CC BY
94Физика живого, Т. 18, No 2, 2010. С.16-22. © Булавин Л.А., Маломуж Н.П.
IMiysies of the Alive
w и w.pii.s<-k4i«f-<44iU‘r.iM‘t
УДК 577.3
ДИНАМИЧЕСКИЙ ФАЗОВЫЙ ПЕРЕХОД В ВОДЕ КАК ВАЖНЕЙШИЙ ФАКТОР ПРОВОЦИРОВАНИЯ ДЕНАТУРАЦИИ БЕЛКОВ В ТЕПЛОКРОВНЫХ ОРГАНИЗМАХ
1Булавин Л.А., 2Маломуж Н.П.
1 Киевский национальній университет имени Тараса Шевченко
e-mail: bulavin@univ.kiev.ua
2 Одесский национальный університет шимени И.И.Мечникова
e-mail: mnp@normaplus.com
Поступила в редакцию 12.03.2010
В работе приводятся веские аргументы относительно существования в воде динамического фазового перехода при температуре TH к 420 C . При этой температуре происходит существенное изменение характера теплового движения молекул воды, что проявляется в особенностях квазиупругого некогерентного рассеяния тепловых нейтронов, поведении изотермической сжимаемости, диаметра кривой энтропя-температура при на линии сосуществовании парообразной и жидкой фаз, сдвиговой вязкости и других свойствах. Предполагается, что динамический фазовой переход происходит также во внутриклеточной воде, где он стимулирует денатурацию белковых цепей и смерть теплокровных организмов.
Ключевые слова: некогерентное рассеяние тепловых нейтронов, диаметр кривой сосуществования в терминах энтропия-температура
Введение. В этой работе основное внимание уделяется обсуждению тех свойств воды, которые оказывают решающее влияние на поддержание жизни теплокровных животных. Наши выводы основываются на физических результатах, полученных в последние годы с помощью 1) изучение полуширины диффузионного пика в квазиупругом некогерентном рассеянии тепловых нейтронов в воде; 2) анализа поведения кинематической сдвиговой вязкости воды и 3) детального исследования температурной зависимости энтропии воды. Важным дополнением к ним служат экспериментальные данные по температурной зависимости изотермической сжимаемости воды и водноглицериновых растворов. В этой статье мы представляем различные доказательства
существования динамического фазового перехода в объеме чистой воды и во внутри-клеточных растворах. Сопоставление некоторых важных свойств нормальной и тяжелой воды позволяет нам уяснить роль нормальной воды как матрицы для вне- и внутриклеточных биорастворов.
Динамический фазовый переход в воде при температуре 42 0 С
В этом разделе будут представлены основные физические факты, которые позволят нам сделать вывод о существовании в воде при температуре
TH ~ 315 K или tH ~ 420 С специфического
изменения структуры воды и характера теплового
движения молекул, которое мы будем
интерпретировать как динамический фазовый переход.
а) Особенности теплового движения молекул воды согласно данным квазиупругого некогерентного рассеяния тепловых нейтронов
Детальное изучение полуширины диффузионного пика в квазиупругом некогерентном рассеянии тепловых нейтронов позволяет получить важные результаты о характере теплового движения молекул в воде, в частности, оценить время оседлой жизни молекул воды Т0. Это время имеет следующий смысл.
Водородные связи, образующиеся в воде, накладывают определенные ограничения на характер поступательного и вращательного движения ее
молекул. Так, если некоторая молекула связана посредством водородных связей с ее ближайшими соседями, она может участвовать только в колебательном движении: поступательном и
вращательном. Она окажется способной переместиться и повернуться относительно
ближайших соседей только после разрыва удерживающих ее водородных связей. Среднее время, в течении которого молекула воды совершает колебания около некоторого локального положения равновесия, принято называть временем оседлой жизни. Квазикристаллический характер теплового движения воды проявляется тем более выражено, чем больше время т0 по сравнению с периодом
осцилляций. Максимальное значение периода
осцилляций можно оценить как max Tosc = a / UT , где a - среднее расстояние между ближайшими соседями
и UT
№BT I
mw
- средняя скорость теплового
движения молекул. Будем обозначать: max тosc = тs.
