Química

Receptores de clase estructural 1

Receptores de clase estructural 1


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El receptor nicotínico de acetilcolina (nAChR)

El AChR nicotínico es el prototipo de los canales controlados por transmisores para los que se conocen la mayoría de los datos estructurales y funcionales. La forma muscular del receptor se encuentra en altas concentraciones en la membrana postsináptica de las células musculares, donde las señales eléctricas de las neuronas motoras se convierten en señales químicas en la placa motora terminal. La sustancia mensajera acetilcolina (ACh) se libera y estimula la apertura del canal AChR. Los cationes que fluyen a través provocan un cambio en el potencial de la membrana postsináptica y, por lo tanto, inician una señal eléctrica que finalmente conduce a la contracción de la fibra muscular.

La animación (Fig. 1) ilustra este proceso: dos moléculas de ACh se unen a las subunidades α (naranja) del receptor, el canal se abre, los cationes fluyen a lo largo del gradiente de concentración respectivo. En este caso, la mayor parte del flujo de Na+Iones (rojo) hacia adentro y, en menor medida, K+-Iones (amarillo) al exterior. Esto da como resultado una despolarización neta de la membrana postsináptica (es decir, el interior se vuelve más positivo), lo que conduce a la apertura de canales de sodio dependientes del voltaje a un cierto valor umbral. Surge un potencial de acción que se propaga a lo largo de la fibra muscular.

En cuanto a la estructura del AChR, se determinó definitivamente mediante un análisis de estructura de microscopio electrónico a una resolución de 9 Å que todas las subunidades están incrustadas en la membrana y juntas forman un pentámero que encierra un poro central (Unwin 1993). Mientras tanto, la estructura pentamérica análoga también se ha utilizado para GABAUNA.- y 5-HT3-Receptores establecidos.

La composición del pentámero nAChR depende de si es de tipo neuronal o muscular (Fig. 2). Mientras que el tipo neural del nAChR está compuesto por dos subunidades α y tres β, el tipo muscular está compuesto por dos subunidades α y una β, γ y δ cada una.

Estructura del pentámero del receptor de acetilcolina nicotínico muscular. Un estudio más reciente (a 4,6 Å) mostró detalles más precisos, incluidos varios túneles en la pared extracelular de la proteína del canal (Fig.3) a, que conectan el vestíbulo lleno de agua con el bolsillo de unión putativo para ACh (Miyazawa et al. ., 1999). También se observó un túnel lleno de agua en el límite de la membrana al espacio intracelular (Fig. 3) b.

Literatura

Unwin, N. (1993):Receptor nicotínico de acetilcolina a una resolución de 9 A.. En: J. Mol. Biol.. 229, 1101-1124
Miyazawa, A.; Fujiyoshi, Y.; Stowell, M.; Unwin, N. (1999):Receptor nicotínico de acetilcolina a 4,6 A de resolución: túneles transversales en la pared del canal.. 288, 765-786

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La radiación beta también es radiación de partículas. Estos son electrones o positrones. La figura 2 muestra una transformación nuclear en la que se liberan electrones. La ecuación de reacción es:

C 55 137 s → B 56 137 a + e - 1 0

Cuando se libera un electrón, el número de masa sigue siendo el mismo. El número atómico (número atómico) aumenta en 1. Con tales transformaciones nucleares, debe tenerse en cuenta que este electrón liberado no proviene de la capa atómica. Más bien, surge del hecho de que un neutrón se convierte en un protón y un electrón en el núcleo atómico:

La radiación beta, en la que se emiten electrones, también se conoce como radiación de electrones o radiación beta.

En el caso de las conversiones principales, Positrones sea ​​entregado. También son partículas que, a diferencia de los electrones, no tienen carga negativa, sino una carga positiva igualmente grande. La Figura 3 muestra un ejemplo de tal transformación central. La ecuación de reacción es:

N 11 22 a → N 10 22 e + e + 1 0

Cuando se emite un positrón, el número de masa sigue siendo el mismo. El número atómico (número atómico) se reduce en 1. Un positrón se crea cuando un protón se convierte en un neutrón y un positrón en el núcleo:

La radiación beta en la que se emiten los positrones también se conoce como radiación de positrones o radiación β +.


