić proces, który frapuje ludzi od lat. Oprócz niej, wyróżnić można jeszcze teorię: telomerową, tempa życia, jednorazowego ciała oraz starzenia replikacyjnego. Wszystkie ciekawe i zastanawiające. Naprawdę warto o nich poczytać! Zajmijmy się jednak tą wolnorodnikową...

Sformułował ją w 1956 roku Denham Harman. Mówiąc ogólnikowo i nie wdając się w zbędne szczegóły (póki co), głosi ona, że proces starzenia się organizmów polega na gromadzeniu się w ich komórkach uszkodzeńwywołanych przez RFT. Późniejsze lata obfitowały w badania nad antyoksydantami drobnocząsteczkowymi, jakoby to one miały w większych ilościach przedłużać życie (skoro „zmiatają” RFT). No i przedłużały, ale średnią długość życia organizmów modelowych, nie zaś tę maksymalną, która jest lepszą miarą starzenia się organizmu. Podobnym niewypałem okazały się doświadczenia z nadekspresją enzymów obrony antyoksydacyjnej u różnych organizmów. Czy więc te negatywne wyniki obalają teorię wolnorodnikowego starzenia się? Według jej zwolenników – wcale nie. Po prostu naukowcy podeszli do tego nie od tej strony, co trzeba.

Jedyną skuteczną, jak do tej pory, metodą zwiększania maksymalnej długości życia ssaków jest restrykcja kaloryczna. Polega ona na podawaniu zwierzętom (testy były przeprowadzane głównie na szczurach) pełnowartościowych posiłków, jednak poniżej minimalnej wartości zapotrzebowania energetycznego organizmu. Czyli mówiąc prościej – kontrolowane głodzenie! Według zwolenników wolnorodnikowej teorii starzenia się, restrykcja kaloryczna, obniżając tempo metabolizmu, jednocześnie zmniejsza szybkość wytwarzania reaktywnych form tlenu w organizmach. A mniej RFT, to mniej uszkodzeń i dłuższe życie...

Długoterminowe badania na małpach są w toku, ale póki co zdają się potwierdzać pozytywne aspekty restrykcji kalorycznej – po kilkunastu latach widać spowolnienie zmian charakterystycznych dla procesu starzenia się rezusów (Macaca mulatta). Ponieważ jednak małpy żyją po kilkadziesiąt lat, nadal czekamy na wyniki dotyczące maksymalnej długości życia. W przypadku człowieka, dwuletnie badania wpływu m.in. restrykcji kalorycznej na organizm 8 osób podczas eksperymentu „Biosphere 2” przeprowadzonego przez University of Arizona, oraz inne 12-tygodniowe badanie na 24 osobach w Holandii, wykazały u uczestników spadek masy ciała, obniżenie ciśnienia krwi oraz spadek poziomu cholesterolu i lipidów.

Przyspieszone starzenie się widać chociażby we wspomnianym już zespole Downa, gdzie często dochodzi do stresu oksydacyjnego, większych uszkodzeń w komórkach i szybszym ich obumieraniu, na skutek działania właśnie RFT. Zwolennikom omawianej teorii starzenia się przychodzi z pomocą również hormeza. Termin ten określa pewne zjawisko, polegające na pozytywnym wpływie niskich dawek danego czynnika, który w wysokich dawkach jest szkodliwy. Z tego właśnie powodu inhalacje i kąpiele w wodach radonowych, wywierają pozytywne skutki u osób cierpiących na choroby związane z podeszłym wiekiem.

Hormeza radiacyjna, związana z małymi dawkami promieniowania jonizującego, powoduje mały stres oksydacyjny, który indukuje korzystną reakcję przystosowawczą, polegającą na biosyntezie enzymów obrony antyoksydacyjnej oraz antyoksydantów drobnocząsteczkowych, jak również zwiększenie intensywności mechanizmów naprawczych. Dzięki temu komórka może przetrwać narażenie na znacznie większy stres oksydacyjny. Podobnie zresztą sprawa wygląda z innymi rodzajami stresów (np. termicznym). Co więcej, niektóre rodzaje odpowiedzi komórek na dany rodzaj stresora, mogą działać synergicznie, czyli uodparniać komórkę na większą dawkę stresora również innego rodzaju.

