Élni vagy létezni? – 24. Még mindig az elemi töltések…

Élni vagy létezni?

  1. Még mindig az elemi töltések…

 

Azt a feltételezésünket, hogy a fehérjék közötti töltés-átadás általában nem közvetlen érintkezés, hanem a hidrát-burkok speciális vezetővé válása útján valósul meg, alátámasztja egy fontos energetikai körülmény is. Mint azt Szent-Györgyi Albert nyomán megállapítottuk, az élő rendszert alkotó fehérjék elektron kivonásával válnak reakcióképessé és tulajdonképpen vezetővé is. Ugyanakkor az elektron eltávolításával nagyságrendekkel megnő a kohéziós erők (pl. a Van der Waals-féle erő) mértéke is.

Ez a körülmény azzal is jár, hogy a hidrát-burok vízmolekulái is megnövekedett erővel tapadnak a fehérjékhez. A fizika alaptörvénye(i) szerint eltávolításukhoz legalább akkora energiát kellene befektetni, mint amekkora a helyükhöz köti azokat.

Szent-Györgyi Albert a következőképpen írta meg a töltés-átvitel kérdését, Az anyag élő állapota című könyvében:

„Azok a molekulák, melyek egyenlő számú pozitív és negatív töltést tartalmaznak, elektromos szempontból semlegesek. A töltésátvitel során, amikor egyik molekulától elektronok kerülnek át a másikhoz, ez a szimmetria megbomlik.

A töltésátvitelnek tehát elektromos gradiens ellenében kell működnie, következésképpen az átvitt elektront továbbra is vonzza a donormolekula, s így az oszcillál a donor és az akceptor között. Különböző ideig tartózkodik az egyiknél, illetve a másiknál, attól függően, hogy mekkora a különbség a donor- és az akceptorpályák energiaszintje között. Ha az elektron csak az idő egy részét tölti az akceptormolekulán, s ez a leggyakoribb, akkor azt mondjuk, hogy az elektronnak csak egy része, tizede vagy százada vivődött át.

A töltésátvitel, s ezáltal a fehérje telítetlensége és élő állapota tehát nagyon különböző szintű lehet. Kismértékű telítetlenség csak nagyon primitív életforma kialakulását engedi meg.”

E megállapításoknak vannak logikai következményei.

Például: az „eredeti” kötőerők megnöveléséhez valamekkora elektron-töltetet ki kellett „tépni” az óriásmolekula „alapállapotából”. Következésképpen: a molekula dehidratálásához is legalább ekkora (és egy kicsivel több) elektronnyi erőt kellene befektetni. De kétszer: mert mindkét érintett vegyületet „vízteleníteni” kellene. Az elektron átszállítását követően pedig vissza kellene állítani az eredeti állapotot, hiszen a fehérje a hidrát-burkával együtt alkotja az „élő” molekulát. (A kohéziós erők koncentrált jelenléte melletti szerveződés a tudomány számára teljesen egyértelmű jelenség. Ismerünk ugyan olyan sejteket, melyek ennél „lazábban” állnak össze rendszerré – ám tömeges megjelenésük vizsgálata speciális szakterületet érint: a rákkutatást.) Állandósult jelleggel nem tartható fenn tehát a kohéziós erők redukciója.

Ez viszont azt jelentené, hogy a puszta töltés-továbbításhoz az élő rendszer több energiát emésztene fel, mint amit a kérdéses töltés hordoz. Mindamellett, hogy ez abszurdnak néz ki, még lehetetlen is. A természeti törvények által irányított folyamatok nem tudnak deficitesen működni. Az élővé szerveződött anyag sem képes ráfizetés mellett fennmaradni. Nincs miből finanszíroznia az energetikai veszteséget.

Fenntartható, csekély veszteségű töltés-továbbításra marad tehát a „vízhíd”-modellünk. A kohéziós erők által láncba szervezett vízmolekulákat a hőmozgás megpörgeti a lánc tengelye mentén. A töltés-átadásra „ítélt” két óriásmolekula legnagyobb feszültség-különbségű helyei között, a pólusaikkal egy irányba mutató vízmolekuláknak a környezethez képest megnövekedett vezetőképessége miatt, létrejön az elektron-tranzit.

Bármilyen esetlegesnek is tűnjék a megoldás, tudnunk kell, hogy egy rendkívül precíz folyamattal állunk szemben. Az élettani munkavégzés, tehát az élet meglétének alapja, hogy megfelelő számú, szabad energiát hordozó elektron, a megfelelő időben, a megfelelő helyen legyen. Ellenkező esetben funkciók maradnak ki. Akár létfontosságúak is – ez esetben sejthalál lesz a lassú vagy téves töltés-szállítás vége.