Química inorgánica para estudiantes / construcción atómica: el modelo núcleo-capa y la tabla periódica de los elementos

El físico atómico neozelandés de ascendencia inglesa Ernest Rutherford [1] disparó los núcleos de los átomos de helio, la llamada radiación alfa, sobre una lámina de oro muy fina en 1909. Hizo esto especialmente por su herrero. Era extremadamente delgado y solo tenía 2000 capas atómicas de espesor (corresponde a aproximadamente 0,0005 mm). Para los rayos α [2], Rutherford utilizó un emisor radiactivo que contenía una roca radiactiva.

Con una película fotográfica o una pantalla fluorescente de óxido de zinc, logró hacer visibles las partículas que penetraban en su lámina de oro. Los rayos aparecieron en la pantalla luminiscente con un tinte verdoso. Sin embargo, su primera suposición fue que todas las partículas rebotarían en el papel de aluminio, como una pelota lanzada contra una pared.

Como no encontró confirmada esta primera suposición, repitió el experimento varias veces. Después de todo, su lámina de oro podría haber tenido agujeros. Pero las nuevas láminas de oro también produjeron los mismos resultados. De esto concluyó que tal vez su suposición era fundamentalmente errónea. Lo pensó durante mucho tiempo y luego propuso una teoría completamente nueva, que para nosotros era inverosímil.

Más información

Observaciones y conclusiones:

a) El 99,9999% de las "balas" atraviesan la lámina de oro sin desviarse. (Como si las 2000 capas de átomos de oro fueran inexistentes)
(Comparación: lanzar un dardo a través de una valla de construcción)

b) Algunas partículas se desvían un poco.
(Comparación de billar)

c) Una de cada 100.000 partículas incluso es arrojada hacia atrás / fuertemente desviada (= rebote).

Relaciones de tamaño: ØNúcleo atómico : ØCapa atómica = 10-15 m: 10-10 = 1: 100.000

Comparación: si el diámetro del núcleo atómico fuera tan grande como una pelota de tenis de mesa (2 cm), ¡toda la capa atómica tendría 2 km de tamaño!

  • Los átomos están vacíos al 99,9999%
  • Los átomos contienen un núcleo atómico
  • El núcleo atómico contiene partículas cargadas positivamente (= protones)

Los átomos tienen masa. ¿Dónde se encuentra entonces?
Casi toda la masa de un átomo está en el núcleo atómico. ¡Tiene una densidad extremadamente alta! (ρ = 4 • 10 14 g / cm 3)
(Comparación ρPb = 11g / cm 3)

Por ejemplo: masa de una hipotética cabeza de alfiler que consta solo de núcleos atómicos V Cabeza de alfiler = 5 mm 3,
ρMateria nuclear = 2,44 • 10 14 g / cm 3 ⇒ < displaystyle Rightarrow> m = 1,22 • 10 12 toneladas!

Tareas:

  1. ¡Describe el experimento de Rutherford y explica las observaciones con tus palabras!
  2. ¿Por qué Rutherford repitió el experimento con tanta frecuencia?

Información adicional

Hoy sabemos más sobre los átomos que z. B. todavía Medeleev. Contienen tres partículas elementales: protones, neutrones y electrones.

Desde el exterior, los átomos son eléctricamente neutros, pero por dentro consisten en un núcleo atómico con protones cargados positivamente y neutrones eléctricamente neutros y una capa atómica hecha de electrones cargados negativamente:

Partícula símbolo Masa [kg] Misa [u] Carga elemental Sala de estar
Protón: p + 1,6726•10 -27 1,0073 +1 (positivo) Núcleo atómico
Neutrón: norte 1,6749•10 -27 1,0087 0 (sin cargo) Núcleo atómico
Electrón: mi- 9,1096•10 -31 0,0005 -1 (negativo) Capa electrónica

