Élni vagy létezni? – 22. „Charger-tranzit”

Élni vagy létezni?

  1. „Charger-tranzit”

 

Mint már Szent-Györgyi Albert megállapította, a fehérjék óriás-molekulái az élet hordozói ugyan, ám az életjelenségeket, vagy, ahogyan ő nevezte: az „élet-tüneteket” mégsem azok produkálják. (azzal együtt, hogy az enzimek aktivitása nélkül nem beszélhetnénk életről.) A professzor sokkal mozgékonyabb, hasznos energia-tartalommal bíró anyagi egységekben kereste az életműködésért felelős részecskéket. Így jutottunk el segítségével az elektronok szerepének átgondolásáig.

Tisztáztuk, hogy a lebontó anyagcserére alapozott élet tulajdonképpen a környezetnél magasabb szabadenergia-tartalommal bíró elektronok irányított” „szabadesése, a mindent kiegyenlítő entrópiáig, energia-különbségük elvesztéséig. Energia-vesztésük valósítja meg azt a munkát, mely az életjelenségeket produkálja.

A továbblépéshez mindenekelőtt azt kell tisztáznunk, milyen anyagi közvetítéssel teszik meg útjukat az elektronok, a lebontó anyagcserében az ATP-ig, illetve az ATP-ből a munkavégzés folyamatában, a nyugalmi állapot eléréséig. (A szabadenergia-tartalom nélküli, végső elhelyezkedésüket, az egyszerűség kedvéért, hívjuk csak nyugalmi állapotnak, függetlenül attól, hogy milyen vegyületbe épülve érik azt el.)

„Charger-tranzitnak”, „töltés-szállításnak” érdemes a jelenséget felfognunk, ugyanis érdekes analógiát mutat az ember által készített elektromos készülékek egy részének működésével. Az első fázis, az ATP-építés fázisa, olyan, mint az akkumulátor feltöltése a hálózatról, a második fázis, az ATP hidrolízise és a tényleges élettani munkavégzés pedig olybá néz ki, mint az akkumulátor töltés-átadása a fogyasztónak. A kívánt munka elvégzésre kerül, az akksi pedig lemerül. Azután kezdődik minden elölről.

Az elektronikához fogható párhuzam már 1983-ban megfogta Marx György fantáziáját is, aki a következőt írta Szent-Györgyi Albertnek Az anyag élő állapota című könyvecskéje utószavában (a magyar kiadáshoz):

„Mindnyájan átéljük, mennyire forradalmasította a technikát, ipart, köznapi életünket a félvezetők (tranzisztorok, integrált áramkörök, mikroprocesszorok) alkalmazása. A bennük tudatosan kiformált elektronszerkezet a villamos áram érzékeny vezérlését, ezáltal az információ hajlékony kezelését teszi lehetővé, ami minden eddiginél magasabb szervezettségű gépek (híradástechnikai eszközök, automaták, komputerek) megteremtésére képesítette az embert.”

Tulajdonképpen mindenben egyetérthetünk a szerzővel. Meglepő viszont, hogy az elektronika és az élet összevetésében tudatosan kiformált elektronszerkezetről beszél. A Teremtés – kontra evolúció-elméletben mi is az alapvető különbség? A Teremtéselmélet egy magasabb szellemiségre (nevezhetjük tudatnak is) vezeti vissza mindennek a gyökerét, abban találja meg a Végső Mozgatót, szemben az evolucionistákkal, akik véletlenekkel, nagy számokkal, esélyekkel játszanak kozmikus rulettet, melyben maga a tudat (emberi) is a vak véletlen eredményeként jött létre. De, ha egy élő rendszerhez képest primitív szerkezet előállításához tudatosan kiformált elektronszerkezet szükséges, akkor ugyanez nem kell a sokkal precízebb rendszer (élet) előállításához?

Azt gondolom, ezzel a kijelentéssel maga Marx György is eldöntötte a kérdés lényegét. Függetlenül attól, hogyan próbálta darwinistára szelídíteni mondanivalóját a folytatásban:

„Jelen könyvében Szent-Györgyi Albert azt a merész kérdést vizsgálja: elképzelhető talán, hogy az élő természet is él ugyanezzel a lehetőséggel? Vajon a legelemibb életfolyamatok megértéséhez is az elektronok kvantummechanika által megértett finom viselkedésére kell figyelnünk?”

Azt gondolom, az élő természet akkor élhet(ett) e felvetett lehetőséggel, ha rá is igaz, amit az emberre vonatkoztatott a szerző. Vagyis: rendelkezik a tudatos formálás képességével. Egyszerűbben szólva: tudattal. Ez esetben viszont az „élő természet” nem más, mint Isten egy költőire sikeredett szinonimája.