Таким образом, вода будет сохранять квазикристаллическую структуру, а характер теплового движения будет близким к тому, который наблюдается во льду, при выполнении неравенства:
т0 >> тs ■
(1)
Из двух величин, входящих в (1), только величина Т0 очень существенно зависит от температуры и
плотности, или, иначе говоря, от давления. Анализ полуширины диффузионного пика в квазиупругом некогерентном рассеянии тепловых нейтронов в воде является надежным источником информации о величине и температурной зависимости времени оседлой жизни.
Температурная зависимость отношения т = Т0 / Т , определенная в работах [1-3], представлена на рис.1.
30
20
10
2 1 1
X 1 1 1 r-j
\ Т
\ 1.5 _ п _
- \ -
\ 1 □
\ " " □
0.5 - -
□
Ґ Ґ 1" '~~~~~~ ■>' ■ □
АП НЙП ПОП "ЇПП Ъ "IN U 1 1
250
т,к
300 350
т,к
400
т
Рис.1. Температурная зависимость отношения Т = —0 согласно [1,2]: крестики соответствуют экспериментальным
Т1
данным [4], квадратики - [5] .
Из Рис.1 следует, что квазикристаллические представления о структуре и характере теплового движения в воде применимы только для температур
T < Tn, где Tn к 315 K или tn к 420 C. Т.е.,
квазикристаллические представления вполне адекватны для описания свойств переохлажденной воды и воды в нормальном состоянии только в сравнительно узком интервале температур
273 K < T < 315 K.
При более высоких температурах характер структуры и теплового движения молекул в воде является существенно отличным от
квазикристаллического. Дополнительные данные об особенностях теплового движения в воде при T > Tn
могут быть получены из анализа температурной зависимости кинематической сдвиговой вязкости.
б) Сравнительное поведение сдвиговых вязкостей воды и аргона
Сравнение вязкостей различных жидкостей и, в частности, аргона и воды будет корректным, если оно производится на основе принципа соответственных состояний [6]. Это значит, что от всех размерных величин необходимо перейти к их безразмерным аналогам, которые образуются делением самой величины на ее значение в критической точке. Так температура T должна измеряться в единицах
t = T / Tc. Для обезразмеривания кинематической
сдвиговой вязкости необходимо использовать не само ее значение в критической точке, которое обращается в бесконечность, а ее регуляризованное значение У11 (см. [10]).
Рис.2. Температурные зависимости обезразмеренных кинематических сдвиговых вязкостей аргона, обычной и тяжелой воды. Экспериментальные данные взяты из [7-9].
Таким образом, обезразмеренная кинематическая сдвиговая вязкость оказывается равной:
И'1'
V
*)(,)=VM
V
(i)
R
где индекс ' используется для обозначения типа
жидкости. Сравнительное поведение ) для аргона, ^ (г) = <
обычной и тяжелой воды ( ' = Аг, Н2 О, -02 О ) на их линиях сосуществования жидкость-пар представлено на Рис.2.
Точки пересечения V (') (г), ' = Н2О, &2О, с
2^^2к
кривой ' = Аг определяют характеристические
температуры tV(H2О), tV(D2O) обычной и тяжелой
воды. Как следует из Рис.2 соответствующие температуры равны:
V (Н 2О) = 0.478 ^ Ту (Н 2О) = 309К, у(D2O) = 0.503 ^ ТУ(D2O) = 324.1К.
Как видим, значение характеристической температуры обычной воды: ТУ(Н2О) = 309К является очень близким к
Т
п ■
С физической точки зрения, температура Ту имеет
очень важное значение. Она разделяет температурный интервал существования жидкой воды на две характерные
области: Т < Ту и Т > Ту. В первой из них
кинематическая сдвиговая вязкость воды убывает по экспоненциальному закону, во второй - по полиномиальному, близкому к закону убывания вязкости в жидком аргоне. В [10-12] показано, что с хорошей точностью вязкость воды описывается формулой:
V
( Н 2О)/Л_
(г )=
К Н)
(1 -%)у{ г)(0+У0( )ехр(е/г)-к-Пн(г). Пн (г) = 4(1 -уг) (2)
в которой
% = -4^(1 - у) . Первое
слагаемое
описывает аргоно-подобный вклад, а второе и третье -вклады водородных связей. Второе слагаемое доминирует в переохлажденной области. При этом, значение энергии активации в точности совпадает со значением энергии водородной связи. Третье слагаемое описывает относительно небольшое отклонение вязкости воды от аргоно-подобной зависимости в широкой области ее
состояний от Ту до критической точки. Величина этого вклада не превышает 30%. Его замечательной особенностью является то, что он пропорционален среднему числу Пн (г) водородных связей на одну
молекулу. Из сопоставления (2) с экспериментальными данными по вязкости мы находим, что
пН (г) = 4(1 - 0.85г) +....
