Élni vagy létezni? – 17. Felhők a horizonton

Élni vagy létezni?

  1. Felhők a horizonton

 

Szent-Györgyi Albert, a már idézett, 1960-ban írt tanulmányában arra a következtetésre jutott tehát, hogy az élet lényegi kérdéseinek megértéséhez egy egész dimenzió hiányzik a gondolkodásunkból. A problémák átlátásában ez a hiány akadályoz meg bennünket.

Körvonalazta is a hiányzó dimenziót.

„A szerzőben nincs semmi kétség afelől, hogy tulajdonképpen melyik ez a hiányzó dimenzió. A történet egyszerű és logikus. A biokémia a múlt század végén indult virágzásnak. Abban az időben az anyagról azt gondolták, hogy nagyon kicsi, oszthatatlan egységekből, az atomokból épül fel. A molekulák ezekből az atomokból állnak össze.

Körülbelül 90 különböző atomfajta volt, amelyeket különböző betűkkel jelöltek, míg kapcsolódásaik jelölésére vonalak szolgáltak. Nem vitás, hogy ez a “betű és vonás”-nyelv az emberi elme legnagyobb teljesítményei közé sorolható, és ez tette lehetővé a biokémia valamennyi bámulatba ejtő sikerét.

Ha átfutjuk a fent felsorolt problémák jegyzékét, rájövünk, hogy azok a problémák, amelyekkel a biokémia sikeresen megbirkózott, szerkezeti problémák voltak vagy olyan egyszerűbb reakciókban végbemenő szerkezetváltozások, amelyeket homogén oldatokban legtöbbször megismételhettek, és betűk és vonalak segítségével kifejezhettek, megválaszolhattak.

A megválaszolatlanul maradt problémák viszont a komplex rendszerek működésének a problémái voltak, amelyeket nem fejezhettek ki ezen a nyelven. Hogyan is lehetne ezekkel a kifejezésekkel leírni egy olyan reakciót, amilyen az izomösszehúzódás, amelynek a fő terméke nem valamely anyag, hanem a munka?”

Ahhoz, hogy a komplex rendszerek működéséről fogalmat alkossunk, feltétlenül látnunk kell e bonyolult mechanizmusok néhány alapvető sajátosságát. Mindenekelőtt azt, hogy igen nagy számú reakció zajlik bennük, térben és időben szabályozott lefutással. Az élő rendszerekre jellemző körfolyamatok sajátossága, hogy az A reakció végterméke a B reakció kiinduló alapanyaga. Következésképpen, a B reakció nem tud elindulni mindaddig, amíg az A reakció végbe nem megy, s kémiai végtermékét át nem adja a folytatás kezdéséhez. Amennyiben a reakciósor végső termékének megjelenése teljesülési időponthoz kötött folyamat, vagyis csak a megfelelő időben megjelenő késztermék képvisel valós eredményt, különös fontosságra tesz szert az átalakulások tér-és időbeni szervezettsége.

Gondoljunk csak egy ódivatú vasúti menetrendre! Ha egy vágánypáros vonalon, több átszállással tudjuk célunkat elérni, az átszálló-pontok között elszenvedett késedelem a sor végén akár meg is hiúsíthatja eredeti célunk elérését. Általában ugyanis nem azért utazunk, hogy éppen csak ne maradjunk otthon – úti célunk van, melynek realizálásában maga a helyváltoztatás csak egy eszköz. Tegyük fel, hogy egy értekezletre sietünk, ahol fontos beszámolót tárunk az egybegyűltek elé. A végcél szempontjából mindegy, hogy hány átszállással, vagy milyen szerelvényeken haladunk tovább, a lényeg az, hogy a kezdés időpontjára a helyszínen legyünk.

Ahogyan a vonatnak időre van szüksége, hogy az adott szakasz közötti távolságot megtegye, úgy a kémiai reakciók is időigényes történések. A reakciósebesség, adott körülmények között, véges. A megelőző szakaszokon elszenvedett időveszteséget nem képes tehát az élő rendszer a következő etapok gyorsaságának növelésével kompenzálni. Az átszállások között elszenvedett késések tehát jószerével kumulálódnak. Akkor, amikor az értekezlet résztvevői már szétszéledtek, hiába érkezünk meg a végállomásra. A rendezvény örökre elmarad.

Az élő szervezetek határidős működését legkönnyebben az oxigén transzportján keresztül érthetjük meg. Az új adagnyi élenynek csak annyi ideje adatik a felhasználás területére érni, míg a hiányában bekövetkező fulladásos halál be nem áll. Utána már teljesen céltalan az érkezése.