Przy okazji tej teorii nie sposób nie wspomnieć o organellach, od których w dużej mierze zależy śmierć komórki. Mitochondria w dużym stopniu narażone są na uszkodzenia oksydacyjne, a szczególnie ich DNA (tzw. mtDNA), ze względu chociażby na to, że nie jest związane z białkami histonowymi, które mogłyby go chronić. Poza tym ma ograniczone (słabsze) mechanizmy naprawcze, większą gęstość informacji (geny nie posiadają intronów). A co najważniejsze, znajduje się blisko głównego źródła RFT w komórce. RFT oraz stres oksydacyjny, często prowadzą do inicjacji apoptozy (której podstawowe mechanizmy Tomek Wam świetnie wyjaśnił!), czyli jakby na to nie patrzeć, wcześniejszej śmierci komórki, która niekoniecznie jest niezastąpiona.

Rola reaktywnych form tlenu w procesie apoptozy ma dwojaki charakter. Z jednej strony mogą być sygnałami bezpośrednio ją inicjującymi. Ewentualnie mogą powodować uszkodzenia wewnątrzkomórkowe, które będą ją inicjować. Z drugiej zaś strony, mogą być egzekutorami tejże apoptozy. Okazuje się, że również antyoksydanty mają wpływ na proces apoptozy. Wielofunkcyjny enzym obrony antyoksydacyjnej – tioredoksyna, działa hamująco na apoptozę, wiążąc się z „kinazą 1 sygnalizacji apoptozy” (ASK1), tworząc nieaktywny kompleks ASK1-tioredoksyna. Kompleks ten jest w pewnym sensie czujnikiem redoks komórki. Zwiększenie stężenia RFT, powoduje oddysocjowanie tioredoksyny i aktywację ASK1.

Coraz częściej pojawiają się opinie, że RFT nie odgrywają głównej i najważniejszej roli w procesie starzenia się, jednakże w dużym stopniu wpływają na ten proces. Obecnie gerontolodzy (badacze zajmujący się procesem starzenia) próbują połączyć ze sobą wszystkie teorie lub chociażby wycisnąć z nich to, co najlepsze, ponieważ każda ma coś do zaoferowania. Nie pierwszy raz okazuje się zresztą, że nic nie jest takie proste na jakie wyglądało na początku i związane jest z wieloma innymi czynnikami. Czeka nas na pewno jeszcze wiele odkryć w tej materii, gdyż perspektywa dłuższego życia zawsze będzie przykuwała uwagę badaczy i sponsorów.

Jak wykorzystać wroga?

Podczas wybuchu oddechowego dzieją się dantejskie sceny ;)

Skoro i tak jesteśmy skazani na reaktywne formy tlenu, głupio byłoby nie skorzystać z ich właściwości. Robią to chociażby komórki naszego układu odpornościowego, dzięki mechanizmowi zwanemu „wybuchem oddechowym”, który związany jest z aktywnością enzymu - oksydazy NAD(P)H. Mechanizm ten z oddychaniem nie ma nic wspólnego, aczkolwiek w wybuchem może trochę. Nazwę swą zyskał, gdy naukowcy odkryli zwiększone zużyciu tlenu podczas aktywacji komórek fagocytarnych i nie wiedzieli jeszcze w jakim celu one go tyle zużywają. Okazało się, że tlen potrzebny jest im do produkcji RFT, których używają jako broni przeciw obcym cząsteczkom (przeważnie bakteriom, ale również w procesach zapalnych). Pobudzony neutrofil potrafi wyprodukować 3,2 mln cząsteczek anionorodnika ponadtlenkowego i 3,6 mln cząsteczek nadtlenku wodoru - w ciągu sekundy! Lepiej więc z nimi nie zadzierać. Odkryto, że szczury (Rattus sp.) dzięki wybuchowi oddechowemu, zyskują odporność na powtórne zakażenie motylicą wątrobową. My nie mamy niestety tak efektywnych mechanizmów efektorowych, które by zwalczały pasożyty. A szkoda...