A donor-akceptor kölcsönhatás részleges töltésátviteléből következik az is, hogy az élő rendszernek nyugalmi állapotban is vezetőképesnek kell lennie. Tehát, a töltések nem rendeződhetnek vissza elektromosan semleges molekulákká. Ha megpróbáljuk magunk elé képzelni ezt az élő töltés-hálózatot, pontosabban ennek szerves egésszé fejlődött elektronhéját, azt látjuk, hogy az „indulási oldaltól” (oxidációs ciklus kezdő lépése), az „érkezési oldalig” (ATP-szintézis záró lépése) egy hosszan elnyúlt, ám végtelenül pontosan szerkesztett elektronfelhő nyújtózik. Ám nem statikus, hanem dinamikus egyensúlyi állapotban létezik ez a „kollektív felhő”, melynek puszta fenntartásáért komoly élettani munkát kell végeznie az adott élő rendszernek (ionpumpák, inkubációs hő, stb. fenntartása).

Analógiaként gondoljuk végig a falba húzott rézdrótunk, mint töltés-átviteli szerkezet működését. Ha nem folyik keresztül áram rajta, az atommagokhoz rendelt, vezetési sávhoz tartozó elektronok delokalizált kollektív felhőként rezegnek a statisztikailag valószínűsíthető térbeli pozíciójukban, a drót elejétől a végéig – de nem lépnek ki belőle, mindaddig, míg áramlás (töltésátvitel) nem indul meg az érintett szakaszon. Ám azonnal vezetővé válnak, amint az áramlást kialakító feszültség-különbség kialakul az anyagukban. Vezetőképességük passzív módon, magától adódóan van szerkezetükbe kódolva.

Az élő rendszerek töltésátviteli rendszerének is ezt a vezetőképességet kell tudnia. A lényeges különbség azonban abban rejlik, hogy az élő anyag „vezetékelését” alkotó atomok, molekulák önmagukban nem képesek ezt a tulajdonságot felmutatni, csakis speciálisan integrált együttállásukban. Energetikai szempontból közelítve azt is mondhatjuk, hogy az élet alapját a speciálisan kialakított, gerjesztett, önfenntartó töltésátviteli rendszer adja meg.

Az is egyértelműnek látszik, hogy a „vízhidak” működése erősen hőmérséklet-függő. Erősebb Braun-mozgásból gyorsabb rotációt lehet nyerni, ami a vízmolekulák elektronfelhőjének nagyobb megnyúlását, vezetőképességük növekedését eredményezi. Ebben az összefüggésben említettük meg a változó testhőmérsékletű állatok klíma-érzékenységét. Vajon hol lehetnek az emberi testhőmérsékletnek az élettani határai?

Normális, ideális testhőmérsékletnek a 36,7-37,2 Celsius fok közötti értéket tekintjük. Ez azonban nem állandó érték, még az egészséges szervezet esetében is, napon belüli ingadozást mutat. Általában a kora reggeli órákban (5 és 6 között) a legalacsonyabb, s 12 órával később, kora este a legmagasabb. Teljesen kézenfekvő következtetés, hogy a szervezet energiatermelésével és felhasználásával állhat összefüggésben ez a ciklikusság.

A felső határérték nyilvánvalóan 42 Celsius fok körül van, ahol a magas láz következtében beáll a halál. Mi történik ilyenkor? A Braun-mozgás ereje legyőzi a kohéziós erőket, s a vízmolekulák a kérdéses töltés-vezető hidakban már nem rotálnak, hanem azokból kiszakadva rezegnek tovább. Megszűnik az elektronok célirányos szállítása, leállnak a sejtélettani funkciók.

Bármilyen hihetetlennek hangzik, eleink már tisztában voltak ezzel a jelenséggel, anélkül, hogy tudtak volna, mondjuk, az elektronokról. A priznic, a jeges fürdő, a borogatás – mind azt a célt szolgálták, hogy a láztól felhevült testet visszahűtsék az élettani határok közé.

Miért lép fel egyáltalán a láz, mint jelenség? Általában azt gondolják, hogy kórokozók jelenléte váltja ki. Ez, így, igaz is, meg nem is. Nem minden kórokozó, s nem mindenkinél eredményez lázat. Ugyanakkor, teljesen fertőzésmentes állapotban, mintegy pszichés reakcióként, képes a testhőmérséklet növekedését produkálni. Ékes magyar nyelvünkben erre számos szóösszetétel is született: versenyláz, lámpaláz, stb.

