![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
Иногда, когда мы, живущие на 1/6 части суши объясняемся в любви к зиме и холодам, это совершенно однозначно напоминает проявления стокгольмского синдрома.
И все же - на дворе Рождественские морозы, на подходе Крещенские, и одной из самых популярных тем в разговорах автовладельцев в эти дни беседы о том, какая незамерзайка в наши морозы замерзает, а какая нет. Чтобы как-то посочувствовать тем, кто сильно зависит от погодных условий, сегодня речь пойдет о таких замечательных веществах, как антифризы, причем антифризах натуральных и антифризе синтетическим.
Должен сразу огорчить читателей, особо ратующих за все натуральное и органическое (в смысле природного происхождения), но заменить для своего железного коня синтетический антифриз антифризом натуральным не получитсяне, теоретически это можно, только железный конь работать не будет вообще от слова совсем.
Часть I. Антифризы натуральные и органические во всех смыслах. Определенные типы растений и животных могут защищать себя от температур, гораздо меньших, чем температура замерзания воды, с помощью специальных биологически активных соединений-антифризов.
Вот такой простенький белок-антифриз (синяя спираль) защищает личинку жука-огнецветки от температур до –30Deg;C
Долгое время все описанные биологические макромолекулы-антифризы были представлены сложными белками-гликопротеидами (соединения, содержащие химически связанные белковую и полисахаридную цепи), однако недавно из организма арктического жука U. Ceramboides, способного переносить температуры до –60°C был выделен антифриз, представляющий собой просто полисахарид без белка. Такие лед-структурирующие белки самоорганизуются на поверхности кристаллов льда, ингибируя их рост и предотвращая организмы хозяев от обледенения.
Вокруг кристаллов льда наблюдается зеленое свечение флуоресцентно-меченых «белков-антифризов».
До настоящего времени предполагалось, что биологически активные вещества-антифризы самоорганизуются на поверхности кристаллов льда, ингибируя их рост и предотвращая организмы хозяев от обледенения, таким образом, препятствуя образованию больших по размеру кристаллов льда. Однако недавно было продемонстрировали, что механизм действия белков по защите от холода несколько сложнее.
Несмотря на уже упомянутую невозможность использования в «незамерзайках» биологические антифризы все же могут найти многочисленные применения.
Например, их можно использовать в медицине для хранения органов и тканей, предназначенных для трансплантации. Эти белки также могут ингибировать рост кристаллов льда в мороженном, причем некоторые производители пищи уже использует такой способ облагораживания пищевых продуктов.
Тем не менее, использование «натуральных» антифризов в биомедицине и пищевой промышленности не всегда возможно. Во-первых, низкое их содержание в тканях соответствующих организмов затрудняет выделение натуральных антифризов из природных материалов, во-вторых – некоторые из них все же оказываются токсичными для клеток человека.
Часть II. Антифриз органический, но не натуральный и совсем даже синтетический. Это замечательное вещество, имя которому – этиленгликоль, очень близко знакомо каждому, кто пытался (независимо от успешности попыток) отскрести слой замерзшего льда с лобового стекла машины. Этиленгликоль является основным компонентом антифризов и антиобледенительной жидкости.
Распыление раствора этого замечательного вещества на поверхность льда может способствовать его плавлению, и удачливый водитель освобождает лобовое стекло от слоя замерзшей воды, получая возможность отправиться к месту назначения. А непосредственно в пути образованию кристалликов льда будет мешать жидкость-незамерзайка, в состав которой тоже входит этиленгликоль.
Как же работает антифриз-этиленгликоль? Систематическое название этиленгликоля – этандиол-1,2. Антифризные свойства этого замечательного вещества отчасти объясняются его некоторым сходство с водой – в составе молекулы этиленгликоля имеется две –ОН группы, способные к образованию водородных связей (Водородная связь — форма ассоциации между электроотрицательным атомом и атомом водорода H, связанным ковалентно с другим электроотрицательным атомом. В качестве электроотрицательных атомов могут выступать N, O или F. Водородные связи могут быть межмолекулярными или внутримолекулярными.), к образованию таких связей способна и вода. Из-за этого вода и этиленгликоль могут смешиваться в любых соотношениях.
Известно, что температура замерзания воды – 0°C (а 90° – это прямой угол). Чистый этиленгликоль замерзает при –12°C, однако смешение этиленгликоля с водой приводит к тому, что обе эти жидкости мешают друг другу образовать правильную упорядоченную кристаллическую структуру и температура замерзания смеси становится гораздо меньше температуры замерзания каждого из отдельно взятых веществ. Вообще это довольно распространенное явление – понижение температуры замерзания раствора по сравнению с температурой замерзания растворителя. На этом же явлении основана борьба с гололедом за счет посыпания улиц поваренной солью или другими твердыми хлоридами.