(3)
Из (3) следует, что в характерных точках существования жидкой воды пН (г) принимает значения:
2.6, агТ = 273 К 2.3, агТ = Ту 0.6, аг Т = Т
(4)
Поскольку значения Пн (г) при Т > Ту близки к
двум или становятся меньше двух, пространственная сетка водородных связей в воде становится неустойчивой. Вследствие флуктуационных эффектов она распадается на совокупности короткоживущих линейных ассоциатов. Это последнее утверждение становится практически очевидным, если принять во внимание, что значения кинематической сдвиговой вязкости воды и аргона в области Т > Ту имеют один
и тот же порядок величины. Это означает, что характер теплового движения молекул воды все больше приближается к тому, который наблюдается в аргоне. Другими словами, в области состояний Т > Ту тепловое движение молекул в воде имеет
аргоноподобный характер.
Вместе с тем, необходимо отметить, что в тяжелой воде температурный интервал квазикристалличности теплового движения молекул заметно шире.
в) Температурная зависимость диаметра кривой сосуществования воды в терминах энтропия-температура
Очень важные сведения о характере теплового движения молекул воды дает анализ температурной зависимости диаметра кривой сосуществования воды в терминах энтропия-температура, который определяется формулой:
$(к) = ^к) + 8(к) - 28(к)
где ж) и 8иж) - значения энтропии на жидкой и
паровой ветвях линии сосуществования фаз, $С^) -
значение энтропии в критической точке. Отметим, что особенности поступательного и вращательного движения молекул воды проявляются в поведении всех используемых нами характеристик воды: полуширине диффузионного пика квазиупругого некогерентного рассеяния тепловых нейтронов, кинематической сдвиговой вязкости и диаметре кривой сосуществования воды в терминах энтропия-температура. Однако, во всех случаях они проявляются по- разному и поэтому дают взаимно-дополняющую информацию. Температурная зависимость диаметра кривой сосуществования воды в терминах энтропия-температура представлена на рис.3.
Рис.3. Сравнительное поведение диаметров кривых сосуществования в терминах энтропия-температура обычной и тяжелой воды, а также трех других характерных жидкостей. Экспериментальные данные взяты из [13,14].
Из сопоставления температурных зависимостей всех приведенных жидкостей мы заключаем, что немонотонный характер температурных зависимостей диаметра кривой сосуществования в терминах
энтропия-температура для Н 2 О и D2О, а также
Н 2 8 и О 2 , связан с вращательным движением их молекул. В случае аргона, для которого вращательные степени свободы отсутствуют, поведение
8('й'Г)(г)является монотонно возрастающим. Особое внимание обращаем на положение корней уравнения (г) = 0 . Меньшие по модулю корни принимают значения:
Т (Н2О) = 0.484 • 648.7 = 314.3К ^ 41.20С , Т (D2O) = 0.438 • 648.7 = 282.3К ^ 90 С .
Как видим, в пределах экспериментальных ошибок
Т\ (Н2О) « Ту (Н2О) « Тп. Таким образом,
температурная зависимость диаметра кривой сосуществования в терминах энтропия-температура позволяет нам заключить, что характер вращательного движения молекул воды радикально изменяется при той же температуре, что характер поступательного движения молекул. Это не удивительно, так как оба типа теплового движения определяющим образом зависят от особенностей сетки водородных связей в воде.
г) Температура динамического фазового перехода
Изложенные выше факты показывают, что вблизи температуры ТН ~ Т, Ту, Тп в обычной воде наблюдается существенное изменение характера
теплового движения молекул: осцилляционное
движение молекул кристалло-подобного типа переходит в непрерывный тепловой дрейф аргоноподобного типа. Из рассмотрения кинематической сдвиговой вязкости и диаметра кривой энтропии следует, что подобное изменение происходит в сравнительно узком температурном интервале, что позволяет интерпретировать его как динамический фазовый переход в системе. Этот переход соответствует существенному изменению как поступательных, так и вращательных мод молекулярных движений. Изменения последних, в свою очередь, тесно связаны с изменением свойств сетки водородных связей. Вблизи ТН сетка
водородных связей распадается на совокупность небольших короткоживущих молекулярных ассоциатов.
