Élni vagy létezni? – 23. „Charger-tranzit” 2.

Élni vagy létezni?

  1. „Charger-tranzit” 2.

 

Az elektronhiányossá alakított fehérje tehát a működőképes, „élő” fehérje. Ez az élettani mozzanat, a fehérje elektronfelhőjének aktiválása, megmagyarázni látszik azt a korábbi kérdésünket is, melyben az élettani áramlások szívó vagy nyomó jellegét firtattuk. Úgy tűnik, szívó rendszerű töltés áramlás valósul meg az élő rendszerekben – melynek végső hajtóereje a környezet entrópiája.

Már csak azt kellene megfejtenünk, vajon mi módon kerül a biológiai munkavégzésre ítélt elektron, az ominózus töltés, átadásra-átvételre. Első közelítésben, leegyszerűsítve, azt mondanánk, hogy a pillanatnyi töltésfelesleggel rendelkező óriásmolekula találkozik, „ütközik” a pillanatnyilag töltéshiányos párjával, s az elektron mást sem tehet, mint átvándorol a kívánt irányba.

Felmerül a kérdés: a résztvevő molekulák tetszőleges helyen, vagyis teljes felszínükkel vesznek-e részt a töltésátviteli folyamatban? Vagy esetleg van kitüntetett részük, meghatározott felszín-darabkájuk, mely képes a töltés felvételére, illetve átadására. A szervetlen világban, mondjuk egy fémes vezető anyag esetében, nincs kitüntetett hely vagy irány az elektronok transzportjában. Az ionizált atomok üldögélnek a rácspontokban, a „közösbe” bedobott elektronjaik pedig, mint kvázi delokalizált felhő, rezegnek a vezetési sávban. Amint töltés-különbség (feszültség) alá kerülnek, az elektronok elindulnak a többlettől a hiány irányába. Mindegy, hogy az a bizonyos feszültség milyen térbeli irányt vesz fel, a vezetés azonos módon bekövetkezik.

Ennél az alapesetnél már érdekesebb a félvezetők működése.

Vizsgáljuk meg, mi történik, ha a grafitot helyezzük áram alá! Tapasztalni fogjuk, hogy egyik irányba szigetelőként, míg arra merőlegesen vezetőként fog működni. A jelenség oka az anyag szerkezetében van elrejtve. A grafitot alkotó szénatomok ugyanis 3-3 vegyértékkel egymáshoz kapcsolódva, hatszögletű  rácsot alkotnak. E rácsok egymás fölé rétegződéséből alakul ki a grafit rétegrács-szerkezete.

Negyedik vegyérték-elektronjukat ezek a szénatomok is „beadják a közösbe”, ún. delokalizált pí-elektron-szextettet képezve azokból. A fémes vezetőkkel szemben, ezek a delokalizált elektronok nem akármerre képesek mozogni. A rétegek lapirányában mozgékonyak, arra merőlegesen viszont nem mozdulnak (A grafit ezért alkalmas ceruzák beléül való felhasználásra. A rétegrácsok ugyanis, „lapirányban”, gyenge fizikai hatásra elmozdulnak egymástól, rátapadnak arra a felületre, melyen végighúztuk az anyagot. Úgy mozdulnak el, mint az összecsukható asztal lapjai, forgatáskor, egymáson.) Csak az érdekesség kedvéért jegyzem meg, ha a negyedik elektronjaikkal is kovalens kötést alkotnak a szénatomok egymással, akkor a világ legkeményebb anyagát, a gyémántot produkálják. Ami nem kopik és elektromosságot sem vezet.

A félvezetők széles táborát azok az anyagok alkotják, melyek vezetőképessége hőmérsékletük függvénye.

Jellemző rájuk, hogy a vegyértéksáv és a vezetési sáv közötti, ún. tiltott sávot, viszonylag csekély gerjesztés hatására már átlépik, így az elektron továbbítására alkalmassá válnak. Az egyenirányító diódák esetében azt a tulajdonságukat használják ki, hogy a töltést csak a tér meghatározott irányába továbbítják, attól eltérően pedig nem.

A dolgok logikájából arra a következtetésre juthatunk, hogy az élő rendszerek töltéshordozói is bizonyára félvezetőkként funkcionálnak, az elektronokat az előre meghatározott irányba továbbítják.

Már csak annyit kellene megfejtenünk, hogy a töltést hordozó molekulák közvetlenül érintkeznek-e egymással, vagy valami közvetítés történik közöttük.