Может возникнуть вопрос – а почему мы не можем удалять намерзший лед с машин с помощью соли или солевого раствора. Строго говоря, если отбросить мысли о том, что солевой раствор и соль сама по себе будут способствовать коррозии металлических деталей автомобиля, до определенного момента мы можем это сделать, понизив температуру замерзания воды до –10°С – может для областей с мягкой зимой это было бы и достаточно, но не для нас… Тем временем 70%-ный водный раствор этиленгликоля не замерзнет до температуры –50°, да и этиленгликоль гораздо менее опасен для узлов и агрегатов автомобиля по сравнению с солевыми растворами с точки зрения коррозии.
Однако у популярности этиленгликоля в качестве антифриза есть и темная сторона силы – его токсичность. Чистый этиленгликоль обладает сладковатым вкусом и запахом, что может привести к тому, что домашние животные, и некоторые человеки, интеллект которых не сильно превосходит интеллект котов и собак, могут попытаться попробовать атифриз на вкус, получив при этом серьезные проблемы для здоровья. По этой причине в большинстве коммерческих продуктов-антифризов специально вводятся очень горькие добавки, которые имеют шанс остановить неразумных тварей от желания испить антифриз-коктейля.
Сладкий вкус этиленгликоля также стал основой распространенного заблуждения о том, что некоторые беспринципные виноделы добавляют антифриз в вино в качестве подстастителя. На самом деле такие безответственные виноделы добавляют в вино не этиленгликоль (HO–CH2–CH2–OH), а диэтиленгликоль (HO–CH2–CH2–O– CH2–CH2–OH), который, как и большинство других органических соединений, содержащих сразу несколько –ОН групп, обладает сладким вкусом, но не так токсичен, как входящий в состав антифризов этиленгликоль.
Такие добавки к винам производители временами имели привычку практиковать в неблагоприятные годы, когда виноград не успевал как следует вызреть, и вино получалось низкоалкогольным, слаботельным и кислым. Диэтиленгликоль маскирует присутствие в вине дополнительного количества сахара, поэтому сахар можно добавлять в вино без опасения, что он будет обнаружен во время анализов. Кроме того, диэтиленгликоль сам по себе делает вина более сладкими и тельными и, таким образом, они становятся похожими на вина позднего сбора. Однако в настоящее время такое «облагораживание» вина строго запрещено, по крайней мере, для европейских виноделов, а, например, объемы экспорта австрийского вина смогли восстановиться только через 15 лет после скандала 1985 года, связанного с обнаружением в австрийских винах диэтиленгликоля (в 1986 году экспорт упал в 10 раз по сравнению с «доскандальным» 1985 годом).
Тем не менее, если вы или ваши домашние животные по какой-то причине глотнули антифриза, необходимо как можно скорее обратиться за медицинской помощью. Физиология отравления такова – схожесть строения этиленгликоля и этанола первоначально приводит к быстрому опьянению, однако побочные эффекты начинают развиваться быстрее, чем при этаноловом отравлении. По мере того, как организм будет пытаться переработать токсин, гидроксильные группы будут окисляться сначала до альдегидных функций, а потом – до карбоновых кислот. Продукты метаболизма этиленгликоля угнетают деятельность нервной системы, вызывают учащенное сердцебиение, повышение давление, в ряде случае возможен риск сердечного приступа. Если не принять меры, то через 24 часа после отравления могут отказать почки.
К счастью, антидот от отравления этиленгликолем достаточно прост и распространен. В принципе – этот антидот общий для лечения отравления большинством спиртов – этанол. Фермент, который отвечает за окисление этиленгликоля и его трансформацию в токсичные метаболиты – алкогольдегидрогеназа – тот же самый фермент, который отвечает за переработку этанола. К счастью, сродство алкогольдегидрогеназы к этанолу в 100 раз выше, чем к этиленгликолю, поэтому большая доза этанола (который обычно вводится внутривенно) может насытить фермент и «отвлечь» его от производства токсинов – продуктов окисления этиленгликоля. Правда, такое лечение тоже имеет свои побочные эффекты – похмелье, вызванное продуктом ферментативного окисления этанола – уксусным альдегидом, в данном случае будет неизбежно (хотя по сравнению с перспективой выхода из строя почек это хотя и ужас, но не ужас-ужас).
Справедливости ради стоит отметить, что для производства антифриза используется лишь малая доля от примерно 20 миллионов тонн этиленгликоля, производящегося ежегодно. Большая часть этого диола (двухатомного спирта, молекулы с двумя группами –ОН) используется для производства сложных полиэфиров, в особенности – полиэтилентерефталата (ПЭТ) – прозрачного, блестящего и легко поддающегося обработке полимера, из которого изготавливают и пластиковые бутылки и волокна для тканей.