Еще одним фактом, свидетельствующим в пользу сделанного предположения, является существование минимума у изотермической сжимаемости воды. Этот минимум наблюдается при температуре Тр ~ 321К .
При этом, при Т > Тр сжимаемость возрастает, как это имеет место во всех жидкостях типа аргона. При более низких температурах, Т < Тр, сжимаемость
уменьшается с ростом температуры, что является наиболее характерным отличием воды от простых жидкостей. В [15] показано, что это удивительное свойство воды сохраняется и при растворении в ней глицерина. На Рис.4 представлено семейство кривых, описывающих обратную изотермическую
сжимаемость растворов вода-глицерин. Из Рис.4 следует, что максимум обратной изотермической сжимаемости исчезает только в концентрированном растворе, когда концентрация глицерина X > 0.3 мол
%.
5.2-
MPa
*? ~ 5.0-
'о
*Т 4.8-
4.6-
4.4-
ъ
2.4-
2.2-
2.0-
т
А
280
▲
Р=0.1МРа ■ А ▼
■ - 0.27mol% ■ А Т
* - 0.33mol% ■
▼ - 0.35mol% • - Water ▲
• • • .
• • • • •
300 320 340 360
380
T, K
Рис. 4. Температурная зависимость обратной
изотермической сжимаемости водно-глицеринового
раствора при атмосферном давлении согласно [15].
Здесь уместно отметить еще одно важное обстоятельство. Важнейшим элементом структуры гексагонального льда являются шестизвенные кольца, образованные водородными связями. При переходе к
жидкой воде плотность таких колец изменяется скачком и продолжает уменьшаться при дальнейшем повышении температуры. В жидкой воде гексагональные кольца являются наиболее энергетически выгодными и долгоживущими кластерами. Однако в переохлажденной области их плотность становится тем больше, чем больше степень переохлаждения. Можно предположить, что при Т > ТН гексагональные кольца в воде вообще не возникают.
В отличие от обычной воды, в тяжелой воде динамический фазовый переход, по-видимому, не происходит. Значения Ту и Тз отстоят друг от друга
более чем на 40 градусов. Это обстоятельство обусловлено, в первую очередь, заметным отличием их характерных частот вращения:
Фг (Н2О)
о,г (D2 О) Ц
Ш,
1.4 . Влияние различия масс
Ш
Н
протонов и дейтонов на поступательное движение молекул обычной и тяжелой воды также имеет место, но оно оказывается значительно меньшим:
1.1 . Отличия в значениях Т
От (Н2 О) ~
иТ (D2 О) \ ШН 2О
и Ту обусловлены вкладами обоих составляющих
теплового движения молекул воды, однако, простую оценку здесь указать затруднительно. К сожалению, из-за отсутствия экспериментальных данных по некогерентному рассеянию тепловых нейтронов в тяжелой воде, ничего определенного о величине Тп сказать невозможно.
Гипотеза о взаимосвязи динамического фазового перехода в воде и температуре смерти теплокровных организмов
В работе [16], исходя из практически полного совпадения численных значений температур динамического фазового перехода в воде (ТН) и
смерти теплокровных TD ~ 315К или 420 С, было высказано предположение о взаимосвязи причин, порождающих эти феномены. Давайте обсудим этот вопрос с физической точки зрения более подробно (см. также [17,18]).
Вода является основой внутриклеточного биораствора. Суммарная весовая концентрация биокомпонентов в крови и тканях, имеющих первостепенное значение для жизни теплокровных (как, например, мозговая ткань) не превышает 15 весовых %. Как видно из Рис.5, взаимодействие между звеньями белков (остатков аминокислот) и их взаимодействие с биораствором определяется, главным образом, мостиками типа О... Н — И, тогда как в воде элементарная водородная связь имеет вид
в-сн
V
14.0 А
О ... Н — О. Однако, различия между ними являются
несущественными [19].