Może się to niektórym wydawać dziwne, ale również rośliny zdolne są do wybuchu oddechowego. Ponieważ jednak nie mają układu immunologicznego, jak ssaki i armii ruchliwych komórek uzbrojonych po zęby w RFT oraz innych mechanizmów związanych z tym rodzajem odporności, muszą sobie radzić w inny sposób. Ich obrona jest bardziej bierna i polega na zamieraniu komórek, które weszły w kontakt z patogenem, wraz z komórkami z nimi sąsiadującymi (reakcja nadwrażliwości) lub na aktywacji mechanizmów obronnych w niezaatakowanych jeszcze częściach roślinnych (nabyta odporność systemowa). W obu reakcjach uczestniczą RFT. Pierwsza reakcja podobna jest do procesu apoptozy, druga zaś polega na wytwarzaniu w komórkach kwasu salicylowego, który wiążąc się z katalazą inaktywuje ją, przez co zwiększa się stężenie nadtlenku wodoru. Efekt ten jest specyficzny jedynie dla katalaz roślinnych.

W ciekawy sposób reaktywne formy tlenu do obrony wykorzystuje pewien chrząszcz z rodziny biegaczowatych, rodzaju strzel (Brachinus sp.). W sytuacji zagrożenia tryska w napastnika żrącą cieczą o temperaturze bliskiej 100 stopni Celsjusza. Gromadzi on w odwłoku w specjalnym woreczku mieszaninę, składającą się z nadtlenku wodoru (stężenie 25%, prawie perhydrol) oraz hydrochinonu (stężenie 10%). W sytuacji zagrożenia roztwór ten wydostaje się z woreczka do komory w odwłoku, w której znajduje się katalaza oraz peroksydazy. W wyniku silne egzotermicznej reakcji utleniania hydrochinonu do chinonu, chrząszcz ten zyskuje niesamowicie silną broń, która wręcz wybucha napastnikowi w twarz. W tym czasie, gdy totalnie zaskoczony napastnik próbuje dojść do siebie, strzel może sobie spokojnie uciec.

Strzel bombardier (Brachinus explodens) i jego broń

Jednoelektronowemu utlenieniu mogą ulegać również ksenobiotyki (substancje obce dla organizmu), takie jak na przykład niektóre składniki pożywienia, czy leki, podczas zupełnie pospolitych procesów metabolicznych. A jak już przy lekach jesteśmy, podstawową zasadą działania niektórych z nich jest wręcz wytwarzanie w organizmie reaktywnych form tlenu lub azotu. 

Przykładem może być lek na malarię. Powoduje on przyspieszoną degradację (lizę) erytrocytów, tak aby zarodziec malarii nie miał na tyle czasu, by się w nich rozwinąć. Te zaatakowane czerwone krwinki szybciej się rozpadają, gdyż są już bardziej osłabione od zdrowych komórek przez zarodziec i w krótszym czasie dochodzi w nich do stresu oksydacyjnego, a następnie apoptozy. Do innych leków indukujących wolne rodniki w organizmie należą niektóre leki przeciwnowotworowe, np. bleomycyna, mitomycyna C, czy antracykliny. Podobnie sprawa wygląda z środkami ochrony roślin (fungicydy, insektycydy, herbicydy) - mechanizm działania wielu z nich również opiera się na wytwarzaniu RFT.

