Amiinid

Meedias levib pidevalt igasugu paanikauudiseid, mille üle seisukohavõtt nõuab tihti rohkem kui hästi arenenud emotsionaalset intelligentsust. Selles postituses annan silmaringi laiendamiseks edasi üsna neutraalse kirjelduse teatud lämmastikku sisaldavatest ühenditest, mille leidumine looduses on väga laialdane ja kasutusvaldkond määramatult suur. Aja ja huvi olemasolul võib Värske Aju mini-keemiatunde korraldada ka tulevikus.

Amiinid on nii looduses kui keemiatööstuses laialt levinud ebameeldiva lõhnaga, kergesti lenduvad, vees lahustuvad ja inimesele mürgised lämmastiku(N)ühendid. Keemiliselt on tegemist ammoniaagi (NH3) derivaatidega. Sõltuvalt asendatud vesinike arvust jaotatakse amiine primaarseteks (orgaanilise asendusrühmaga on asendatud üks vesiniku aatom), sekundaarseteks (asendatud on kaks H+ aatomit) ja tertsiaarseteks (asendatud on kolm H+ aatomit) amiinideks.

amiin
R1, R2 ja R3 tähistavad võimalikke asendusrühmi, R võib olla niisiis nii üksik vesiniku aatom kui ka keeruline süsinikuühend. Kaks täpikest lämmastiku (N) kohal tähistavad aga elektronpaari, mis sidemeid ei loo (lämmastikul on väliskihis 5 elektroni, millest kovalentseid sidemeid moodustavad 3).

Benseenituumaga (fenüülrühmaga) seotud amiine nimetatakse arüülamiinideks (nt. aniliin). Keemiliste omaduste poolest on amiinid aluseliste omadustega, kuna nukleofiilsusstenter  asub lämmastiku kohal (st. et lämmastik tõmbab elektrone veidi enda poole ja tal on kergelt negatiivne laeng).

Looduses on amiinid laialt levinud. Organismides tekivad amiinid näiteks aminohapete lagunemisel (nt. kõigile tuttav kalahais on trimetüülamiin). Amiine leidub rohkelt ka taimedes, sarnaselt loomadega tekivad amiinid taimedes aminohapete lagunemisel, aga mitte ainult. Nt. alkaloidide alla kuuluv meskaliin on samuti keemilises mõttes amiin; meskaliin on tugev hallutsinogeen, mis esineb paljudes kaktuseliste hulka kuuluvates taimedes.

 

trimetüülamiin
trimetüülamiin on tertsiaalne amiin, millel on kalahais.

Meie toidulaual on amiiniderohked näiteks avokaadod, banaanid, sidrunid ja ananassid; köögiviljadest spinat ja hapukapsas; liharoogadest eriti kalatoidud, aga ka veisemaks; kõik kõvemad (vanemad) juustud; tume šokolaad ja ka näiteks vein.

Lisaks sellele on ka paljud närvisüsteemi signaalmolekulid amiinid, näiteks stressihormoon adrenaliin (korrektsemalt epinefriin), „õnnehormoon“ dopamiin, toitu reguleeriv serotoniin; neurotransmitter histamiin jt.   Heterotsüklilisi amiine, mis on pärilikkusaine (DNA ja RNA) ehitusblokkideks nimetatakse ka alusteks (bases).

karamell vähjad
Asovärvide kasutamist toiduainetest on hakatud järjest enam piirama. Mõnedes riikides on keelatud kõik asovärvid, paljudes ainult osad ning ülejäänutes, nagu ka Eestis, on nõue, et asovärve puudutav tarbijainfo on pakendilt leitav.

