Er der flere farver i sort?

Transkript

1 Er der flere farver i sort? Hvad er kromatografi? Kromatografi benyttes inden for mange forskellige felter og forskningsområder og er en anvendelig og meget benyttet analytisk teknik. Kromatografi bruges til at adskille og identificere forskellige kemiske stoffer i komplekse blandinger (prøver), og til dét findes der en række forskellige former for kromatografi. Kromatografi blev oprindeligt anvendt i 1901 af botanikeren Mikhail S. Tsvet, der benyttede den til adskillelse af farvestoffer fra planteekstrakter. Ordet stammer fra det græske chroma, der betyder farve, og grafi, der betyder at skrive, hvorfor kromatografi betyder skrivning med farve. Tre vigtige former for kromatografi er high-performance liquid chromatography (HPLC), tyndtlagschromatografi (TLC) og gaschromatografi (GC). De bygger alle på samme overordnede princip, der involverer en stationær fase (ofte et fast stof) og en mobil fase (væske eller gas). Den mobile fase benyttes til at bevæge prøven gennem den stationære fase. Da forskellige stoffer i en prøve binder sig forskelligt til de to faser, vil de bevæge sig med forskellig hastighed, og derved blive adskilt. De forskellige bindinger, der findes mellem prøven og faserne, er beskrevet på Biotech Academys hjemmeside 1. I en simpel form for kromatografi benyttes en plade, som den stationære fase, mens den mobile fase er en væske, der bevæger sig hen over pladen og fører de kemiske stoffer med sig. Herved vil stofferne på pladen adskilles alt efter, hvor hurtigt de bevæger sig op ad pladen vha. væsken. Et eksempel på kromatografi og dennes anvendelse Tyndtlagschromatografi Tyndtlagschromatografi (TLC) er den mest simple form for kromatografi. TLC benyttes inden for organisk kemi til at undersøge om en reaktion er ført til ende, og om det forventede produkt er dannet. I TLC består den stationære fase af en lille fast plade af enten plastik, glas eller metal. Pladen er ofte dækket med et tyndt, ensartet lag silicagel, der består af grundstofferne silicium og ilt bundet sammen i et netværk. Da silicium står i hovedgruppe 4 i det periodiske system, har det fire elektroner i yderste skal og mangler derfor fire elektroner for at opfylde oktetreglen. Denne kan opfyldes ved binding til fire iltatomer med kovalente bindinger. Opbygning af silicagelen kan ses på figuren nedenfor. Det øverste lag af iltatomer på figuren er bundet til hydrogenatomer, således at oktetreglen også er opfyldt for disse. 1 Er der flere farver i sort? Side 1

2 Figur 1. Opbygningen af en silica-gel TLC bruges til at adskille stoffer i en prøve, og denne kromatografimetode er nyttig, når man ønsker at finde ud af om to stoffer, A og B, har reageret med hinanden og dannet produktet, C. A + B -> C Når stoffer i en prøve skal adskilles, bliver en dråbe af prøven afsat på den ene ende af TLC pladen/den stationære fase. Ved at lade en væske den mobile fase trække op igennem gelen, bevæger stofferne i prøven sig gennem gelen. Hvis A og B har reageret fuldstændigt for at danne C vil dråben af prøven kun indeholde stoffet C. Hvis der udover en dråbe fra prøven også påsættes en dråbe af A og B på TLC pladen ved siden af prøven, kan man sammenligne, hvor langt de tre prikker har bevæget sig på pladen efter, at væsken er trukket op. De enkelte stoffer i prøven bevæger sig gennem gelen med forskellige hastigheder, hvorved de adskilles. Herved kan man se, om der kun er stoffet C tilbage i prøven, eller om der stadig er en smule A og/eller B tilbage. Grunden til at stofferne bevæger sig med forskellige hastigheder er, at stofferne i prøven påvirkes forskelligt af den mobile og stationære fase. Dette betyder, at nogle af stofferne binder sig bedre til den stationære fase end andre og bevæger sig derfor langsommere op ad pladen i forhold til de stoffer, der binder bedre til den mobile fase. Forsøg og forsøgsbeskrivelse I dette forsøg vil vi illustrere, hvordan kromatografi fungerer ved at adskille farven sort på et helt normalt kaffefilter. Dette nemme og billige forsøg viser, hvordan kromatografi virker, og hvordan stoffer nemt kan adskilles ved hjælp af denne teknik. Materialer Kaffefilter Blyant og lineal Sort tusch Plastikkop Vand Fremgangsmåde På kaffefiltret tegnes en tynd blyantsstreg, ca. 1 cm fra bunden af filtret, hvorefter der sættes en enkel prik med blyanten midt på den tegnede streg. Oven på blyantprikken sættes endnu en prik, denne gang med tuschen. Er der flere farver i sort? Side 2