\
НС-и
"V ° V0
\ / нс-я н-сн
1 N..
о- \ Н.--Г» / н
I в-сн нр-н
\ / нр-н И-СН
Рис.5. Бета-структурный участок полипептидной цепи согласно [20].
Во внутриклеточной жидкости, находящейся на расстоянии в несколько молекулярных слоев от белковой цепочки, образуется объемная сетка
водородных связей, подобная той, что образуется в чистой воде. Белковая цепочка, конечно, оказывает определенное влияние на характер пространственной упорядоченности сетки водородных связей, но это влияние незначительно по сравнению с влиянием плоской подложки. В последнем случае ее влияние распространяется максимум на N ~ 30-50
молекулярных слоев. В соответствии с этим влияние одиночной молекулярной цепи не должно
распространяться более чем на -\]И5 ~ 5-7
молекулярных слоев.
Для формирования жизнеспособной структуры белка необходим определенный баланс сил, создаваемых внутри-белковыми водородными
связями и теми, что связывают белковую молекулу с окружающим ее водным раствором. Если свойства сетки водородных связей вне белковой цепи изменяются, это должно сопровождаться нарушением указанного баланса сил. При Т > TD внутри-
молекулярные водородные связи, по-видимому, будут стимулировать уменьшение шага белковой спирали и ее радиуса, что будет сопровождаться утратой уникальных свойств белковой молекулы, которые она проявляет в ее нативной структуре.
В противоположном случае, при Т < TD , число водородных связей, образуемых одной молекулой воды, возрастает, как и степень упорядоченности сетки водородных связей в клеточной воде. При
ТО ~ 36.60 С создаются оптимальные условия для
формирования нативной структуры белка. Однако при дальнейшем понижении температуры снова будет происходить нарушению баланса сил, что будет приводить к отклонениям шага и радиуса белковой спирали от значений, свойственных ее нативной структуре. Здесь речь идет о сравнительно небольших
переохлаждениях относительно ТО ~ 36.6° С, не
более (5 - 10)0 С . Если переохлаждения становятся сравнительно более глубокими, вязкость
внутриклеточной воды резко возрастает (см. Рис.2) и будет происходить существенное замедление
интенсивности всех процессов переноса во
внутриклеточной воде. Жизнеспособность клетки нарушается.
Естественным методом описания подобных конформационных изменений структуры белковой молекулы является расчет второго вириального коэффициента. Обычно при таком подходе принимается во внимание только взаимодействие между различными фрагментами полимерной
(белковой) цепи. Обращение второго вириального коэффициента в нуль и рассматривается как условие ее денатурации - свертывания в неструктурированную глобулу. Из нашего рассмотрения следует, что изменение свойств окружающей объемной воды будет существенно влиять на характер взаимодействия фрагментов белковой цепи, а значит и на значения второго вириального коэффициента. В естественных условиях процесс денатурации белковых цепей начинает происходить при достижении организмом
температуры TD ~ 420 С .
По-видимому, наиболее уязвимой является ткань головного мозга. Именно денатурация белковых
цепей в ее клетках при TD >
420С
является
причиной смерти теплокровных. В других органах денатурация белковых цепей, по-видимому, происходит при более высоких температурах. Так, температура работы печени человека составляет
420 С . Обычная температура тела африканского буйвола оказывается еще выше, 450 С . Однако, в процессе эволюции этого животного у него возник специфический «аппарат» понижения температуры крови, питающей мозговую ткань. Этот «аппарат» охлаждения расположен в окрестности носо-горловой полости и соединен с нею. В результате его действия, кровь, питающая мозговую ткань, охлаждается до
температуры 36.60 С .
Температура гибели большинства птиц также выше, чем у млекопитающих. Она достигает
(43 - 45)0 С. Объяснение этого феномена с физической точки зрения также не представляет больших затруднений. С одной стороны, у птиц может быть природный «аппарат» охлаждения крови, питающий мозг. А с другой стороны, температура денатурации белковых цепей в мозговой ткани может изменяться вследствие изменения уровня pH в клеточном био-растворе. В свою очередь, другое значение pH естественно устанавливается при систематическом употреблении пищи с другой концентрацией солей, чем в рационе млекопитающих и человека. Этот вопрос нуждается в дальнейшем основательном исследовании.