Jak już wspomnieliśmy wcześniej, stres oksydacyjny może być również fizjologicznym mediatorem apoptozy. Co to może oznaczać dla organizmów? Odgrywa on rolę na przykład podczas przeobrażenia kijanki w żabę (Rana rugosa). Wrasta wtedy aktywność Cu,ZnSOD w tkankach ogona, a obniża się aktywność katalazy. Prowadzi to do wzrostu stężenia nadtlenku wodoru, następnie stresu oksydacyjnego i apoptozy komórek ogona. W tkankach innych narządów żaby nie obserwuje się takich zmian. Analogiczny mechanizm może występować przy przeobrażaniu owadów z form larwalnych w imago (postać dorosłą). Dochodzi wtedy bowiem do apoptozy prawie wszystkich komórek, za wyjątkiem dysków imaginalnych, których komórki macierzyste produkują komórki ciała dorosłego już owada.

Czy potrzebujemy suplementacji antyoksydacyjnej?

Oczywiście, że potrzebujemy! Musimy uzupełniać braki naszych głównych antyoksydantów drobnocząsteczkowych fazy hydrofilowej, czyli rozpuszczalne w wodzie (glutation, askorbinian, cysteina, kwas moczowy, kreatynina, itp.) oraz rozpuszczalnych w tłuszczach (witamina E, bilirubina, koenzym Q, retinol, karotenoidy, ksantofile, itp.), by mogły nas skutecznie chronić przed stresem oksydacyjnym i apoptozą komórek. Wprawdzie np. glutation (tripeptyd: gamma-glutamylocysteinyloglicyna, GSH) nasze komórki mogą sobie same wyprodukować, ale z witaminą C (askorbinianem) jest już inna bajka. W toku ewolucji utraciliśmy końcowy enzym szlaku jego biosyntezy i musimy niestety pobierać askorbinian wraz z pożywieniem. 

Nie martwcie się... nietoperze, świnki morskie i wszystkie naczelne oraz większość ssaków - również ma podobny problem, jak my. Wprawdzie askorbinian nie pomaga jakoś specjalnie w walce z wirusami przeziębienia i grypy, jak sugerują reklamy, ale mimo to jest jednym z najważniejszych antyoksydantów płynów wewnątrz- i pozakomórkowych. Więc to chyba dobry argument, żeby go przyjmować pod różną postacią? Niezależnie od upodobań kulinarnych, każdy znajdzie dla siebie coś dobrego, co mu pomoże w obronie antyoksydacyjnej. Oczywistym ich źródłem są warzywa i owoce. Ale ponieważ o upodobaniach mowa, warto wspomnieć o winie, czekoladzie oraz kawie, które są znakomitymi źródłami egzogennych antyoksydantów. Naukowcy [Waterhouse i wsp., 1996] pokusili się nawet o pewne przykładowe zestawienie ilościowe: 30 gram czekolady, filiżanka gorącej czekolady lub 18 gram kakao ma taką samą aktywność przeciwutleniającą jak 100 ml czerwonego wina, zaś duża 200-gramowa tabliczka czekolady jest jako przeciwutleniacz w pewnym przybliżeniu równoważna całej butelce czerwonego wina.

Ale... co za dużo to niezdrowo. Dosłownie! W zbyt dużych ilościach niektóre antyoksydanty mają działanie również prooksydacyjne. Najgorsza dla organizmu wydaje się być hiperwitaminoza antyoksydantów rozpuszczalnych w tłuszczach. Alfa-tokoferol (witamina E) hamuje kinazę białkową C mięśni gładkich i proliferację (namnażanie, podziały) komórek. Nadmiar witaminy E może upośledzać również przeciwbakteryjny mechanizm obronny fagocytów oparty na wytwarzaniu RFT (czyli wybuch oddechowy).

Nadmiar witaminy A może hamować zaś osteogenezę, stymulować resorpcję kości, a ponadto może powodować uszkodzenia wątroby. Najbezpieczniej uzupełniać więc niedobory antyoksydantów witaminą C, szczególnie jeśli ktoś pali papierosy lub często poddaje swe ciało intensywnemu wysiłkowi fizycznemu. Pamiętajmy, że nasz organizm stara się utrzymać homeostazę prooksydacyjno-antyoksydacyjną również w zakresie warunków redoks. Więc gdy przez dłuższy czas dostarczamy dużo antyoksydantów z pokarmem (egzogennych), to organizm ogranicza produkcję własnych. No bo po co miałby mieć szkodliwy nadmiar?