3 Lidt vand hældes i plastikkoppen, mens der sørges for, at vanddybden ikke kommer til at dække tuschprikken, når kaffefiltret sænkes i vandet med bunden først. Kaffefilteret med tuschprik stilles i koppen, hvorefter vandet, som er den mobile fase, vil begynde at bevæge sig op gennem kaffefilteret den stationære fase. Når vandet ikke længere bevæger sig, fjernes kaffefiltret, og der noteres, hvor langt prikken har bevæget sig, samt hvilke farver, der ses. Er der flere farver i sort? Side 3

4 Hvor kom livet fra? Livet? Noget af det mest centrale at forstå ved biologi er tilfældighedens rolle i den biologiske verden. Ligesom mennesker, begår naturen også nogle gange fejl. Fejlene sker ved et tilfælde, men selvom der er tale om fejl, kan de vise sig at være positive. Før livet opstod, var der konstant molekyler, der stødte sammen med andre molekyler i et stort hav, som vi i dag kalder ursuppen. Når et rigtigt par molekyler ramte hinanden, blev der nogle gange dannet et helt nyt molekyle. På et tidspunkt, umiddelbart inden livet opstod, kan man forestille sig, at der er blevet dannet en række biokemiske molekyler som aminosyrer, DNA og proteiner alle molekyler der er essentielle for liv. De processer, der i dag sker inden i vores celler, minder meget om dem, der foregik, før livet blev til. DNA et bestod også dengang af kodende gener, der kunne kopieres, som ved en celledeling, eller bruges til at danne et protein ud fra. Der var ikke tale om egentligt liv på dette tidspunkt, da de biokemiske molekyler ikke var afgrænsede af cellemembraner, men blot befandt sig i ursuppen. Dette resulterede også i, at nogle af de biokemiske molekyler blev ødelagt i sammenstød og reaktioner med andre molekyler og derved mistede deres oprindelige funktion. Ved et tilfælde blev flere af de biokemiske molekyler omgivet af en kappe af lipider (fedtstoffer), der dannede en membran. Lipider danner membraner, når de befinder sig i vand, da den ene del af lipidmolekylet gerne vil være i kontakt med vand, mens den anden del af molekylet gerne vil undgå at være i kontakt med vand. Man kan sammenligne lipiders opførsel i vand med, hvordan to magneter tiltrækker hinanden, hvis man vender dem den ene vej, mens de frastøder hinanden, hvis man vender den ene om. Lipider vil, i vandig opløsning, vende den ene del ud mod de vandige omgivelser, mens de vil vende den anden del ind mod et andet lipid-molekyle. På figur 1 er det illustreret, hvordan lipider danner et dobbeltlag, så de dele af molekylet, der ikke vil være i kontakt med vand, kan undgå det. Membraner blev altså dannet ved et tilfælde i ursuppen. Lige så tilfældigt skete det, at membranerne fik omsluttet alle de essentielle biokemiske molekyler, der skal bruges for, at en celle kan kopiere sig selv. På denne måde blev det første liv, i form af simple celler, dannet. Man kan sammenligne hele denne proces med at slå med en terning. Hvis man bare slår nok gange skal man nok slå to seksere efter hinanden, men det kan godt kræve mange forsøg. Naturen havde rigeligt med tid til at prøve og efter mange forsøg, blev alle de essentielle biokemiske molekyler samlet i en membran, hvorved livet opstod. Er der flere farver i sort? Side 4