Már a sorozat legelején jeleztem, hogy a felvetett témánk értelmezése (élet vagy létezés) meg fogja követelni tőlünk, hogy a megszokás talajáról elrugaszkodjunk kissé. Hogy ne hétköznapi parafrázisokban leragadva próbálkozzunk szellemi rúdugrást végrehajtani. Erre egyébként már Marx György is figyelmeztetett, a könyv megjelenésekor:

„Kérdi ezt a szerző abban a konvenciókat merészen elvető, lényeges kérdéseket nyílt egyszerűségükben megfogalmazó stílusában, amiért Szent-Györgyi Albert minden előadását és könyvét szívesen fogadják. A könyv mélyebb rétegekig nyúl, mint a biokémia szokásos tankönyvei, megértéséhez mégis elegendőek a mai gimnáziumi biológiai, fizikai és kémiai ismeretek. (…)

Nem kevésbé igényes Szent-Györgyi Albert programja sem: az anyag élő állapotának egzakt kvantumfizikai jellemzésére vállalkozik.”

A töltés-tranzit elemzésénél a kezdet kezdetén beleütközünk egy igen komoly problémába. Az élő rendszerekben ugyanis nem találunk az ember által alkotott elektronikára jellemző vezetőket, félvezetőket vagy szigetelőket. Nincsenek köznapi értelemben vett vezetékek, ellenállások vagy kondenzátorok. Normális esetben mégis folyik az áram, s végzi a rá bízott munkát.

Hogyan lehetséges ez?

„Az életszínház főszereplői tehát szükségszerűen az elektronok, a nehézkes, kevéssé reakcióképes fehérjemolekulák pedig a dráma színterét képezik.

Az elektronok csak akkor mozgékonyak, ha vezető közeg van jelen. így jutottam arra a következtetésre, hogy elektromos vezetőül a fehérjék szolgálnak.” – írta Szent-Györgyi Albert az idézett művében.

Először azt hinnénk, hogy valami nyomdahiba történt. A fehérjék, amik alapvetően szénből, oxigénből, hidrogénből, nitrogénből és kénből felépülő óriásmolekulák, viszonylag telített, zárt elektronhéjjal, nem keltik azt a benyomást bennünk, hogy képesek lennének rézdrótként fuvarozni az elektront.

Ha mégsem nyomdahiba az állítás, akkor bizonyos, hogy valami „trükk” áll a dolog hátterében.

A fehérjék, kivont, tisztított állapotukban semmiféle hajlandóságot nem mutatnak a vezetésre. Még félvezetőnek sem tekinthetjük azokat, mivel a vegyértéksávjuk és a vezetési sávjuk olyan távol állanak egymástól, hogy a hő hatására beálló, Braun-féle mozgás nem teszi lehetővé az elektronok számára a két sáv közötti távolság átlépését. Persze, rögtön hozzá kell tennem: in vitro, azaz kivont, kristályosított, élettelen állapotukban. De mi a helyzet az élő, in vivo állapottal?

A fehérje-molekulák vegyértéksávjában azonos töltetű, ellentétes perdületű elektronok által alkotott párokat találunk. Kis reakcióképességű, zárt héjú, dielektromos molekulákkal van dolgunk. A pályák telítettsége miatt nincs igazi lehetőség az elektronok mozgására. Shockley, W. 1950-ben a teljesen teli parkolóhoz hasonlította a helyzetet. Nincs lehetőség egyetlen autó mozdulására sem. Mindaddig, amíg egyet ki nem emelünk a tömegből, s a helyén „lyuk” nem keletkezik. (Bizonyára sokan emlékeznek gyermekkorukból arra a kirakós-tologatós játékra, melyben sok kis négyzet volt egy nagy négyzetben, s egyetlen négyzetnyi lyuk. Ezzel kellett úgy gazdálkodni, hogy a végén a számokat a megfelelő sorrendbe tologassuk össze.)

A fehérjét, élő állapotában, úgy lehet elektron-vezetővé tenni, hogy a vegyértékhéján „lyukat” generálunk a töltéshordozók között. Ezt pedig töltés-átvitellel lehet elérni. A jelenség végrehajtásához mindössze egy elektronakceptor-molekulára van szükség, ami átveszi a kívánt elektront a donorként fellépő fehérjétől, s máris létrejött a vegyértéksávban az a lyuk, mely lehetővé teszi a maradék elektronok szabadabb mozgását. Mivel a töltés-átadás valódi donorja nem az amino-csoport nitrogénje, hanem a teljes vegyértéksáv, a beálló hiány is a teljes sávon oszlik meg, vezetőképessé téve a molekulát.

