Еще раз про рН

Меня все не отпустят крайние значения знакомых понятий. И нехай с рН тяжелой воды мы разобрались (помните), тут у меня возник следующий вопрос:  

Грубо говоря - рН (кислотность) - это концентрация водорода Н+ в растворе. В сфере моих интересах - понять, как рН влияет на активность того или иного фермента. Пока мы работаем в пробирке, куда насыпаем фермент и субстрат чайными ложечками, все понятно - миллиард молекул фермента в идеальных условиях буфера процессирует нескончаемый избыток субстрата - райская жизнь, да и только. Пускай при реакции расщепления каждой молекулы субстрата выделяется 2 протона Н+ - т.е. постепенно среда будет закислятся, и в какой-то момент рН станет слишком низким - фермент выключится. Назовем это обратной связью - когда фермент переработает слишком много субстрата, рН падает и фермент останавливается. Когда рН снова поднимается - фермент снова включается.

Теперь попробуем перенести это описание на клетку - там сидят в определенном компартменте с десяток молекул-ферментов, к которым субстрат приходит теперь уже поштучно. Пускай рН-регуляция и здесь работает - в силу малого размера компартмента, даже небольшое количество протонов резко снизят рН. Т.е. мы все продолжаем видеть рН-регулирование активности фермента при очень малых концентрациях - за счет того, что эти единичные ферменты засунуты в очень узкие компартменты, где и молекул растворителя-то можно посчитать буквально. Более менее то, что я писал выше, известно и изучено.



А теперь мой вопрос - с какого рубежа мы должны считать рН? Может ли 1 протон закислить рН и выключить фермент, если допустить, что кроме него в реакционном компартменте есть еще от силы 20-30 молекул воды, да несколько молекул субстрата (как нацарапано на рисунке выше)? Или рН поменяют уже два протона?  В принципе, в плане регуляции фермента даже одного-двух протонов будет вполне достаточно - они инонизуют активный центр, и привет - фермент остановится. Эффективность таких сверхмалых доз обеспечится сверхузким каналом "норы". Только можно ли это назвать понижением рН?

Я буду рад критике - я думаю в правильном направлении, или это бред не совсем адекватный взгляд биолога на процессы химии?
Откуда проводится грань, когда количество штук протонов дают уже рН системы? Нужно ли это понятие при работе с отдельными молекулами, или его надо использоватьтолкьо при работе с кастрюлями реактивов?

Вода и клетка

Давно у нас не было цитат из «Шагреневой кожи...» — одного из самых интересных трудов В.А. Кордюма, моего шефа, завотделом в ИМБГ.


И в продолжение прошлого поста — пассаж о воде в клетке. В принципе, специалистам это известно, но почитать все равно интересно будет и им, и людям, далеким от биологии.  






Начнем с самого-самого, просто-таки незыблемо очевидного — субстанции, в которой протекают биохимические процессы. Совершенно понятно и абсолютно надежно установлено, что такой субстанцией в клетке всегда является вода (за редчайшими исключениями, когда ферментативные процессы осуществляются в липидной фазе мембран).
Но если теперь от всех этих общих и надежных экспериментальных (но всегда частных и часто вообще косвенных) данных и их удивительно прямолинейных экстраполяции на клетку перейти к реальным, не менее надежным, непосредственно к проблеме соотнесенным данным, то все выглядит, мягко говоря, совсем не так. 

В отношении воды ситуация в наших представлениях вообще находится далеко за гранью любой фантастики. Согласно существующим взглядам, все процессы в клетках протекают в водной фазе. Иначе никакой диффузии, переноса мелких молекул, движения макромолекул и т. д. просто не может быть. Вода — колыбель жизни, ее среда (для кого только внутренняя, а для кого и внутренняя и внешняя). 

В процентном соотношении вода составляет основную массу организмов: она все переносит, растворяет и одновременно ространственно организует за счет гидрофильных, гидрофобных, водородных, зарядовых и прочих связей и взаимодействий; участвует почти во всех химических превращениях, всех ферментативных и неферментативных реакциях; организует (вернее, реализует заложенную в первичной последовательности) пространственную структуру всех макромолекул (да и немакро- тоже) и очень многое прочее. Все это абсолютно, безоговорочно, непреложно так и только так. В общем виде. 

А вот переходя к конкретике, к деталям, ситуация разительно меняется. Если оценивать все усредненно, то воды в клетке не просто много — ее в несколько раз больше, чем всего остального вместе взятого. И, казалось бы, все в клетке должно в воде буквально плавать. До недавнего времени так и считалось. Вопросы о правомерности подобных представлений возникли после того, как начали определять в клетке истинное состояние внутриклеточной воды. Когда количество независимых определений такого состояния стало минимально достаточным для сравнений, появились комментарии.  

( Read more... )