Az élő rendszerek kémiai folyamatai hierarchikus sorrendben zajlanak, a prioritás elve érvényesül közöttük. Ez azt jelenti, hogy az élő állapot fenntartásának szempontjából leginkább kritikus történéseket tartja legtovább üzemben az élő rendszer, illetve egy esetleges sokkos, dezorganizált állapotból visszatérve, ezeket indítja be legkorábban. Nincs ezen mit csodálkoznunk, hisz ezekre épül a többi, az élő állapot fenntartásának szempontjából kevésbé kritikus folyamat.

Szent-Györgyi Albert idézetére fókuszálva: ha egy folyamatsor végterméke valamely munka elvégzése, a folyamat reális értékelését a munkavégzést kivitelező rendszer-elemek viselkedésének vizsgálatával tudjuk korrekt módon elvégezni. Mondjuk, az elektron-transzport feltérképezésével. Ők az utasok, akik értekezni sietnek. Minden más, a reakciósorban részt vevő anyag, vegyület, csak a vonat, melynek ugyan szerepe van a végső cél elérésében, de maga nem vesz részt abban.

Valamikor, a kilencvenes évek végén azt a feladatot kaptam a munkahelyemen, hogy készítsem el a gyártóüzem következő évi tervét. Naturáliákban is, pénzügyileg is. A természetes mennyiségek tervezése nem is okozott semmiféle problémát – ismertem a szerződött kibocsátást, a korábbi évek adatai jó támpontot adtak az alkalmi vevők forgalmának megbecsülésére. A pénzügyi terv elkészítése viszont már fogósabb volt. Az üzem több részlegből állt, s a részlegek egymásnak is adtak át félkész termékeket, vagy végeztek szolgáltatást. (Csakúgy, mint az élő endszer folyamatai.) Gyorsan rájöttem, hogy funkcionális és közgazdasági alapon nem kezelhetem ezeket egyenrangú pályaszakaszok módjára, mert az zárt ciklusú, öngerjesztő számtani hurkokhoz, kibogozhatatlan eredményekhez vezetne.

Találnom kellett egy tervezési null-pontot, amelyre hierarchikusan felépíthettem a teljes üzemet, mint működő, munkavégző rendszert. Úgy döntöttem, az energiaszolgáltató részleget teszem meg a tervezés alfa-pontjává. Ez volt az a szervezeti egység, mely minden más egységnek szolgáltatott, de egyiktől sem vett át semmit. Ennek a terv szerinti költség-adataira építve már „bug” nélkül meg lehetett szerkeszteni a teljes termelő rendszer pénzügyi és közgazdasági tervét.

Az élő rendszerekkel kapcsolatosan tudjuk, hogy azok nem állítanak elő rendszerhatáraikon belül energiát. Bármi is legyen az erőforrásuk, energia-igényük fedezetét a külvilágból szerzik meg, szervezetükön belül mindössze átalakítják (felszabadítják, felhasználják, raktározzék, újra felszabadítják) azt. Az energia-forgalom hosszú távú, sematikus váza tehát úgy néz ki, hogy a környezetből szerzett szabadenergia munkavégzéssé alakul át az adott organizmusban, így hozva létre az élet jelenségeit. (A test anyagában konzervált energia a halál után szabadul fel, általában egy másik organizmus tevékenységében, s akkor alakul át életjelenségekben megnyilvánuló munkavégzéssé.)

Ha az élet meghatározó, leglényegesebb folyamatait meg akarjuk érteni, úgy gondolom, az energia átalakulását jelző megnyilvánulások útját kell szemmel kísérnünk. Fizikai-kémiai tapasztalataink azt sugallják, hogy ez az energia-átalakulás vélhetően elektronhoz kötött változásban ölt testet.

Mit mondott erről Szent-Györgyi Albert?

„A mai biokémiának a nyelve még mindig a betűk és vonalak nyelve, s ez azt jelenti, hogy ez a tudomány még ugyanabban a molekuláris dimenzióban mozog, amelyben születése idején, a múlt században mozgott.

De azóta a biokémia szülőtudománya, a kémia, szövetséget kötött a fizikával és matematikával, átcsapott egy új dimenzióba, az elektronok szubmolekuláris vagy szubatomos dimenziójába, abba a dimenzióba, amelyben a történéseket nem lehet többé a klasszikus kémia kifejezéseivel leírni, amelynek a törvényeit a kvantum- vagy hullámmechanika törvényei uralják.

Ha az új tudomány szemüvegén át nézzük az atomot, akkor többé nem oszthatatlan egység, hanem egy magból és az ezt körülvevő változó és fantasztikus alakú elektronfelhőből áll, és valószínűnek látszik, hogy az élet bonyolultabb jelenségeit az elektronfelhők változó alakja és eloszlása hozza létre.”