Таковы они, антифризы, вещества, замечательные во всех отношениях, одни из которых помогают выживать многочисленным обитателям крайне северных или крайне южных широк, пугающих нас своими морозами, а другие – помогают нам, так и не эволюционно приспособившимся к крайне низким температурам, не испытывать совсем уж большое отвращение к поездкам по морозу.
И все же - на дворе Рождественские морозы, на подходе Крещенские, и одной из самых популярных тем в разговорах автовладельцев в эти дни беседы о том, какая незамерзайка в наши морозы замерзает, а какая нет. Чтобы как-то посочувствовать тем, кто сильно зависит от погодных условий, сегодня речь пойдет о таких замечательных веществах, как антифризы, причем антифризах натуральных и антифризе синтетическим.
Должен сразу огорчить читателей, особо ратующих за все натуральное и органическое (в смысле природного происхождения), но заменить для своего железного коня синтетический антифриз антифризом натуральным не получится
Часть I. Антифризы натуральные и органические во всех смыслах. Определенные типы растений и животных могут защищать себя от температур, гораздо меньших, чем температура замерзания воды, с помощью специальных биологически активных соединений-антифризов.
Вот такой простенький белок-антифриз (синяя спираль) защищает личинку жука-огнецветки от температур до –30Deg;C
Долгое время все описанные биологические макромолекулы-антифризы были представлены сложными белками-гликопротеидами (соединения, содержащие химически связанные белковую и полисахаридную цепи), однако недавно из организма арктического жука U. Ceramboides, способного переносить температуры до –60°C был выделен антифриз, представляющий собой просто полисахарид без белка. Такие лед-структурирующие белки самоорганизуются на поверхности кристаллов льда, ингибируя их рост и предотвращая организмы хозяев от обледенения.
Вокруг кристаллов льда наблюдается зеленое свечение флуоресцентно-меченых «белков-антифризов».
До настоящего времени предполагалось, что биологически активные вещества-антифризы самоорганизуются на поверхности кристаллов льда, ингибируя их рост и предотвращая организмы хозяев от обледенения, таким образом, препятствуя образованию больших по размеру кристаллов льда. Однако недавно было продемонстрировали, что механизм действия белков по защите от холода несколько сложнее.
Несмотря на уже упомянутую невозможность использования в «незамерзайках» биологические антифризы все же могут найти многочисленные применения.
Например, их можно использовать в медицине для хранения органов и тканей, предназначенных для трансплантации. Эти белки также могут ингибировать рост кристаллов льда в мороженном, причем некоторые производители пищи уже использует такой способ облагораживания пищевых продуктов.
Тем не менее, использование «натуральных» антифризов в биомедицине и пищевой промышленности не всегда возможно. Во-первых, низкое их содержание в тканях соответствующих организмов затрудняет выделение натуральных антифризов из природных материалов, во-вторых – некоторые из них все же оказываются токсичными для клеток человека.
Часть II. Антифриз органический, но не натуральный и совсем даже синтетический. Это замечательное вещество, имя которому – этиленгликоль, очень близко знакомо каждому, кто пытался (независимо от успешности попыток) отскрести слой замерзшего льда с лобового стекла машины. Этиленгликоль является основным компонентом антифризов и антиобледенительной жидкости.
Распыление раствора этого замечательного вещества на поверхность льда может способствовать его плавлению, и удачливый водитель освобождает лобовое стекло от слоя замерзшей воды, получая возможность отправиться к месту назначения. А непосредственно в пути образованию кристалликов льда будет мешать жидкость-незамерзайка, в состав которой тоже входит этиленгликоль.
Как же работает антифриз-этиленгликоль? Систематическое название этиленгликоля – этандиол-1,2. Антифризные свойства этого замечательного вещества отчасти объясняются его некоторым сходство с водой – в составе молекулы этиленгликоля имеется две –ОН группы, способные к образованию водородных связей (Водородная связь — форма ассоциации между электроотрицательным атомом и атомом водорода H, связанным ковалентно с другим электроотрицательным атомом. В качестве электроотрицательных атомов могут выступать N, O или F. Водородные связи могут быть межмолекулярными или внутримолекулярными.), к образованию таких связей способна и вода. Из-за этого вода и этиленгликоль могут смешиваться в любых соотношениях.
Известно, что температура замерзания воды – 0°C (
Может возникнуть вопрос – а почему мы не можем удалять намерзший лед с машин с помощью соли или солевого раствора. Строго говоря, если отбросить мысли о том, что солевой раствор и соль сама по себе будут способствовать коррозии металлических деталей автомобиля, до определенного момента мы можем это сделать, понизив температуру замерзания воды до –10°С – может для областей с мягкой зимой это было бы и достаточно, но не для нас… Тем временем 70%-ный водный раствор этиленгликоля не замерзнет до температуры –50°, да и этиленгликоль гораздо менее опасен для узлов и агрегатов автомобиля по сравнению с солевыми растворами с точки зрения коррозии.
