Равновесие синтетических процессов

Естественно, что эту энергию сначала нужно затратить при образовании буферной системы. Таким образом, обычный рН-буфер является хранилищем свободной энергии, используемой сопряженно с эндэргоническими реакциями. Такая роль буферных систем в биохимии чрезвычайно распространена, настолько широко, что ее обычно не осознают биохимики. Мы еще не раз будем обращать внимание на энергетическую, термодинамическую роль буферных систем в биохимических процессах.
Итак, мы могли бы сдвигать равновесие синтетических процессов в сторону синтеза за счет сопряженного осуществления экзэргонических реакций, а именно, за счет нейтрализации возникающих ионов ионами противоположного знака, накопленными предварительно в соответствующих буферных системах, и фотохимического преобразования энергии поглощенного света. Непосредственное использование энергии света, прямое фотохимическое сопряжение мало совершенны: синтезы могут осуществляться лишь при освещении. А ночью, в ненастье, в тени, в пещерах? Буферные системы более совершенны — они служат хранилищами термодинамического потенциала, расходуемого по мере надобности в любое время. Но тогда главной для нас оказывается проблема создания и наполнения буферных емкостей.
Запасание впрок световой энергии становится основной проблемой совершенствования энергетического обеспечения биохимических процессов. Такое запасание, естественно, может осуществляться лишь посредством накопления фотохимических продуктов.
Накопление рИ-буферных систем при фотохимических преобразованиях энергии является одним из способов запасания энергии на первых этапах биохимической эволюции.
Преобразование энергии фотохимических превращений в свободную энергию ионных, кислотно-щелочных резервов можно осуществить лишь посредством окислительно-восстановительных процессов.
Рассмотрим наиболее вероятный в естественных условиях и простой вид буферной системы — соли угольной кислоты, карбонаты и бикарбонаты. Карбонатно-бикарбонатная смесь служит депо, хранилищем термодинамического потенциала для реакций, сопровождающихся изменением рН. Эта буферная смесь поддерживает рН близким к 8,0. Если реакция сопровождается образованием ионов водорода (например, при добавлении НС1), в буферной системе происходит преобразование карбоната в бикарбонат; если же в реакции образуются гидроксильные ионы (например, при добавлении NaOH), бикарбонат превращается в карбонат:
Na2C03 + Н+ -f CI" -» NaHC03 + NaCl,
NaHC03 -f- Na+ + OH~ -> Na2C03 + Н20.
Попробуем придумать простейший преобразователь энергии света в свободную энергию буферной рН-системы. Я говорю «простейший», имея в виду заведомо добиологический, вероятный для первичного бульона в планетных условиях. Наиболее удобным процессом для указанной цели представляется окислительно-восстановительное превращение железа — восстановление и окисление ионов железа с изменением валентности железа от 3+ до 2+ и обратно. В чем особая привлекательность именно железа? В его распространенности и окрашенности его ионов и их комплексов, т. е. в способности поглощать излучение видимого диапазона, излучение, соответствующее приемлемым для наших целей энергиям. Иными словами, можно не придумывать для начала никаких пигментов: вещество, претерпевающее окислительно-восстановительное превращение, притом минеральное и широко распространенное вещество, само является пигментом, поглощает свет в нужной области спектра. Правда, у минеральных соединений железа есть недостаток—обычно они малорастворимы и легко гидролизуются. Зато железо очень легко образует растворимые комплексные соединения типа красной K3Fe(CN)e и желтой K4Fe(CN)6 кровяных солей.
Но сначала не будем педантично рассматривать химические процессы во всей их сложности. Начнем с раствора треххлорис-того железа и его восстановительного превращения в двухлористое.
Итак, мы располагаем раствором FeCl3 в воде. В том же водном растворе имеется и рН-буферная система, а то, что она необходима, мы сейчас увидим.







Материалы

Яндекс.Метрика