Información adicional sobre átomos

  • Casi toda la materia inanimada y animada que podemos percibir en nuestro entorno terrestre consiste en átomos o átomos cargados (= iones)
  • Los átomos del mismo número de protones, el número atómico, pertenecen al mismo elemento.
  • En el caso de elementos (sin carga), el número de protones y electrones es el mismo.
  • Las propiedades físicas de la capa atómica determinan el comportamiento químico de un átomo.
  • Un tipo de átomo caracterizado por la cantidad de protones y neutrones se llama nucleido. (Número de neutrones + número de protones = número de nucleones)
  • Los nucleidos con el mismo número atómico (número de protones) y diferente número de neutrones se denominan isótopos, p. Ej., 12 6C 14 6C.
  • todos los núcleos atómicos de la tierra muy juntos ⇒ < displaystyle Rightarrow> cubo con una longitud de borde de 75 m
  • La unidad de masa de las partículas elementales es 1u (= 1.66056 • 10-27 kg)
  • Desde 1932, los físicos han descubierto y descrito más de un centenar de partículas elementales diferentes que, sin embargo, no influyen en las reacciones químicas y no tienen importancia en las escuelas. Según descubrimientos más recientes, todas las "partículas elementales" están compuestas por 12 componentes elementales y 4 fuerzas básicas. Los representantes más famosos son los "quarks".
  • La fuerza más fuerte que los humanos conocen funciona entre protones y neutrones y mantiene unido el núcleo atómico. Es 10 • 10 41 veces más fuerte que la gravedad terrestre, su alcance es muy corto, no se puede sentir fuera del núcleo atómico. Si la gravedad de la tierra fuera tan fuerte, ¡un grano de arroz sería 1 billón de veces más pesado que la tierra!
  • La química se ocupa de los átomos y sus conexiones, las moléculas. Esto también requiere un conocimiento preciso de la estructura de la capa atómica.
  • La física atómica se ocupa, entre otras cosas, de la estructura de la capa atómica, la estructura del núcleo atómico a partir de partículas elementales y, además, de las propiedades de las partículas elementales.


Más información, especialmente sobre el desarrollo histórico del concepto de átomo:

  • alrededor del 400 aC - Demócrito y el modelo de partículas
  • alrededor de 1400 - Los alquimistas - No se puede producir oro
  • 1803 - John Dalton - Teoría atómica de los elementos
  • En 1896, Henri Becquerel descubrió la radiactividad y descubrió que los átomos podían transformarse.
  • 1897 - Joseph John Thomson - Descubrimiento del electrón
  • 1898 - Marie y Pierre Curie - radiactividad
  • 1900 - Ludwig Boltzmann - teoría atómica
  • 1900 - Max Planck - quanta
  • 1906 Experimentos de Ernest Rutherford
  • 1913 - Niels Bohr - modelo de concha
  • 1929 - Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg y otros - El modelo orbital
  • 1929 - Ernest O. Lawrence - El primer acelerador de partículas, el ciclotrón
  • 1932 - Paul Dirac y David Anderson - Antimateria
  • 1933 - Marie y Pierre Curie - Materia de energía
  • 1938 - Otto Hahn y Lise Meitner - La primera fisión nuclear
  • 1938 - Hans Bethe - Fusión nuclear al sol
  • 1942 - Enrico Fermi - El primer reactor nuclear
  • 1942 - Werner Heisenberg - investigación atómica para los nazis
  • 1942 - Albert Einstein y Leo Szilard - Se supone que Roosevelt construirá la bomba atómica
  • 1945 - J. Robert Oppenheimer - La primera bomba atómica
  • 1952 - Edward Teller - La bomba de hidrógeno
  • 1960 - Donald A. Glaser - La cámara de burbujas
  • 1964 - Murray Gell-Mann - Los quarks
  • 1978 - El reactor de fusión
  • 1995 - Eric Cornell, Wolfgang Ketterle y Carl Wiemann - El condensado de Bose-Einstein
  • 2000 - CERN - El bosón de Higgs
  • 2002 - Brookhaven - materia extraña

En la tabla periódica, los átomos están representados en una notación especial. Es fácil de entender:

Ahora que sabe qué partículas elementales se pueden encontrar en el átomo, es hora de pensar en su disposición. Pero tenga cuidado, nadie puede explicar exactamente cómo se ve en un átomo y se necesita mucha imaginación para obtener una imagen aproximada. Quizás las comparaciones dadas te ayuden. Una complicación adicional es que existen diferentes modelos que fueron creados uno tras otro. El modelo del átomo de Niels Bohr se menciona a menudo en los libros escolares; no dejes que eso te confunda. ¡Está mal! [3]

Estructura del átomo de hidrógeno

El átomo de hidrógeno tiene un protón y, por tanto, un electrón. En el centro del átomo está el núcleo atómico, contiene un protón. Un solo electrón se mueve a su alrededor. El electrón se mueve alrededor del núcleo y, por lo tanto, siempre tiene diferentes distancias al núcleo atómico. Dado que el 95% de él casi siempre se mueve dentro de una cierta distancia alrededor del átomo y esto se asemeja a una especie de esfera, se habla de una capa de electrones o una nube de electrones o un orbital atómico. La forma siempre depende de la probabilidad de que se localice el electrón. En los modelos de Niels Bohr, las nubes de electrones también se denominan capas.