Amiine kasutatakse asoühendite (nt. asovärvide) sünteesis. Asoühendid sisaldavad R-N=N-R rühma, kus R võib olla kas alküül või arüülrühm, ühtlasi võib öelda, et asoühendid on dimiinide derivaadid. Asovärvide puhul on kahe lämmastikuga seotud reeglina aromaatsed tuuma. EL- s on lubatud kasutada toidus 12 erinevat asovärvi, kuid osade puhul (E110, E104, E122, E129, E102 või E124) tuleb lisada hoiatus asovärvide võimaliku kahjuliku mõju osas laste aktiivsusele ja tähelepanuvõimele. Mõned Euroopa Liidu riigid on kehtestanud ka rangemad piirangud (Leedus üldse keelatud).  Tuntumad asovärvid  on näiteks Tartrasiin (E102) – kollane või punakas värvaine, mida kasutatakse näiteks karastusjookides, puuviljakonservides, maiustustes ning ravimikapslites. Võib põhjustada nõgeslöövet ja allergilist nohu. Väidetavalt võib põhjustada lastel ärrituvust, keskendumishäireid ja hüperaktiivsust. Kinoliinkollast (E104) kasutatakse magustoitudes, kommides, jogurtites. Allergilist reaktsiooni (lööve, seedehäired) esineb eriti aspiriini mittetaluvatel inimestel. Asorubiin ehk karmoisiin (E122) on punane värv, mida kasutatakse karastusjookides ja maiustustes. Amaranti (E123), punakaspruuni värvi, kasutatakse maiustustes, moosides, kondiitritoodetes. Briljantmusta (E151) kasutatakse maiustustes, kastmetes jm. Nimekiri läheb edasi ja edasi.

Maagaasist ning heitgaasidest sulfiidhappe ja süsihappegaasi tööstuslikuks väljapuhastamiseks kasutatakse erinevaid amiine. Kuna amiinid absorbeerivad hõlpsasti nii H2S kui CO2 on neil potentsiaal ka tulevikutehnoloogiates kasvuhoonegaaside vähendamiseks. Erinevatel amiinidel on mainitud ainete suhtes küllaltki erinevad afiinsused, kuid õiges segus saavutatakse üsna kõrge efektiivsus. Puhastusprotsessides kasutatavad gaasid on veeldunud monoetanolamiin (MEA), diglükoolamiin (DGA), dietanolamiin (DEA), di-isopropanolamiin (DIPA), heksametüleendiamiin (HMDA), N-metüüldietanoolamiin (MDEA), ja metüüldietanolamiin (MDEA).

histamiin
Antihistamiini kasutatakse allergiliste reaktsioonide ravil. Lähemalt vaata lingist!

Kuna paljud neurotransmitterid on, nagu eelpool mainitud, amiinid, siis on ka paljud ravimid sarnaste molekulidega. Näiteks hariliku külmetuse puhul käsimüügis levitavate ravimite üheks levinud koostisosaks on antihistamiin (kloorfeniramiin), mis aitab allergiasümptomite (jooksev nina, silmade vesisus, sügelus) vastu. Kloorpromasiin on rahusti, mis ei kutsu esile unisust (ärevuse ja vaimuhaiguste ravis), kuid surub maha muuhulgas ka luulusid, hallutsinatsioone ja sundmõtteid. Osad amiinid on algselt olnud kasutusel ravimitena, kuid hiljem kantud keelatud ainete nimekirja oma tugeva narkootilise toime tõttu (sõltuvust tekitavad), nt. amfetamiin, metamfetamiin jt.

Lisaks kuuluvad amiinide hulka ka antidepressandid (nortriptüliin, lofepramiin, imipramiin jt). Dieeditooted nt. jõutreeninguga tegelevate inimeste hulgas kultuslikku imagot omav efedriin, mida on kasutatud ka traditsioonilistes külmetusevastastes ravimites.  Amiine on kasutatud ka koht-tuimestuse tegemiseks ning näiteks potentsiravimis Viagara.

Amiine kasutatakse ka kummi tootmise protsessis vulkaniseerimise (kõvendamise) kiirendamiseks. Varasemalt on kasutatud N-nitrosoamiine, millel on kõrged terviseriskid, nüüd katsetatakse ka nn ohutute amiinidega (näiteks sulfiidamiinidega). Nii primaarsed-, sekundaarsed kui ka tertsiaarsed amiinid võivad kuuluda näiteks juuksevärvide koostisesse. Üldiselt amiinid inimesele juuksevärvide, kosmeetika säilitusainete või muude hooldustoodete sees kahju ei tee, kuid teatud reaktsioonide käigus võivad nad muunduda nitrosoamiinideks, mis on loomkatsetele toetudes teadaolevalt tugevad kantserogeenid.