Bármely okra visszavezethető előfordulása mellett is, egy dolog látszik bizonyosnak: a szervezet megnövekedett energia-igénnyel lép fel. Fertőzéses állapotnál az immunrendszeri válasz, egyébként az extrém módon megemelkedett fizikai vagy pszichikai teljesítmény váltja ki a testhő emelkedését. Okkal vélelmezhetjük, hogy a töltés-vezető hidak molekuláinak gyorsabb pörgése, s a következményként megjelenő kisebb ellenállás (nagyobb vezetőképesség) gyorsabb töltésáramlást eredményez. Vagyis, egységnyi idő alatt több energia száguldhat át az élő rendszeren. (Az entrópia szívó hatásának útjába csekélyebb ellenállás lép be.)

Ezen a módon, ilyen áttételeken keresztül képes a test hőmérsékletének emelkedése (élettani határon belül) az extrém igénybevételt szolgálni.

A testhőmérséklet élettani minimumát már kicsit nehezebb meghatározni – sok, eltérő irodalmi adat van arra vonatkozóan, hogy milyen mély hipotermiából sikerült már visszahozni az életbe embereket. Általánosságban megállapíthatjuk, hogy a tartósan 35 Celsius fok alatti hőmérséklet nem az egészség jele.

A primer hipotermia tünetei általában a következők: hideg tapintatú bőr, lilás-kékes bőrelszíneződés, aluszékonyság, csökkenő fájdalomérzet, gyengülő reflexek, gyengülő légzésszám, izommerevség, a vérnyomás és pulzus esése, szívritmuszavar, beszédzavar, a végtagok teljes elfagyása, eszmélet vesztés.

A szervezet tehát mal- és diszfunkciókat (alulműködéseket és hibás működéseket) produkál. A tudomány az anyagcsere lelassulásához, végső esetben leállásához köti a jelenséget. Tulajdonképpen ez így is van – ám bátorkodom azt a kiegészítést tenni ehhez, hogy az élettani munkavégzésért felelős elemi töltések felszabadítása és szállítása az alapvető ok. Az, hogy e töltés-felszabadítás és -továbbítás kémiai folyamatokban, anyag-szerkezeti változásokhoz kötötten jelenik meg, az a folyamatok jellegéből adódik.

De, mint korábban már írtam, a sok, színes mezes játékos és játékvezető között a lényeg mégiscsak a labdán van – annak a célba juttatásáért folyik az egész játék.

Az élettani alsó határérték megértésében sokat segít, ha vetünk egy pillantást a helyi érzéstelenítés fagyasztással kivitelezett speciális esetére. Az extrém módon lehűtött testfelület a hipotermia tünetei közül a gyakorlatilag zéróra csökkent fájdalomérzetet, s a gyengült reflexeket is produkálja. Miért?

A kérdéses területen annyira lehűlnek a sejtek, hogy a szerkezetüket alkotó víz Braun-féle mozgása túlságosan gyenge lesz ahhoz, a töltésvezető „vízhidakat” aktiválja. Nem alakul ki a vízmolekulák tengelyirányban szervezett rotációja, nem csökken le az ellenállásuk. A donor és az akceptor között nem lesz az áramlásnak kitüntetett iránya – mindenfelől egyformán szigetelnek a lehűlt víz molekulái. Nem alakul ki a lokalizált vezetőképesség, tehát áramlás sem jön létre.

A töltésátadás blokkolása az idegsejtek tevékenységét is megbénítja. Az inger hatására nem képződik ingerület (hiszen az is energiaigényes folyamat lenne), tehát fájdalomérzet sem keletkezik.

Ezt a fájdalommentes állapotot azért nem szabad összekeverni az egészségesen fájdalommentes állapottal!

A tudomány is, a fantasztikus irodalom is sokat foglalkozott már a hibernáció kérdésével.

Ami az alacsonyabb rendű élőlények esetében természetes képességnek mutatkozik, az megoldhatatlan problémának látszik a törzsfa fejlettebb ágát képviselő, állandó testhőmérsékletű organizmusok esetében. A melegvérűek töltés-továbbító rendszerének fenntartásához elengedhetetlen körülménynek tűnik a testhőmérséklet élettani határok között tartása. E sávból kilépve végleges károsodást szenvednek, s szemben a változó testhőmérsékletűekkel, töltésátadó pályáik nem regenerálódnak, a gerjesztett állapotú, kollektívnek tekinthető elektronfelhők nem épülnek újjá.

Talán jobb is így.

Képzeljük el, hová jutna a társadalom, milyen jogi káoszt eredményezne, ha évtizedekkel, évszázadokkal korábban hibernálódott örökhagyók random módon visszatérhetnének, s kérnék eredeti státuszuk visszaállítását…

 

 

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>