12345678

Wiele procesów biochemicznych, na przykład niektóre reakcje enzymatyczne i biosynteza pewnych białek, przebiega z wyraźnymi oscylacjami stężeń w czasie. Przemiana glikozy w kwas pirogronowy, jakże istotna dla oddychania komórkowego, zachodzi z udziałem dinukleotydu nikotynamido-adeninowego NAD+. Podlega on redukcji do NADH, po czym odtwarza się forma wyjściowa, dlatego zmiany stężenia NADH w czasie wykazują wyraźne oscylacje

Kliknij, aby zobaczyć powiększenie
Związany z oddychaniem komórkowym proces glikolizy jest przykładem oscylatora biochemicznego.

Rozkład nadtlenku wodoru w obecności kwasu jodowego(V), czyli tzw. reakcja Braya, charakteryzuje się z kolei stopniowo gasnącymi oscylacjami stężenia HIO, jednego z produktów pośrednich

Kliknij, aby zobaczyć powiększenie
Reakcja Braya charakteryzuje się gasnącymi oscylacjami stężenia HIO, jednego z produktów pośrednich.

Jeszcze bardzo niedawno, wielu badaczy fascynowała reakcja Biełousowa i Żabotyńskiego przeprowadzana w kilku modyfikacjach metodycznych. W jednej z nich, utlenienie i redukcję składników układu Ce4+/Ce3+ prowadzi się w wodnym roztworze siarczanu ceru, KBrO3, kwasu malonowego i kwasu siarkowego, do którego wprowadzono ferroinę jako wskaźnik redox. Proces sumaryczny:

3BrO3- + H2C(COOH)2 + 3H+ → 3BrCH(COOH)2 + 2HCOOH + 3CO2 + 5H2O

przebiega w wielu stadiach, tylko w niektórych uczestniczą jony ceru na obydwu stopniach utlenienia. W obecności nadmiaru kationów Ce4+ ferroina przyjmuje barwę niebieską; przechodzi ona w czerwoną po redukcji do Ce3+, dlatego w czasie postępu reakcji obserwujemy periodyczne przejścia między tymi zabarwieniami roztworów. Efektownym trójbarwnym oscylatorem chemicznym jest układ Briggsa-Rauschera. Po zmieszaniu roztworów KIO3, HClO4, H2O2, kwasu malonowego, skrobi i MnSO4 początkowo bezbarwna ciecz staje się nagle złocista, po kilku sekundach przyjmuje zabarwienie ciemnoniebieskie (skrobia + jod), po czym odbarwia się, znów żółknie, niebieszczeje itd. Oscylacje stosunkowo szybko gasną, mimo to są naprawdę piękne.

W języku termodynamiki reakcje oscylacyjne są uznawane za tzw. chemiczne struktury dyssypatywne; w tym formalizmie każdy proces nieodwracalny związany jest z dyssypacją (rozpraszaniem) energii swobodnej, czyli z utratą możliwości wykonywania pracy użytecznej. Dzięki badaniom Prigogine'a wiemy, że struktury takie mogą zaistnieć tylko w układach otwartych, a więc przy nieustannej wymianie masy i energii z otoczeniem; elementem niezbędnym jest przy tym autokatalityczny charakter przynajmniej jednego ze stadiów przejściowych. Wydaje się, że wszystkie układy biologiczne spełniają te warunki; można je zatem traktować jako struktury dyssypatywne tworzące się na Ziemi w ciągłym strumieniu energii słonecznej. Sprawą istotną jest zatem poszukiwanie konkretnych przykładów, na podstawie których koncepcja owych struktur umożliwi wyjaśnienie powstawania życia oparte na naukach przyrodniczych.

12345678
powrót na górę strony
Wykład
O istocie życia. Rozważania chemika
Strona
7/8
Autor
Wydział Chemii Uniwersytetu Warszawskiego
Kliknij nazwisko autora, aby zobaczyć notkę biograficzną w serwisie Nauka Polska