Кратко затронем еще одну тесно связанную проблему. Разрушение пространственной структуры
воды при Т ~ ТН приводит также к изменению характера движения ионов в воде (см. [18]) и, по-видимому, приводит к уменьшению растворимости кислорода. Вследствие этого общее ухудшение состояния организма при повышении температуры будет ослоняться.
ВЫВОДЫ
В этой статье главное внимание было уделено тем особенностям теплового движения молекул в чистой воде, а также водных растворах, которые характерны для температурного интервала жизни теплокровных животных, т.е. для 300К <Т<315К.
Показано, что характер теплового движения в воде испытывает существенные изменения при температуре ТН ~ (315 ± 3) К, которая
интерпретируется как температура динамического фазового перехода. При Т > ТН происходит
1) распад пространственно-упорядоченной сетки водородных связей на ансамбль слабо взаимодействующих короткоживущих линейных кластеров:
в первую очередь димеров, тримеров, тетрамеров и т.д.;
2) кристалло-подобный характер теплового движения молекул воды переходит в аргоноподобный.
Температуру ТН динамического фазового перехода можно рассматривать также как максимальную температуру образования гексагональных колец в жидкой воде.
Основываясь на этих фактах, верхний температурный предел смерти теплокровных организмов интерпретируется как температура, при которой внутриклеточная вода подвергается динамическому фазовому переходу, т.е. характер теплового движения изменяется от
кристаллоподобного к аргоноподобному. В соответствии с этим динамический фазовый переход рассматривается как необходимое условие для денатурации белка внутри клетки. Это обстоятельство не до конца учтено при стандартных подходах [21,22].
В тяжелой воде динамический фазовый переход не происходит. Казалось бы, что введение тяжелой воды внутрь клетки могло бы предотвращать слишком раннюю температуру смерти теплокровных. Однако, в этом случае нормальное функционирование белков затрудняется тем, что колебательные частоты дейтоновых связей заметно отличаются от частот колебаний водородных связей между фрагментами белковых молекул. Тем самым происходит расстраивание механизмов энергообмена. В связи с этой проблемой, можно поставить вопрос о синтезе белков в которой Н - связи замещены Б - связями.
Изменение пространственного упорядочения сетки водородных связей при Т ~ ТН порождает еще одну важную проблему. В объемной фазе внутриклеточной воды будет происходить уменьшение подвижности
ионов определенного типа (см. [18]) и растворимости кислорода. Вследствие этого общее ухудшение состояния организма при повышении температуры будет осложняться кислородным голоданием мозга и понижением его регуляторной функции. Это
обстоятельство требует специального изучения.
Литература
1. Булавин Л. А., Маломуж Н.П., Панкратов К.М.
Особенности самодиффузии в воде// ЖСХ.- 200б. -Т.47, № 3. - С.554 - 5б4.
2. Булавин Л.А., Маломуж Н.П., Панкратов К.М.
Характер теплового движения молекул воды согласно экспериментальным данным по квазиупругому
некогерентному рассеянию медленных нейтронов// ЖСХ- 200б. - т.47, № 1,с. 52 - 59.
3. Bulavin L.A., Lokotosh T.V., Malomuzh N.P. Role of the collective self-diffusion in water and other liquids // JML. -2008. - Vol. 137. - P. 1-24.
4. Teixeira J.; Bellissent-Funel M.C., Chen. S.H.; Dianoux A.J. Experimental determination of the nature of diffusive motions of water molecules at low temperatures // Phys. Rev. A. - 1985. - Vol. 31. - P.1913-1917.
5. Blanckenhagen P., Bunsenges B. Intermolecular vibrations and diffusion in water investigated by scattering of cold neutrons // Phys.Chem. - 1972. - Vol. 7б. - P. 891-903.
6. Булавін Л.А., Гаврюшенко Д.А., Сисоєв В.М.
Молекулярна фізика. - Київ, Вид. КНУ, 2008.
7. CRS Handbook of Chemistry and Physics: a ready-
reference book of chemical and physical data. б7* ed/Ed.-in-chief West, R.C.; Boca Raton: CRS Press, 199б.
8. Data from NIST Standard Reference Database, June 2005,
б9, Release: NIST Chemistry WebBook
(http://webbook.nist.gov/chemistry/fluid/).
9. Linstrom P.J., Mallard W.G. Eds. NIST Chemistry
WebBook, NIST Standard Reference Database Number б9. National Institute of Standards and Technology.