Wolny rodnik przyłapany na kradzieży elektronu

A tak na koniec...

Zastanawiałem się, jak podsumować cały tekst i w rezultacie nie wymyśliłem nic mądrego. Okazuje się bowiem, że czasami reaktywne formy tlenu nie są takie złe. Nie zawsze również antyoksydanty są takie dobre. Czy świat staje więc na głowie? Niech poniższy cytat będzie odpowiedzią na to pytanie, podsumowaniem oraz refleksją:

„Najprostszy człowiek, to zawsze jeszcze bardzo skomplikowana istota.” (Marie von Ebner-Eschenbach).

Pamiętacie porównanie do lasu tropikalnego z początku tekstu? No to teraz widzicie malutki kawałeczek prawdziwej dżungli. Problem z reaktywnymi formami tlenu polega na ich interdyscyplinarności. Po trochu dotykają wielu poddziedzin biologii, chemii, fizyki oraz medycyny. Temat więc jest niesamowicie obszerny. O wielu istotnych i ciekawych rzeczach nie napisałem wcale, bo nie wydawało mi się to konieczne. Niektóre tylko zasygnalizowałem. Niektóre przeoczyłem. A części nie napisałem, bo po prostu ich nie do końca rozumiem. Ale jeśli coś Was zaciekawiło, mogę rozwinąć temat w miarę swojej wiedzy i dostępnej literatury ;)

Zagadka!

Centrum aktywne dysmutazy ponadtlenkowej (Cu,ZnSOD), które odpowiedzialne jest za jej wysoką skuteczność, zajmuje 0,1% powierzchni enzymu. Natomiast szybkość reakcji dysproporcjonowania anionorodnika ponadtlenkowego jest tak duża, jakby zajmowało 10% powierzchni. Dlaczego? Jaki mechanizm może się za tym kryć?

Autor: Poyu

Pisząc tekst, korzystałem przede wszystkim z największego dostępnego kompendium wiedzy nt. RFT:

G. Bartosz; „Druga Twarz Tlenu. Wolne rodniki w przyrodzie”; wyd. PWN; 2008

Pamiętajcie o naszym zaprzyjaźnionym Antykwariacie!

Zachęcam do komentowania!  Zapraszam również na naszą stronę na Facebook!  

Fotografii cykl 3.

Ostatnio przeglądałem posty jakie pojawiły się przez ostatni rok na blogu. Trafiłem na zapomniany cykl fotografii. Była już astronomia, były mikroorganizmy, więc teraz czas na coś związanego z chemią. Mam nadzieje, że się spodoba, ponieważ tym razem zapraszam Was w świat atomów. 

Link: zdjęcie przedstawia atomy platyny (Pt). Zdjęcie zostało zrobione
za pomocą skaningowego mikroskopu tunelowego. 

Link: zdjęcie przedstawia około 500 atomów niobu (Nb) i selenu (Se).
Zdjęcie zostało zrobione za pomocą skaningowego mikroskopu tunelowego.

Link: Pierwsze zdjęcie przedstawiające cień atomu iterbu (Yb). 

Link: Po raz pierwszy sfotografowane pojedyncze molekuły. Na zdjęciu zdjęcie cząsteczki pentacenu.

Link: napis wykonany za pomocą 35 atomów ksenonu (Xe) przez firmę IBM.

Link: Oskar za najlepszy krótkometrażowy film trafia do naukowców ze Szwecji. Zdjęcie prezentuje klatkę z krótkiego filmiku ukazującego pierwszy raz w historii sfilmowany ruch elektronu. Jest to pierwszy obraz elektronu jaki zrobiono. 

Link: Zdjęcie i wizualizacja cząsteczki heksabenzokarbonenu. 

Pamiętajcie o naszym zaprzyjaźnionym Antykwariacie!