Abban, hogy a közvetlen elektron-átadást valószínűsítsük, néhány körülmény megzavar minket. Az egyik a fejlettebb élőlények állandó testhőmérséklete. Robert Mayer (1814-1872) hajóorvosként szolgált. Jáva felé hajóztak, amikor felfigyelt rá, hogy a matrózok vénás vére a trópusokon világosabb, mint a mérsékelt égöv alatt. Az artériás és vénás vér színe közötti csekélyebb eltérést azzal magyarázta, hogy a bennük szállított oxigén mennyisége közelebb áll egymáshoz, mint a hidegebb éghajlaton. A testhőmérséklet fenntartásához szükséges élettani munka kisebb volumenével, végső soron a sejtekben folyó oxidatív foszforiláció csekélyebb mértékével magyarázta a jelenséget.

Eredményét nem sikerült publikálnia, mert a tudomány következetességére ügyelő cenzorok ebben módszeresen megakadályozták. Végül elmegyógyintézetbe zárták. Hiába volt igaza, nem rendelkezett elegendő hatalommal ahhoz, hogy ezt érdemben ki is nyilváníthassa.

Nyilvánvaló, hogy az elektron-tranzit terv szerinti kivitelezéshez szükséges a testhőmérséklet szinten tartása. Ugyanakkor azt is megfejtettük már Szent-Györgyi Albert nyomán, hogy az élet hordozói, a fehérjék, nem hő általi gerjesztésre nyerik el vezető- és akcióképességüket, hanem egy (vagy több) elektronjuk kivonásával.

Miért kell akkor a hő?

Az elektron-tranzit, vagyis az elektromos vezetés szempontjából van még egy meghökkentő körülmény az élő organizmusokban. Nevezetesen az anyagukat kitevő 70 %-nyi víz. Tudjuk, hogy a fehérjéket hidrát-burok öleli körül. Ahhoz, hogy közvetlen érintkezésen alapuló töltés-átadás jöjjön létre két molekula között, ezeknek a hidrát-burkoknak fel kellene hasadniuk, mind a donor, mind pedig az akceptor fehérjék meghatározott pontjain.

De mi szükség van ennyi vízre, ha az akadályozza az életfunkciók végrehajtását? Miért nem oldotta meg hatékonyabban ezt a problémát a Teremtő?

A kérdés tisztázásához ismét a vizsgált anyag szerkezetét kell tanulmányoznunk egy kicsit.

A víz, mint tudjuk, egy hidrogén-molekulának egy oxigén-atommal oxidált vegyülete. Tartalmaz tehát két hidrogén és egy oxigén atomot. Mivel a vegyületeket alkotó azonos elemek atomjai úgy próbálnak helyezkedni a molekulán belül, hogy egymástól a lehető legtávolabbra kerüljenek, azt várnánk, hogy az oxigén körül, annak két ellentétes végén, tengelyirányban fognak a hidrogén-atomok pozíciót foglalni.

De nem ez történik.

Mivel a vizet eredményező kémiai reakció önmagában is azért jön létre, mert az oxigén affinitást mutat az elektronok felvételére, a hidrogén pedig inkább azok átadására hajlandó, a hidrogén által szállított elektronok idejük nagyobb részét az oxigén vegyértékpályáin fogják tölteni. Ezáltal a vízmolekula dipólus-momentumhoz jut: az oxigén enyhe két negatív töltése mellett megjelenik a két, enyhe pozitív töltésű hidrogén.

A molekula 8 elektronpárjának, köztük az oxigén vegyértékhéján kialakuló két negatív töltésnek a helyigénye eltorzítja a sematikusan várható, tengely-irányú elhelyezkedést. A molekulák térszerkezetét ugyanis kevésbé befolyásolják az egymástól csillagászati távolságra lévő atommagok, mint az elektronok. Ez utóbbiak negatív töltéseik folytán, taszítják egymást az elektronfelhőben – a létező legtávolabbi pozíciók felvételére törekszenek. A vízmolekula 8 elektronpárjának belső taszításai nyomán a vegyületbe kötött oxigén- és hidrogénatomok végül V alakot vesznek fel. A csúcson az oxigén, a szárak végén egy-egy hidrogén pozícionálódik.

A V csúcsa enyhén negatív, szárainak végei enyhén pozitív töltésűek.

Tudjuk, hogy a víz meglehetősen nagy kedvet mutat az elektromosság vezetésére. Olykor meglehetősen komoly problémát jelent együttes megjelenésük. Otthonaink vizes blokkjára vonatkozóan nem véletlenül született annyi biztonsági megoldás és elővigyázatossági figyelmeztetés az elektromos készülékek használatára vonatkozóan.

Azt is tudjuk, hogy a víz irány-semlegesen vezeti az elektromosságot, vagyis a vízbe hullott elektromos forrás elektronjai a tér minden irányába elmozdulnak, nincs kitüntetett vezetési direktíva.

A sejten belüli víz is továbbíthatná tehát a töltéseket, a szélrózsa minden irányába – s ezzel azonnal „rövidzárlatot” okozna a citoplazmában. Mégsem teszi. Vajon miért?