5 Figur 1: Billedet viser, hvordan lipider danner en cellemembran. De runde brune ringe er glycerol med en fosfor gruppe. Disse 'hoveder' er vandopløselige og vil derfor gerne være i kontakt med vand. Hvert hoved har 2 haler bestående af fedtsyrer. Disse er ikke opløselige i vand, men derimod kan de opløses i fedt. Da halerne på de andre lipider også består af fedtsyrer, vil alle halerne sætte sig tæt på hindanden omringet af 'hoveder' der vil være i kontakt med omliggende vand. Hvis der kun er haler inde i midten, kaldes det en micelle. Er der derimod vand på begge sider af lipiderne, vil de danne et dobbelt lipidlag kaldet en membran. På den måde undgår deres haler at være i kontakt med vandet. Den Naturlige Selektion På trods af at celler er levende, opstod de ikke med livet som et mål i sig selv. De er et samarbejde mellem en hel masse forskellige molekyler, som flød rundt i ursuppen. Celler har den fordel, at de har en beskyttende membran. Cellemembranen forhindrer molekylerne inden i cellerne i at komme i kontakt med molekyler uden for cellen. På den måde er cellens indre beskyttet mod mange af de skadelige stoffer, som langsomt ødelagde de molekyler, der ikke var omsluttet af en membran. Cellerne havde altså et bedre grundlag for at overleve og kopiere sig selv end de frit flydende molekyler, der ikke var beskyttet af en membran. På den måde kunne cellerne altså langsomt udkonkurrere de frie molekyler. Denne form for konkurrence for at overleve er det, vi, inden for biologien, kalder en selektion, da det kun er de bedste, der overlever. Det er inden for denne gren i biologien, at begrebet survival of the fittest stammer fra. The fittest er ikke de stærkeste, eller dem der får mest afkom. Det er derimod de celler eller de dyr, der er bedst tilpassede til deres omgivelser, som overlever. Selektionen sker naturligt, da den tilpasser sig omgivelserne. De fugle, som Darwin brugte til at grundlægge sine teorier om evolution, havde alle tilpasset sig til deres omgivelser på forskellige måder på trods af, at de havde den samme oprindelse. Det er på grund af den naturlige selektion, at rovdyr som hunde, katte og mennesker har øjne, der peger ligeud, da disse fungerer bedre til at jage med. Da rovdyr jager for at få mad, og fremadrettede øjne er en fordel i jagten, har vores øjne, igennem den naturlige selektion, udviklet sig til at være fremadrettede. På samme måde er byttedyr som hestes og harers øjne rettet mere ud til siderne. Samtidig med at de spiser, skal de nemlig kunne have et godt overblik over, om der kommer rovdyr, så de kan reagere hurtigt. Det er igennem den naturlige selektion, at celler, som oprindeligt var ens, er blevet til meget forskelligt liv. Nogle celler arbejder stadigvæk som encellede organismer, mens andre indgår i meget Er der flere farver i sort? Side 5

6 komplekse netværk af celler som f.eks. i planter og dyr. Fordi alt liv er udviklet fra de samme grundlæggende organismer, har liv i dag stadig meget tilfælles. Cellerne i en fugl har samme grundlæggende DNA-molekyler som i en bakterie. De laver proteiner og kopierer deres DNA på måder, der er meget ens. Det samme gælder for planter. I det hele taget er der meget store lighedstræk mellem forskellige levende organismer, hvis man ser på deres enkelte celler. Katalase På samme måde som celler er opbygget af de samme byggestene, er disse byggestene, i form af gener, ofte velbevarede fra én organisme til en anden. Dette skyldes ofte, at genet, der for eksempel koder for et protein, har en opgave, der gør, at cellen overlever bedre. Dette kan være ved, at den er bedre til at optage energi, hurtigere til at formere sig, eller at den kan bekæmpe skadelige stoffer. Et stof, der er meget giftigt for mange organismer, er brintoverilte, H 2 O 2, også kaldet hydrogenperoxid. Hydrogenperoxid er et utroligt kraftigt oxiderende kemikalie, der blandt andet ødelægger aminosyrer, når det kommer i kontakt med dem. Mange celler, der bruger ilt (O 2 ) til at vokse med, kan producere små mængder af hydrogenperoxid. For at dette ikke skader cellerne, har de udviklet et enzym, katalase, der lynhurtigt kan nedbryde det skadelige stof, og hvert enzym kan nedbryde op til 40 millioner molekyler af hydrogenperoxid hvert sekund. Katalase findes i gær, i mange forskellige planter, f.eks. selleri, og i dyr. Er der flere farver i sort? Side 6

7 Forsøg og forsøgsbeskrivelse Sikkerhed OBS! Brintoverilte er et kraftigt kemikalie der i store mængder eller for høje koncentrationer er yderst farligt. Brintoverilte er et afblegningsmiddel, der er meget skadeligt for kroppen. Til forsøg med brintoverilte bør der anvendes sikkerhedsbriller. Forsøget må aldrig laves i en lukket beholder. Materialer 1 pose tørgær (eller en pakke almindelig gær) Lunkent vand 100 ml, 10 % brintoverilte (3 % brintoverilte kan også anvendes) Opvaskemiddel 2 bægere Evt. frugtfarve Fremgangsmåde 1. Opløs tørgæren i 40 ml lunkent vand i et bæger. 2. Hæld lidt brintoverilte i det andet bæger. 3. Tilsæt tre dråber opvaskemiddel til brintoverilten. 4. Tilsæt evt. et par dråber frugtfarve. 5. Hæld hurtigt gærblandingen ned i sodavandsflasken, og træd væk fra flasken. Er der flere farver i sort? Side 7