Искусственная система преобразования энергии

Мне представляется интересной эта выдуманная, искусственная неорганическая система преобразования энергии. В ней осуществляются процессы, аналогичные биохимическому фотосинтезу,— разложение воды с образованием кислорода и восстановлением акцепторов водорода. Примечательна ключевая роль перекиси водорода в обеих половинах цикла. Вместе с тем ясно, что стационарная концентрация перекиси водорода и других промежуточных продуктов может быть очень малой. Интересна необходимость четырех квантов света для прохождения половины цикла и восьми квантов для полного цикла. (Любители фотосинтеза должны взволноваться, так как пока никто не знает, почему для современного фотосинтеза необходимо восемь квантов света на элементарный цикл.)
При всем том, я не говорю, что именно так выглядела первичная, исходная в эволюции система преобразования энергии. Приведенное выше лишь служит иллюстрацией хода мысли, иллюстрацией возможности и необходимости сопряжения окислительно-восстановительных и ионных реакций при биохимических преобразованиях энергии. Наименее правдоподобно участие в этом цикле железа в виде его хлористых солей, но вполне вероятны аналогичные циклы для комплексных соединений железа, например, красной кровяной соли и желтой кровяной соли. При полном обороте цикла — четыре молекулы Н20 разлагаются на 4Н+ и 40Н~. Это соответствует изменению энтальпии в системе на АН = 4Х 13 = 42 ккал/моль.
В таком виде этот цикл почти полностью аналогичен современному фотосинтезу: разлагается вода, и образуется восстановительный акцептор водорода. Осталось еще придумать способ сопряженного синтеза АТФ...
Будем считать, что мы убедились в принципиальной возможности запасания энергии света посредством создания буферной рН-системы. Суммарная буферная емкость — это мера количества свободной энергии, которое может накопиться в системе. Запасенная свободная энергия может расходоваться по мере осуществления эндэргонических синтезов. Вполне вероятно, что эта возможность была реализована в ходе эволюции. В процессе естественного отбора возникали специализированные ферменты, катализирующие реакции в циклах, подобных рассмотренному выше. Особую заботу эволюции вызывало, вероятно, совершенствование комплексов железа — отбор таких комплексов, области поглощения которых при изменении валентности железа отличались бы наиболее резко, а также отбор систем биосинтеза пигментов и др.
«Макроэргические» соединения. Фосфорилирование, сопряженное с фотохимическим окислительно-восстановительным процессом. Теперь настало время усомниться в совершенстве запасания свободной энергии в рН-буферных системах. Термодинамически здесь, по-видимому, все в порядке. Но кинетически — отнюдь не все. Изменение рН в некотором смысле аналогично изменению температуры — эти изменения не адресованы какой-либо одной реакции, а сразу многим. Таким образом, путь к совершенствованию есть «векторизация», т. е. переход от безадресно вращения А в В сохранились в связи В~х — стоит разрушить эту связь — образуются свободные В и х и выделится в нашем идеализированном случае та же энергия AF°, что и при непосредственном превращении А в В (11, б). В силу сказанного связь В~х выступает как вместилище свободной энергии процесса превращения А в В, обозначается значком ~ (тильда) и называется макроэргической.
го, статистического подвода энергии к снабжению ею только строго определенных процессов. Механизм такого избирательного энергоснабжения в принципе ясен — он должен основываться на специфических химических взаимодействиях. Запас энергии должен содержаться в химических группах, способных избирательно реагировать с превращаемой молекулой. Потом мы увидим, что этот запас в особых так называемых макроэргических группах также в значительной мере обеспечен запасом свободной энергии в рН-буфере. Пока же посмотрим, что это за группы. Что требуется от таких макроэргических групп? Необходимо, чтобы их отщепление от подлежащей превращению молекулы сопровождалось выделением энергии, обеспечивающей сдвиг равновесия соответствующей реакции в нужную сторону.







Материалы

Яндекс.Метрика