Spójność

Przykłady kohezji i znaczenie biologiczne

Kohezja m.in. cząsteczek wody

Woda jest przykładem substancji wykazującej spójność. Woda składa się z cząsteczek monotlenku diwodoru (HOH), co oznacza dwa hydrogeny i jeden tlen. Spójrz na schemat budowy chemicznej cząsteczki wody. Cząsteczka ta wykazuje polarność, czyli stan posiadania dwóch przeciwnych ładunków. Tlen ma ładunek lekko ujemny, co daje biegun częściowo ujemny, natomiast hydrogeny mają ładunek lekko dodatni, co daje biegun częściowo dodatni. Polarność sprawia, że cząsteczki wody przylegają lub przyciągają się wzajemnie.

Cząsteczki wody są utrzymywane razem przez siłę spójności. Siła ta jest słabym lub przejściowym rodzajem wiązania chemicznego, zwanego międzycząsteczkowym wiązaniem wodorowym. Tworzy się ono pomiędzy wodorem jednego HOH a wodorem innego HOH. W rezultacie, tworzą one kroplę wody, gdy się łączą. (Ref. 1)

Oprócz spójności, woda wykazuje również adhezję. Podczas gdy spójność odnosi się do przyciągania między podobnymi cząsteczkami, adhezja odnosi się do przyciągania niepodobnych cząsteczek. Tak więc, podczas gdy kohezja powoduje, że woda tworzy krople, adhezja utrzymuje krople na powierzchni, jak widać na powierzchni liści lub kwiatów.

Jeśli pozwolisz wodzie przepływać stopniowo przez kroplomierz, zauważysz, że płynie ona w serii kropel, a nie w sposób ciągły. Kropla przyjmuje również kształt, który jest nieco kulisty (grawitacja powoduje, że kropla traci swój rzekomo doskonały kształt kuli). (Zał. 2) Dzieje się tak z powodu napięcia powierzchniowego. Czy zauważyłeś, że kiedy napełniasz szklankę wodą aż po brzegi, tworzy ona na górze kształt przypominający kopułę? To jest napięcie powierzchniowe.

Napięcie powierzchniowe, z definicji, odnosi się do siły przyciągania, która jest wywierana przez cząsteczki poniżej powierzchni cząsteczek powodując cieczy do przyjęcia kształtu z najmniejszą powierzchnią. (Ref. 3) Termin ten jest używany w szczególności, gdy powierzchnia cieczy jest w kontakcie z gazem, na przykład, powietrze. (ref. 2) To sprawia, że powierzchnia wody, aby oprzeć się pęknięciu nawet podczas naprężenia lub stresu. To, co powoduje napięcie powierzchniowe w wodzie, przypisuje się zasadniczo kohezji.

Zauważ kroplę wody na powierzchni liścia na zdjęciu. Kulisty kształt wody jest przypisywany napięciu powierzchniowemu wody. Napięcie powierzchniowe wynika z kohezji (cząsteczki wody przyciągają się wzajemnie). W tym przykładzie, siła spójności (siła pomiędzy cząsteczkami wody) wydaje się silniejsza niż siła adhezji (siła pomiędzy cząsteczką wody a innymi cząsteczkami, takimi jak cząsteczki powietrza i powierzchni liścia).

Cząsteczki wody mają większe przyciąganie do siebie niż do cząsteczek powietrza. Dlatego też wykazują one tendencję do wykazywania napięcia powierzchniowego. Jest to ważne dla roślin, ponieważ spójność i wysokie napięcie powierzchniowe mają tendencję do spowolnienia utraty wody – tj. wody, która opuszcza liść przez aparaty szparkowe.

Napięcie powierzchniowe jest również tym, co powoduje, że niektóre owady pozostają nieruchomo nad wodą lub przechodzą przez nią. Na zdjęciu poniżej, zauważ jak strider wodny jest w stanie stać nieruchomo bez zatapiania nóg pod powierzchnią wody.

Napięcie powierzchniowe, kohezja i adhezja są podstawowymi czynnikami umożliwiającymi kapilarność. Jest to ważne, zwłaszcza u roślin naczyniowych. Woda może przemieszczać się w górę wąskiej rurki wbrew grawitacji dzięki działaniu kapilarnemu. Napięcie powierzchniowe przyciąga cząsteczki cieczy do środka od powierzchni, dzięki czemu powierzchnia jest jak najmniejsza. Następnie, kohezja jest odpowiedzialna za to, że cząsteczki wody trzymają się razem. Adhezja pomaga cząsteczkom wody wiązać się ze ściankami tkanek ksylemu rośliny. W ten sposób woda może wznosić się od korzenia w górę przez ksylem.

Kohezja biomolekuł

Kohezja jest nie tylko zjawiskiem fizykochemicznym. Występuje ona również biologicznie, czego przykładem są biomolekuły, takie jak DNA. Jeśli pamiętasz, w trakcie podziałów komórkowych, takich jak mitoza i mejoza, chromatydy siostrzane łączą się aż do momentu rozdzielenia się podczas anafazy. W tym procesie kohezji pośredniczą różne kompleksy białkowe, nazywane zbiorczo kohezynami. Poniżej znajduje się schemat przedstawiający cztery podjednostki białkowe kohezyny: SMC3, SMC1, SCC1, i SCC3. Kohezyny utrzymują chromatydy siostrzane po powieleniu DNA w ramach przygotowań do podziału komórki. Zapewnia to, że chromatydy siostrzane będą połączone ze sobą aż do momentu, gdy dotrą do rejonu równikowego dzielącej się komórki. To właśnie utrata kohezyny pomiędzy chromatydami siostrzanymi umożliwia ich całkowite rozdzielenie podczas anafazy. Bez kohezyn, prawidłowa segregacja może nie być zagwarantowana. (ref. 4) Zarówno mitoza jak i mejoza wykorzystują kohezję do utrzymania chromatyd siostrzanych razem, a kohezyna jest ustanowiona przed mitozą i mejozą. (Ref. 4)

1. Kropelki wody: Spójność i adhezja wody. (2020). Appstate.Edu. http://www.appstate.edu/~goodmanjm/rcoe/asuscienceed/background/waterdrops/waterdrops.html
2. Co to jest napięcie powierzchniowe? Definicja i eksperymenty. (2020). ThoughtCo. https://www.thoughtco.com/surface-tension-definition-and-experiments-2699204
3. Definicja naprężenia powierzchniowego. (2020). Merriam-Webster.Com. https://www.merriam-webster.com/dictionary/surface%20tension#:~:text=%3A%20the%20attractive%20force%20exerted%20upon,having%20the%20least%20surface%20area
4. Brooker, A. S., & Berkowitz, K. M. (2014). The Roles of Cohesins in Mitosis, Meiosisis, and Human Health and Disease. Methods in Molecular Biology, 229-266. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-0888-2_11

.