Amiinide kasutamine erinevatel elualadel on niisiis küllaltki sage. Seetõttu on hinnatud ka erinevate ühendite mõju tervisele. Asovärvid on toidus juba paljudes riikides keelatud, ka gaasipuhastustehastest lekkivad amiinid on väidetavalt kantserogeensed. Eriti tähelepanelik peaks olema nitrosoamiinide suhtes, nende kontsentratsioon välisõhus ei tohiks ületada 0,3 ng/m3. Nitrosoamiinid on ka ilmselt kõige tuntumad toksilised amiinid. Kuni viiekümnendateni ei olnud nitrosoamiinid erilist tähelepanu tõmmanud, kuid siis avastati, et keemilises puhastuses sageli kasutatav aine põhjustab rottidel vähkkasvajaid. 70-ndatel avastati, et nitrosoamiinid võivad tekkida ka näiteks lihale nitritite (säilitusaine) lisamise tagajärjel, seetõttu kasutatakse lihatööstuses askorbiinhapet, mis väldib selle reaktsiooni kulgemist ning ühtlasi nitrosoamiinide teket. Ka tubakatoodete kantserrogeensusest suure osa moodustab just nitrosoamiinide grupp.

Amiine kasutatakse ka CO2 ja H2S eemaldamiseks heitgaasidest.
Amiine kasutatakse ka CO2 ja H2S eemaldamiseks heitgaasidest.

Enamik amiine siiski ohtlikud mutageenid ei ole, vähemalt kui neid otstarbe kohaselt tarvitada (see kehtib üldiselt kõigi ainete kohta maailmas). Kuid arvesse võttes nende aluselisi omadusi, on selge, et suurtes kogustes võivad nad olla söövitavad ning keskkonnas või inimkehas võivad nad moodustada ohtlikke kompleksühendeid, osade amiinide puhul on mürgised juba aurud. Paljusid amiinühendeid pole siiski piisava põhjalikkusega veel uuritud, et öelda, kas nad avaldavad tervisele mingit kahjulikku mõju või millistes kontsentratsioonides peaks nende koguseid keskkonnas hoidma, eriti puudutab see sünergilisi mõjusid ja vähemkasutatavaid või hiljuti avastatud aineid.

DNA
Nagu näha juuresolevalt jooniselt, siis on amiinid  üks järjekordne keemiliste ainete grupp, ilma milleta inimene ka kõige parema tahtmise korral läbi ei saaks. Seda, kas nad mõnes ühendis inimesele või keskkonnale ohtu kujutavad, peab aga analüüsima iga konkreetse juhtumi valguses.

Amiinide kasutamine inimesepoolt nii toiduaine-, kosmeetika-, ehitus- kui ka rasketööstuses on laialdane, samuti on nad asendamatud ained biokeemias – kõikide elusorganismide sees mängivad nad mingisugust rolli. Kuigi nagu iga teise ainega seoses, võib ka amiinide juures välja tuua tervise- ja keskonnariske seoses nende sünteesitud vormide vale kasutamisega, on tegemist siiski asendamatu orgaanilise keemia funktsionaalgrupiga, mille tähtsus ja kasutamise erinevad võimalused on märksa rikkalikumad, kui käesoleva postituse maht võimaldab.

Allikad üldiselt märgitud tekstis, lisaks ka: Solomons, G. T. W., Fryhle, G. B. 2011. Organic Chemistry. 10-th edition International student edition. Kui on soovi vormistatud kohtviidetega tööd saada, siis andke kommentaarides märku!

Ka sel aastal Talveakadeemiale!

TalveAkadeemia_konkursipXev_visuaalimaterjal-03Värske Aju tegi eelmisel aastal väga meeleolukat koostööd Talveakadeemiaga. Mitmed konverentsil osalenud artiklid leidsid tee (veidi populaarteaduslikumal kujul) ka meie blogisse.
Teatame rõõmuga, et samuti läheb ka sellel aastal. Seni kuni ootame artikeldi meie lehele ja Talveakadeemia toimumist, on meil edastada üks kutse Talveakadeemia meeskonnalt.
Talveakadeemia kutsub juba 5. veebruaril kõiki kuulama teaduslike lühiartiklite ettekandeid. Üritus toimub Tallinna Ülikooli aulas algusega kell 10.
Üles astuvad 13 üliõpilast, kes esitasid teadusliku lühiartikli selleaastasele TalveAkadeemia konkursile.
Kõikide ettekannete läbivaks jooneks on seostatus säästva arengu probleemistikuga.Ürituse lõpus autasustatakse parimaid artiklikirjutajaid ning parimate ettekannete
autorid saavad esinemiskutse TalveAkadeemia 2013 konverentsile.