Mint azt már több tételsoron megállapítottuk, az élettani reakciók kémiai reakció-sorok. A kémiai reakciók jellemzője, hogy az ún. vegyértékhéjon zajlanak, tehát a bennük részt vevő atomoknak csak a külső elektronhéját érintik. Köztudomású, hogy kémiai megoldással azért nem lehet, mondjuk, az ólomból aranyat előállítani, mert az eljárások csak a vegyérték-elektronhéjra gyakorolnak hatást, az atommagot semmilyen körülmények között nem érintik, abban változást nem indukálnak.

Én azt gondolom, ebből következik az is, hogy élettani szempontból a bonyolult szerves vegyületeket alkotó elemek (atomok) tulajdonságai igazából addig érdekelhetnek minket, amíg hatással vannak a felépített molekula elektronfelhőjének kialakítására. Az igazán érdekes kérdések tehát azok, hogy az adott atom önmagában, illetve más atomokkal alkotott vegyületében milyen hatással van a közösen kialakított elektron-burok méretére, formájára, polaritására. A kémiai (s ezáltal az élettani) reakciók megvalósulásának lehetősége alapvetően az egymással találkozó felhők tulajdonságaitól függ, s kizárólag azok (átmenetileg) közös térbeli kiterjedésében valósul meg. A reakció végbemenetele után merőben új tulajdonságú elektronfelhők távolodnak el egymástól, melyek kölcsönösen elveszítették a másik iránti érdeklődésüket, nem mutatnak kémiai affinitást egymás irányába.

A disszimilatív anyagcserében (különös tekintettel az oxidatív foszforilációra) a kiinduló anyagok szabadenergia-tartalma minden ilyen találkozásnál csökken. Mivel az energia-átalakítás több lépcsős folyamat, egy-egy reakció nem jár olyan látványos változásokkal, mint például a rőzse elégése. Általában nem tapasztalunk erős fény- és hőhatást, de tudnunk kell, hogy az induló és a záró állapot közötti különbség pontosan ugyanannyi, mintha tűzön égettük volna el az energiahordozó molekulát.

Azt írtam, hogy ezek a változások általában nem járnak erős fényjelenséggel. Kivételek azért vannak. Például a szentjánosbogár. A legismertebb, bár nem az egyetlen élőlény mifelénk, mely képes a biolumineszcencia néven ismert fénykibocsátásra. A pigmentjében található luciferin, a bontására szakosodott luciferáz hatására oxidálódik, s létrehozza a fény kibocsátását. A dolog különlegessége, hogy a luciferin-luciferáz keverékének kémiai rendszere csak élő organizmus jelenlétében mutatja a reakciót. Mégpedig azért, mert a kémiai hatás kiváltásához ATP-molekulára van szükség!

A reakció beindításához szükség van az ATP-re, mert a 2 foszfát-gyök hidrolízise után fennmaradó AMP és a luciferin komplex vegyülete, a lucierin-adenilát képes oxi-luciferinné oxidálódni, fény kibocsátása közben. Az ATP szükségességét az élelmiszeriparban is felhasználják, a csírák jelenlétének vizsgálatára. A luciferin-liciferáz keverék ugyanis csak akkor kezd világítani a kezelt felületen, ha ott élő organizmusok vannak jelen.

Napnál világosabb, hogy a reakció azért jár foton-kibocsátással, mert az érintett elektron(ok) szabadenergia-tartalma egy lépcsőben szabadul fel. Következésképpen a valamikori fotoszintézis (melynek során az érintett elektron eredendően a magasabb energiájú pályára lépett) tükörképét tisztelhetjük ebben az energia-átalakításban.

A jelenség egy érdekes hittörténeti kérdést vet fel. Látjuk ugyanis, hogy léteznek élő organizmusok, melyek pigmentje tartalmaz olyan vegyületeket, melyek képesek a biolumineszcencia kivitelezésére. Bizonyosak lehetünk-e abban, hogy a történelem folyamán kizárólag ezek az egyszerűbb szervezetek bírtak a jelenség kivitelezéséhez szükséges tulajdonságokkal?

Ha elfogadjuk annak lehetőségét, hogy  luciferin vagy más, biolumineszcenciára alkalmas vegyület(ek) esetleg emberi pigmentben is előfordulhattak, egészen érdekes következtetésre jutunk a szentképek glóriáját illetően. Már nem is állíthatjuk olyan biztosan, hogy a képalkotó művész túlzása, netán káprázata hívta volna létre azokat. Biológiailag nem kizárt a glória felépítése belső forrásokból.