Estructura del átomo de litio

El átomo de litio tiene tres protones, 4 neutrones y tres electrones. Los neutrones no están cargados y están ubicados entre los protones. Un concepto de modelo lo describe como "cemento de protones", es decir, como un adhesivo que mantiene unidos los protones positivos repelentes en el núcleo. No todos los electrones pueden moverse igualmente lejos del núcleo atómico. Entonces, también hay diferentes nubes de electrones debido a las diferentes probabilidades de ubicación. En la primera capa de electrones solo hay "espacio" para dos electrones. Cuando está completamente ocupado, se crea uno nuevo automáticamente. En cada uno de ellos hay espacio para al menos 8 electrones. Los electrones de la capa más externa también se denominan electrones de valencia o electrones externos.

Estructura del átomo de carbono (C)

El átomo de carbono tiene 6 electrones, 6 neutrones y 6 protones:

Estructura del átomo de sodio (Na)

El átomo de sodio tiene 11 electrones en tres nubes de electrones. Como puede ver, las nubes de electrones están coloreadas de acuerdo con los colores de los períodos de su PSE.

Información adicional: construcción atómica

Tareas importantes:

  1. Dibuja tú mismo la estructura de los siguientes átomos: H, He, Li, Na, Mg, Ca, Ba, Al, I
  2. ¿Cuál es la relación entre el número de nubes de electrones y el número de período?
  3. ¿Existe una conexión entre el número de electrones de valencia y el PSE?
  4. ¿Cómo se explica que la proporción de protones a neutrones disminuye a medida que aumenta el número atómico (por ejemplo, el carbono tiene 6p + y 6n ⇒ < displaystyle Rightarrow> 1: 1 = 1 plomo tiene 82p + y 126n ⇒ < displaystyle Rightarrow>? 82: 126 = 0,65)?

Los químicos de hoy conocen muchos modelos para describir los átomos diminutos. Cada modelo tiene ventajas y desventajas. No se confunda con la variedad y use siempre lo que aprendió en la escuela. En definitiva, todos son modelos que solo pretenden aclarar algo que no es visible. Pero no es tan fácil imaginarlo siempre.

1913 Niels Bohr: "Los electrones giran alrededor del núcleo atómico como partículas en órbitas (como planetas)" Cada órbita corresponde a un cierto estado de energía del electrón

1924 Louis de Broglie: "Cada partícula en movimiento tiene propiedades de onda además de propiedades de partícula". (Estas se vuelven más importantes cuanto más pequeña se vuelve la partícula) (= dualismo onda-partícula)

Bohr, por otro lado, solo tuvo en cuenta el carácter de partícula del electrón.

1926 Heisenberg: “Si De Broglie tiene razón, no se puede determinar la posición y la velocidad de un electrón porque no se pueden medir ambos al mismo tiempo. (= Relación de incertidumbre).
⇒ < displaystyle Rightarrow> cambia la longitud de onda.

1928 Schrödinger: El área donde se encuentra e- es la llamada nube de electrones [5] (= orbital)

"Gases nobles" es el término para los elementos del octavo grupo principal. (Helio, neón, argón, criptón, xenón y radón). Se pueden encontrar gases nobles en la mezcla de aire. Clasificados según su proporción, el argón es lo primero. Le siguen neón, helio, criptón y xenón. El radón se produce solo en cantidades muy pequeñas como producto de procesos de desintegración radiactiva. Además del hidrógeno, hay mucho helio en el espacio.

Todos los gases nobles son gases incoloros, insípidos e inodoros que en realidad son solo elementales (no combinados) y monoatómicos. Se pueden disolver en agua y son casi indistinguibles debido a su similitud e inercia. Se condensan solo a temperaturas inferiores a -100 ° C. El helio tiene el punto de fusión y ebullición más bajo de todos los elementos. Debido a esta propiedad, fueron descubiertos como un elemento muy tarde.