Ühtlasi saab otseülekannet toimuvast vaadata aadressil www.tipikas.tv
Ürituse täpsem kava:
10.00 Avasõnad
10.10 Kuidas taimed tajuvad oma naabreid?     Sirgi Saar
10.30 Koolikohustuse täitmise analüüs ja puudumiste mõjutajad Eesti üldhariduskoolide põhikooli vanema astme näitel    Eneli Põld
10.50 Külvatud turbasamblaliigid, väetised ja turbasammalde külvitihedused – kolme teguri mõju samblakatte taastumisele freesturbaväljal    Anna-Helena Purre
11.10 Jätkusuutliku arengu tagamine ohtlike kaupade transpordilogistika vaatenurgast    Jelizaveta Janno
11.30 Kohvipaus
12.00 Oma varasemast TA konkursikogemusest räägib Kadri Kalle
12.20 Pinnakihi soolsuse gradiendi mõju bioloogiliste koosluste struktuurile Läänemeres    Sirje Sildever
12.40 Cu2ZnSnSe4 defektiuuringud mahtuvusspektroskoopiliste meetoditega    Pille Salu
13.00 Filagriini mutatsiooni C.2282del4 esinemise sagedus täiskasvanute seas eestis ning tubakasuitsu mõju allergiahaiguste avaldumisele    Kairit Kukk
13.20 Lõunapaus
14.00 Haridusfilosoofiliselt õiglane hindamine (üli)koolis    Sven Anderson
14.20 Viinapuude (Vitis) lõikusviiside mõju saagi valmimisele     Anne-Liis Riitsalu
14.40 Töökoormuse vähendamise ja töötasu tõstmise roll Eesti tervishoiusüsteemi jätkusuutlikkuse tagamises    Kaisa Kase
15.00 Histamiin N-metüültransferaasi kodeeriva geeni polümorfismi C314T sagedus täiskasvanud allergikute ja kontrollgrupi hulgas Eestis ja keskkonnategurite mõju allergiahaigustele    Astrid Oras
15.20 Kohvipaus
15.50 Ksüleemimahla kaaliumioonide sisalduse mõju ksüleemi hüdraulilisele juhtivusele kõrgendatud õhuniiskuse tingimustes    Annika Karusion
16.10 Mobiilsete õpivahendite tekitatavad raadiosageduslikud elektromagnetväljad    Tarmo Koppel
16.30 TA konkursist läbi retsensendi pilgu räägib Heidi Soosalu
16.50 Auhindamine

Taimede tujud ja käitumismustrid – “Millega värsked ajud tegelevad?” osa III

Millega ma siis tegelen? Lühidalt: uurin taimede käitumist. Ehk siis minu jaoks on täiesti sisukas lause „See on üks rumal / tark taim“. Tark taim on see, kes reageerib keskkonna erinevustele. Rumal taim on see, kes ei reageeri ehk kasvab katses kõigis töötlustes ühtemoodi, olenemata sellest, kuidas tal (meie arvates) kasulikum oleks kasvada. Ise ma arvan muidugi, et see on üldse kõige põnevam asi, mida siin ülikoolis uuritakse ja mul on vedanud, et ma sellega tegeleda saan.  Minu jaoks on kõige põnevam katse planeerimine (mis on selleks korraks läbi) ja tulemuste analüüsimine (kauge tulevikumuusika – vahepeal peab katse läbi viima ja see võtab mitu kuud).

Pilt minu magistritöö eksperimendist. Poti keskel kasvab taim, kummalgi pool taime on toru. Ühte torusse saab taim kontroll-lahust ja teise mingi muu taime juureeritiste lahust. Pärast puurisime torude alt proovid välja ja vaatasime kuidas juured kasvanud olid.