Az elektron-eltávolítással létrejött vezetőképességet „P-vezetésnek” nevezte Szent-Györgyi Albert, mivel a töltéshordozók pozitív „lyukak” a molekula elektronfelhőjében.

Ha egyetlen elektron távozik a telített pályáról, a molekula egyensúlya felborul. A visszamaradó, páratlan elektron okán az addig inaktív molekula igen reakcióképessé válik. A párosítatlan elektronokat tartalmazó vegyületeket szabad gyököknek hívja a kémia. (Több páratlan elektronnal, többértékű szabad gyökök is előfordulhatnak a természetben.)

Az élő rendszerek működőképességét, kémiai aktivitását, in vivo működését ezek a szabad gyökök biztosítják.

A töltés-hiány két fontos tulajdonsággal ruházza fel tehát az addig passzív óriásmolekulát: vezető. és reakció-képes lesz általa.

Tekintve, hogy a fehérjékben az élő rendszer építőköveit is tisztelhetjük, itt kell szólnunk azokról a kölcsönhatásokról is, melyek a szerkezet kialakítását, a „statikai” alapokat biztosítják az organizmus felépítéséhez. A két legfontosabb kölcsönhatás e tekintetben a viszonylag nagy hatótávolságú „Van der Waals-féle” kölcsönhatások együttese (melynek hatása a távolság négyzetével csökken, csakúgy, mint a gravitáció) és lényegesen rövidebb hatótávolságú, „London-féle” kvantummechanikai diszperziós erő. Ezeknek köszönhető, hogy az élő rendszert alkotó nagyszámú és sokféle tulajdonságú molekula hatékony struktúrába képes rendeződni.

Laki Károly és Ladik János 1976-ban jelentette be felfedezését, miszerint a sejtalkotó fehérjék közötti kohéziós erők az elektrontelítettséggel fordított arányosságot mutatnak. Vagyis, a telítetlenséggel nő az összetartó erő.

A fenti három alapvető szempontot (vezetőképesség, reakcióképesség, kohéziós képesség) vizsgálva, megállapíthatjuk, hogy az élő állapot a fehérje elektron-telítetlen állapota.

Rendkívül fontos megemlíteni, hogy az élet csodája a folyamatok megismétlődésén alapul. Tehát, csak a reverzibilis, megfordítható reakciók tekinthetőek az élet fenntartása szempontjából kívánatos reakcióknak. Az irreverzibilis (megfordíthatatlan) reakciók halálhoz vezetnek. A fehérje elektron-hiányának kialakítását is így kell értékelnünk – tehát, csak olyan akceptorral szabad azt végrehajtani, mely hajlandó donorként működve később az elektront vissza is adni.

A földi bioszféra reverzibilis folyamataiban a metil-glioxál (MG) tölti be az univerzális akceptor feladatát. A MG szerepe végeztével, több lépcsőben, D-tejsavvá alakul az élő szervezetben. Az érdekesség kedvéért jegyzem meg, hogy az átalakításért felelős, igen nagy mennyiségben és roppant sebesen működő enzimet, amit ténykedése nyomán glioxaláznak kereszteltek el, már 1913-ban felfedezték. Két angol (Dakin és Dudley) és egy német (Neuberg) egyszerre, ám egymástól függetlenül jutottak el a felfedezésig.

A kutatások az idők során kimutatták, hogy nem is egy, hanem több enzim együttműködésének eredménye a D-tejsavvá alakítás, illetve feltárták a folyamat lépéseit. (Ez azonban most nem húsbavágó számunkra, az elektron tranzitjának vizsgálata szempontjából.)

Azért ne feledkezzünk meg azokról az esetekről sem, amikor éppen arra van szükség, hogy a fehérjék elektron-elvonása irreverzibilis legyen, vagyis, ha egy mód van rá, halállal végződjék a töltés-elvonás. Erre a célra a természetben az aromás oxo-vegyületek szolgálnak. Ezek szolgálnak például a növényvilágban a nemkívánatos baktériumok elpusztítására.

Bármilyen bonyolultnak tűnjék is a felvezetés, tulajdonképpen végtelen egyszerű töltés-átadási mechanizmusokon múlik az élet alapja. Durván leredukálva a fehérjék működőképességének kérdését: minden azon múlik, az élő organizmus képes-e átmeneti töltéshiányt generálni fehérjéi vegyérték-sávján, vagy sem.

Persze, az is igaz, hogy az ördög viszont 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>