Однако у популярности этиленгликоля в качестве антифриза есть и темная сторона силы – его токсичность. Чистый этиленгликоль обладает сладковатым вкусом и запахом, что может привести к тому, что домашние животные, и некоторые человеки, интеллект которых не сильно превосходит интеллект котов и собак, могут попытаться попробовать атифриз на вкус, получив при этом серьезные проблемы для здоровья. По этой причине в большинстве коммерческих продуктов-антифризов специально вводятся очень горькие добавки, которые имеют шанс остановить неразумных тварей от желания испить антифриз-коктейля.
Сладкий вкус этиленгликоля также стал основой распространенного заблуждения о том, что некоторые беспринципные виноделы добавляют антифриз в вино в качестве подстастителя. На самом деле такие безответственные виноделы добавляют в вино не этиленгликоль (HO–CH2–CH2–OH), а диэтиленгликоль (HO–CH2–CH2–O– CH2–CH2–OH), который, как и большинство других органических соединений, содержащих сразу несколько –ОН групп, обладает сладким вкусом, но не так токсичен, как входящий в состав антифризов этиленгликоль.
Такие добавки к винам производители временами имели привычку практиковать в неблагоприятные годы, когда виноград не успевал как следует вызреть, и вино получалось низкоалкогольным, слаботельным и кислым. Диэтиленгликоль маскирует присутствие в вине дополнительного количества сахара, поэтому сахар можно добавлять в вино без опасения, что он будет обнаружен во время анализов. Кроме того, диэтиленгликоль сам по себе делает вина более сладкими и тельными и, таким образом, они становятся похожими на вина позднего сбора. Однако в настоящее время такое «облагораживание» вина строго запрещено, по крайней мере, для европейских виноделов, а, например, объемы экспорта австрийского вина смогли восстановиться только через 15 лет после скандала 1985 года, связанного с обнаружением в австрийских винах диэтиленгликоля (в 1986 году экспорт упал в 10 раз по сравнению с «доскандальным» 1985 годом).
Тем не менее, если вы или ваши домашние животные по какой-то причине глотнули антифриза, необходимо как можно скорее обратиться за медицинской помощью. Физиология отравления такова – схожесть строения этиленгликоля и этанола первоначально приводит к быстрому опьянению, однако побочные эффекты начинают развиваться быстрее, чем при этаноловом отравлении. По мере того, как организм будет пытаться переработать токсин, гидроксильные группы будут окисляться сначала до альдегидных функций, а потом – до карбоновых кислот. Продукты метаболизма этиленгликоля угнетают деятельность нервной системы, вызывают учащенное сердцебиение, повышение давление, в ряде случае возможен риск сердечного приступа. Если не принять меры, то через 24 часа после отравления могут отказать почки.
К счастью, антидот от отравления этиленгликолем достаточно прост и распространен. В принципе – этот антидот общий для лечения отравления большинством спиртов – этанол. Фермент, который отвечает за окисление этиленгликоля и его трансформацию в токсичные метаболиты – алкогольдегидрогеназа – тот же самый фермент, который отвечает за переработку этанола. К счастью, сродство алкогольдегидрогеназы к этанолу в 100 раз выше, чем к этиленгликолю, поэтому большая доза этанола (который обычно вводится внутривенно) может насытить фермент и «отвлечь» его от производства токсинов – продуктов окисления этиленгликоля. Правда, такое лечение тоже имеет свои побочные эффекты – похмелье, вызванное продуктом ферментативного окисления этанола – уксусным альдегидом, в данном случае будет неизбежно (хотя по сравнению с перспективой выхода из строя почек это хотя и ужас, но не ужас-ужас).
Справедливости ради стоит отметить, что для производства антифриза используется лишь малая доля от примерно 20 миллионов тонн этиленгликоля, производящегося ежегодно. Большая часть этого диола (двухатомного спирта, молекулы с двумя группами –ОН) используется для производства сложных полиэфиров, в особенности – полиэтилентерефталата (ПЭТ) – прозрачного, блестящего и легко поддающегося обработке полимера, из которого изготавливают и пластиковые бутылки и волокна для тканей.
Таковы они, антифризы, вещества, замечательные во всех отношениях, одни из которых помогают выживать многочисленным обитателям крайне северных или крайне южных широк, пугающих нас своими морозами, а другие – помогают нам, так и не эволюционно приспособившимся к крайне низким температурам, не испытывать совсем уж большое отвращение к поездкам по морозу.