Mind huvitab kuidas taimed üksteist oma „haisvate jalgade“ järgi ära tunnevad. Täpsemalt uurin ma taime juurte käitumist (morfoloogia muutumist) vastusena teiste taimede olemasolule või juureeritistele. Sellepärast, et juuri on raskem uurida kui maapealseid asju ning seda on üsna vähe tehtud. Miks seda vähe tehtud on? Sest metoodika on keeruline ja töömahukas. Minu peamisteks töövahenditeks on skänner ja programmid, mis aitavad skännitud piltidelt infot lugeda. Enne seda aga – muld, kühvel, kastmisvoolik, segumasin ja kasvuhoone ning rohkem eksperimenti puutuvalt ka vaakumpump, süstlad ja filtrid, mullapuur ning lugematul hulgal erinevaid plastikvidinaid, millest suur osa on valminud minu enda (või töörühmakaaslaste) sõrmede all. Endise laboribioloogina (bakas olin rakubioloogias ja tegin eksperimenti ka) leian, et tegelikult on selline süsteem igati mõnus. Kui arvuti taga nokitsemisest tüdimus peale tuleb, saab kasvuhoonesse kastma minna. Mullaga mäkerdamine ja kontori/laboritöö on ilusti mõlemad esindatud. Võimalik, et laboritööd saab tulevikus küll rohkem olema, kui ma hakkan näiteks mutantsete taimedega tegelema. Laboritöö plussiks on see, et kogused on väikesed – 30 kiloseid mullakotte üldjuhul tassima ei pea. Kasvuhooneeksperimendid on jällegi makroskoopilised, täiesti realistlik on, et tuleb segada näiteks 600 liitrit mullasegu ja pigistada läbi filtri nii palju liitreid vedelikku, et rakubioloogid pungitaksid selliste koguste peale ainult silmi. Paraku suured kogused on vajalikud kuna:

  • Me tahame väita midagi looduses toimuva kohta ja seal on mastaabid suuremad kui nt ühe organismi siseselt.
  • Statistiliselt millegi väitmiseks on vaja palju replikaate.

Üldiselt on minu erialal avastatud juba üsna mitu asja, millest ma saan oma töös lähtuda. Näiteks seda, et juureeritised võivad olla olulised sugulaste äratundmisel [1,2], kuigi vaidlused veel käivad selle üle, mis roll on konkurentsil kõigis neis leitud muutustes [3-5] ja seda üritame ka meie välja selgitada. Lisaks proovime näidata kuidas on toimunud koevolutsioon, ehk reageeritakse erinevalt eri koosluse taimede juureeritistele. Mida me tulevikus avastame või millist kasu sellest võiks olla on hetkel raske prognoosida, kuid huvitavaid teadmisi taimede kohta saab kindlasti. Mida nad oma naabritega küll teevad, kui nad ära tuntakse?

Selline näeb „kontoritöö“ välja. Skänneri vahel on vesi.

 

Viited

  1. Dudley, S. A., & File, A. L. (2007). Kin recognition in an annual plant. Biology letters, 3(4), 435–8. doi:10.1098/rsbl.2007.0232
  2. Biedrzycki, M. L., Jilany, T., Dudley, S. A., & Bais, H. P. (2010). Root exudates mediate kin recognition in plants. Communicative & integrative biology, 3(1), 28–35.
  3. Biedrzycki, M. L., & Bais, H. P. (2010). Kin recognition in plants: a mysterious behaviour unsolved. Journal of experimental botany, 61(15), 4123–8. doi:10.1093/jxb/erq250
  4. Semchenko, M., Zobel, K., & Hutchings, M. J. (2010). To compete or not to compete: an experimental study of interactions between plant species with contrasting root behaviour. Evolutionary Ecology, 24(6), 1433–1445. doi:10.1007/s10682-010-9401-6
  5. Bhatt, M. V, Khandelwal, A., & Dudley, S. a. (2010). Kin recognition, not competitive interactions, predicts root allocation in young Cakile edentula seedling pairs. The New phytologist, 189(4), 1135–42. doi:10.1111/j.1469-8137.2010.03548.x