A különböző, reakcióban részt vevő elektronfelhők szabadenergia-szintjének átalakulásáról, kiegyenlítődéséről, plasztikusan szemlélve azokat, elmondhatjuk, hogy nagyjából úgy mennek végbe, mint az égbolt felhőinél az megtapasztalható. A kevesebb energia-áttételeződéssel járó kiegyenlítődéseknél csak morog az ég, a nagyoknál már van dörgés-villámlás is, komplett égiháború…

„A biokémia nem követte szülőtudományát, a kémiát ebbe az új atom alatti dimenzióba, amelyben pedig valószínűleg megtalálható a szövevényes biológiai működések megértésének a kulcsa.”

A Szent-Györgyi Albert által leírtakon túlmenően, a megértést minden bizonnyal nehezíti statikus szemlélődésünk is. Amikor felvázoljuk a körfolyamatok ábráit, s hümmögve követjük a szerkezeti változás lépéseit, eszünkbe sem jut, hogy ez a komótosság egyáltalán nem megengedett egy élő rendszerben. Induljunk ki az ATP-szintézisnél kiszámított alapesetből: szervezetünk minden egyes sejtjének másodpercenként 40.000 energiahordozó molekulát kell felépítenie, hogy a nyugalmi körülmények között egyáltalán biztosítsa az élet fenntartásának energia-igényét. Ha azt vélelmezzük, hogy az „akkumulátor-molekulát” előállító ciklus minden lépése, a reakció-időket figyelembe véve, 1 másodperc alatt végbemegy, arra a következtésre jutunk, hogy minden sejtben 40.000 jól működő egységnek kell dolgoznia, a sejthalál elkerülése érdekében. Ezeket a köröket feszesen ki kell, hogy szolgálják a segédkörök: az alap- és segédanyagok helyre szállításával, a késztermék és a salakanyagok elszállításával. A segédkörök késedelme, hibás működése visszahat a főkör „termelésére” – lassítja, szélsőséges esetben le is állítja azt.

Az ATP-termelés 40 ezres frekvenciája azt mutatja, hogy a folyamat inkább hasonlít egy rezgő, mint egy komótosan forgó rendszerhez. A folyamatok nagy száma és gyors időbeli lefutása szinte lehetetlenné teszi az egy szálon történő értelmezést. Arról nem is beszélve, hogy a lokalizált, helyhez kötött beavatkozás esélyét teljesen ki is zárja. Nincs műszer, nincs módszer, amivel a biokémiai körökbe, a változtatás szándékával, be tudnánk lépni.

Ehhez még figyelembe kell vennünk azt is, hogy az integrált rendszerek organikus működése merőben új tulajdonságokat kölcsönöz az egésznek, mely minőségek nem vezethetőek le sematikusan a részekből.

„Ha egy csomó atom szabályos és szorosan összezsúfolt rendszert alkot, akkor új tulajdonságok jelenhetnek meg.

Ha például nagyszámú réz- vagy vasatom meghatározott rendben kerül össze, akkor e rendszerben elektromos vezetőképesség jöhet létre, amely az egyes egységek hullámmechanikai tulajdonságai közötti kölcsönhatás következtében fellépő sajátosság. Még a makromolekulák esetében is kialakulhatnak szilárd állapotra jellemző tulajdonságok.

Tehát azért, hogy a biológia központi problémáit megközelítsük, gondolkodásunkat két ellentétes irányban, mind a szub-, mind pedig a szupra-molekuláris szint felé ki kell terjesztenünk. Ez a két szint bizonyos szempontból azonos egymással, minthogy a szupramolekuláris tulajdonságok csak a szubmolekuláris tényezők közös hatásának az eredményei, és ez az “organizáltság” új példáját szolgáltatja.”

A felhők tulajdonságinak ismerete közelebb visz minket a megértéshez tehát, bár a „direkt” beavatkozás lehetőségét még nem adja meg számunkra. Az életet fenntartó reakciók kivitelezéséhez szükséges elektronfelhők formáját és kémiai jellemzőit a molekula belső és a környezet külső tulajdonságai alakítják ki.

Mi, a magunk szegényes eszköztárával egyet tehetünk, hogy a kívánt, jó irányba tereljük ezt a nagy frekvenciás kémiai működést: a cél-organizmus részére biztosítjuk a molekula-szerkezetek és a belső környezet paramétereinek kialakításához szükséges esszenciális anyagokat.

Azt gondolnánk, ez pofon-egyszerű feladat. Csak táplálni kell az organizmust, a többi megy magától.

Táplálni kell, az biztos. De mivel? Mi az az anyagi minőség, mi az az összetétel, mely a sejtek szintjén is biztosítani képes az elektronfelhők elvárt, barátságos úszkálását?

Mert, ugye az ördög mindig a részletekben rejlik…

Kucsora István

Minden vélemény számít!

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.

A következő HTML tag-ek és tulajdonságok használata engedélyezett: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>