Gaithersburg MD, 20899, http://webbook.nist.gov, (retrieved January 21, 2009).
10. Маломуж Н.П., Олейник А.В. Природа кинематической сдвиговой вязкости воды // ЖСХ- 2008. - T.49, № 6, C.1093 - 1101.
11. Bulavin L.A., NMalomuzh.P., Shakun K.S. How substantial is the role of the H-bond network in water? // UJP - 2005, Vol. 50, № 7. - P. 653 - 658.
12. Bulavin L.A.; Fisenko A.I., Malomuzh N.P. Surprising properties of the kinematic shear viscosity of water // CPL.
- 2008. - Vol. 453. - P. 183-187.
13. Vargaftik N.B. Handbook of Thermo-Conductivity of Liquids and Gases; CRC Press, 1990.
14. Stewart B.R.; Jacobsen R.T. Thermodynamic properties of argon from the triple point to 1200 K with pressures to 1000 Mpa. // J. Phys. Chem. Ref. Data. - 1989. - Vol. 18. -P. 639-798.
15. Adamenko 1.1.; Zelinsky S. A.; Korolovich V.V.
Thermodynamic Properties of Glycerol-Water Solution. // Ukr. J. Phys. - 2007. - Vol. 52. - P. 855-859.
16. Bulavin L.A.; Malomuzh N.P. Upper temperature limit for the existence of living matter // JML (Letter to the Editor) .
- 2006. - Vol.124. - P. 136.
17. Fisenko A.I.; Malomuzh N.P. The role of the H-bond network in the creation of the life-giving properties of water // Chem. Phys. - 2008. - Vol.345. - P. 164-172.
18. Fisenko A.I., Malomuzh N.P. To what extent is water responsible for the maintenance of the life for warmblooded organisms // Int.J.Mol.Sc. - 2009. - Vol. 10.
- P. 2383-2411
19. Pimentel G.C., McClellan A.L. Hydrogen Bond; W.H. Freeman: San Francisco, 1960.
20. Green N.P.O., Stout G.W., Taylor D.J. Biological Science1 and 2. 3th edition; Cambridge University Press, 1997.
21. Zubay G.L.; Parson W.W.; Vance D.E. Principles of Biochemistry: Energy, Proteins, Catalysis Mcgraw-Hill College Division, 1995.
22. Jackson M. B. Molecular and Cellular Biophysics; Cambridge University Press, 2006.
ВОДА ЯК НАЙВАЖЛИВІШИЙ КОМПОНЕНТ ПІДТРИМКИ ЖИТТЯ ТЕПЛОКРОВНИХ ОРГАНІЗМІВ Булавін Л.А., Маломуж Н.П.
У роботі наводяться вагомі аргументи щодо існування в воді динамічного фазового переходу при температурі 42оС. При цій температурі відбувається суттєва зміна характеру теплового руху молекул води, що проявляється в особливостях квазіупругого некогерентного розсіювання теплових нейтронів, поведінці ізотермічної стисливості, діаметра кривої ентропія-температура при співіснуванні пароподібної і рідкої фаз, зсувної в'язкості і інших властивостей. Передбачається, що динамічний фазової перехід відбувається також у внутрішньоклітинної води, де він стимулює денатурацію білкових ланцюгів і смерть теплокровних організмів.
Ключові слова: некогерентне розсіювання теплових нейтронів, діаметр кривої співіснування води в термінах ентропія-температура.
WATER AS THE MOST IMPORTANT COMPONENT FOR THE MAINTENANCE OF THE LIFE FOR WARM BLOODED ORGANISMS
Bulavin L.A.,, Malomuzh N.P.
Weighty arguments about the existence of the dynamic phase transition in water at TH ~ 420 C are given in the work. The essential change of the character of the thermal motion takes place at this temperature. This phenomenon is manifested in peculiarities of the quasi-elastic incoherent neutron scattering, as well as in the behavior of the isothermal compressibility, the diameter of entropy-temperature curve for the vapor-liquid coexistence, shear viscosity and other properties. It is proposed that the dynamic phase transition takes also place in the intracellular water, where it stimulates the denaturation of protein chains and the death of warm-blooded organisms.
Key words: incoherent scattering of slow neutrons, diameter of the coexistence curve in terms entropy-temperature.