  • Llenado de gas para globos
  • Aditivo para respirar aire para buceadores de aguas profundas
  • Tubos fluorescentes
  • Gas de llenado de bombilla
  • Soldadura con gas inerte
  • Gas de llenado de bombilla

Los gases nobles (octavo HG) son los la mayoría de los elementos que no responden. Todos los gases nobles tienen una nube externa de electrones completamente ocupada. Por lo tanto, los gases nobles también se denominan gases inertes.

Esta configuración de gas noble está dirigida por todos los elementos. El único factor decisivo es el número de electrones de valencia (¡2 para He u 8 para todos los demás!)

En condiciones especiales, se puede inducir a Xe y Kr a reaccionar con otros elementos en el laboratorio. Esto requiere energías de ionización muy altas. No se conocen compuestos de los gases nobles ligeros helio, neón y argón. Linus Pauling ya señaló en 1933 que el xenón tiene una primera energía de ionización (alta) similar a la del oxígeno. En 1962 Bartlett presentó el primer compuesto de gas noble con xenón hexafluor. Ya conocemos 32 compuestos de gases nobles:

Los griegos asumieron solo a partir de las observaciones de la naturaleza que hay componentes básicos para todas las sustancias (hoy en día se llamarían átomos).

El inglés fue el primero en demostrar que el fuego, el agua, la tierra y el aire no son los elementos químicos. Supuso que debía haber más. De lo contrario, la diversidad de la naturaleza no podría explicarse. Sospechaba que esas sustancias, que ya no pueden convertirse en otras dos sustancias diferentes, son elementos. Por ejemplo, los azúcares vegetales se pueden convertir en carbono mediante calentamiento. Pero no pudo descomponerlo más, por lo que determinó que el carbono era un elemento.

Antoine Lavoisier (1743-1794)

El francés Lavoisier adoptó la definición de elementos de Boyle y la amplió. Distinguió entre elementos (matière) y su capacidad para formar conexiones (principe). Entonces, según Lavoisier, no hay sustancias en las que coincidan matière y principe.

William Prout (1785-1850) y Jeremias Benjamin Richter (1762-1807) El inglés Prout y el alemán Richter establecieron las leyes de las relaciones de masas simples y múltiples. Por lo tanto, 2 g de azufre siempre reaccionan con 2 g de oxígeno para formar 4 g de dióxido de azufre o (en otras condiciones de reacción) con 3 g de oxígeno para formar 5 g de trióxido de azufre.

El inglés propuso una hipótesis atómica que describía los átomos y sus reacciones. Los combinó con las leyes de masas de Prout y Richter para explicarlos.

Jöns Jakob Freiherr von Berzelius, (1779-1848)

El sueco Berzelius llamó "elementos" a las sustancias puras que no se crearon a través de una asociación. Llamó a las sustancias que resultan de una unión "conexión". Estableció la definición todavía válida: "Un elemento es una sustancia pura que no se puede descomponer más". Para los elementos, estableció nuevos símbolos, que se derivaron del nombre latino o griego (por ejemplo, hidrógeno = hidrógeno = H). Dado que finalmente se podía organizar el conocimiento de la química de una manera razonable, el deseo de un sistema de clasificación uniforme creció cada vez más.

Dimitri Mendelejew (1834-1907) y Lothar Meyer (1830-1895)

En 1869, el ruso Mendeleev y el alemán Lothar Meyer fueron los primeros en ordenar los 60 elementos conocidos según su masa. Sin embargo, se observó que algunas veces se repetían las propiedades de los elementos. Mendeleev escribió estos elementos uno encima del otro. Entonces se le ocurrió un arreglo tabular de 7 grupos. Sin embargo, a veces tenía huecos en la mesa. Sospechaba que debía haber algunos elementos por descubrir. (Germanio, galio y escandio). El octavo grupo de PSE (gases nobles) no pudo establecerse porque aún no se habían descubierto los gases nobles.

El danés Bohr investigó átomos individuales y se ocupó de su composición. Estableció un modelo del átomo que lleva su nombre. Al mismo tiempo, comenzó a ordenar estos átomos de acuerdo con su número de protones. (Henry G.J. Mosley usó rayos X para determinar el número de protones en los átomos por primera vez en 1913). Por eso llamó al número del protón el número atómico.

Esta nueva tabla periódica era muy similar a la de Mendeleev. Solo se tuvieron que hacer cambios menores.


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