A fentebb előadottakból következik, hogy az élő anyagban töltés-átadásra szolgáló víz minden bizonnyal félvezető tulajdonságra tesz szert. De hogyan?

Egyértelmű, hogy az anyag összetételében nem történik változás. Két hidrogén és egy oxigén nem túl sok variációra ad lehetőséget. Mondhatnánk, csak arra az egyre, amit víznek ismerünk.

A szerkezet viszont már egészen más kérdéskör.

A töltések vonzó-taszító alaptulajdonságában van elrejtve a megoldás lehetséges kulcsa.

Az élő szervezeten kívüli víz molekulái, folyékony halmazállapotukban, spontán elrendezésűek. Valamiféle szabályos szerkezetet akkor mutatnak, mikor jéggé kristályosodnak. Egyébként pedig véletlenszerűen rendeződnek egymás mellé, a negatív töltések taszító hatásának, és a környezeti feltételeknek (például hőmérséklet) engedelmeskedve, kaleidoszkóp-szerű, folyamatos táncot lejtve.

Megváltozik viszont a helyzet, amint egyéb anyagok kerülnek a vízbe, oldatot, gélt vagy diszperziót képezve abból. A fehérje-molekulák hidrát-burka például úgy épül fel, hogy az óriásmolekula negatív töltésű pontjaihoz a víz V alakjának enyhén pozitív szárai, a pozitív felszíni részekhez pedig az enyhén negatív hegy igazodik. A második, harmadik, sokadik vízmolekula-sor rendezési elve ugyanez marad, azzal a különbséggel, hogy a már helyükre került dipoláros vízmolekulák vezérlik a töltés-elrendeződést.

Innét könnyen beláthatjuk, hogy a fehérjemolekulák negatív töltetű (donor) és pozitív töltetű (akceptor) pontjai között vízmolekulákból épült hidak teremthetnek összeköttetést – nincs tehát szükség a hidrát-burkok felhasítására, a közvetlen kapcsolat megteremtésére a donor és az akceptor között.

Az elektromos töltéshordozó a hidrát-burok első vízmolekulájának pozitív szárára lép át, s a negatív sarokból távozik a következő V száraira. Elrendeződésük folytán a hidrát-burkokat alkotó vízmolekulák ál-akceptorként és ál-donorként viselkednek az átvinni kívánt töltéssel összefüggésben. Mindaddig folyik a V alakú molekulák irányhelyes közvetítése, míg a tényleges akceptor át nem veszi a szállított elektront.

Az a természeti törvény, mely szerint a világon minden a legkisebb ellenállás irányába áramlik, biztosítja, hogy a tényleges donor és akceptor között, a legrövidebb úton, a legkevesebb vízmolekula átmeneti gerjesztésével jöjjön létre a töltés-átvitel, s ne keletkezzenek „kóboráramok” a sejtben.

Már csak a hőmérséklet szerepéről kell egy pár szót ejtenünk.

A környezeti hő hatására a vezetési hidat képező molekulák is mozgást végeznek. A V-alakokból formált nyíl-irányú elrendezésük azonban megakadályozza, hogy tetszőleges irányba végezzék mozgásukat. Egy lehetőségük marad: az általuk alkotott híd tengely-iránya körüli rotáció, vagyis forgó mozgás. Ebben az összefüggésben már látjuk, miért van szükség az elektron-kiragadással megsokszorozott kohéziós erőkre.

Nyilvánvaló, hogy a töltések rotációja megnöveli az összekapcsolt vízmolekulák kollektív vezetőképességét (vagyis lecsökkenti azok elektromos ellenállását), s ez a töltésátvitel gyorsaságára és pontosságára is jó hatással van. Az élő organizmus hőmérsékletének élettani határok közötti emelése, inkubálása, így szolgálja annak megfelelő működését. Gyorsabb rotáció jobb vezetést eredményez.

Most már azt is tudjuk, a Teremtő miért alkotta meg az állandó testhőmérsékletű élőlényeket. Bizonyára mindenki látott már hibernált, vagy napon sütkérező ízeltlábúakat, esetleg hüllőket. Nem a barnulás iránti vágy hajtja ki őket a verőfénybe. A napsütésben hamar fel tudnak melegedni „üzemi hőmérsékletre”, fehérjéik hidrát-burkában az elektron-transzportáló vízhidak így tudják ugyanis felvenni a vezetéshez megkívánt molekuláris rotációs fordulatot.

Továbbra se melengessen hát senki kígyót a kebelén! A saját teste által közölt hő ugyanúgy elektron-vezetési rotációs fokozatba kapcsolja az álnok hüllőt, mint az áldott Nap sugara…

 

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>