среда, 20 мая 2009 г.

Опыт применения глутарового альдегида в двух частях. Часть II – патогенез: “Органический” углерод.

В предыдущем посте разговор шел о природе действующего вещества Flourish Excel. В этом посте рассмотрим  положения компании Seachem относительно глутарового альдегида (ГА) как источника “органического” углерода…

И так, специалисты компании предполагают, что ГА попав в растительную клетку может трансформироваться по 2 направлениям: 1) в СО2; 2) использоваться в синтезе сложных веществ, участвующих в процессах метаболизма растений.

Но для начала ГА в к клетку нужно все таки попасть, а с этим есть определенные проблемы. Из литературных данных  следует, что ГА широко применяется для фиксации белков (бактерий, растительных и животных клеток)  в электронной микроскопии в следствии высокой реакционной способности альдегидных групп ГА по отношению к амино-гуппам белков. Как известно мембрана растительной клетки на ~ 40-50 % состоит из белков, таким образом ГА неизбежно “сошьется” с белками мембраны, тем самым нарушив их транспортную функцию. Есть еще слой липидов, в который погружены белки. Специалисты Seachem предполагают, что ГА может попасть в растительную клетку в результате диффузии, т.е. путем пассивного транспорта по градиенту концентрации. Опять же известно, что через липидный слой мембраны легко проникают жирорастворимые вещества (гидрофобные), водорастворимые (гидрофильные) молекулы (особенно крупные) проникнут не могут. В предыдущем посте мы выяснили, что водный раствор ГА представляет собой сложную смесь из гидратов ГА, олигомеров и растворимого полимера, т.е. молекулы в основном гидрофильные. Таким образом, через липидный слой мембраны им путь также наверняка “заказан”.

Хорошо, допустим, что каким-то чудесным образом молекулы ГА попали в цитоплазму клетки. Могут ли молекулы ГА, как предполагают специалисты Seachem, использоваться для синтеза более сложных молекул, участвующих в метаболизме растения? Могу с уверенность сказать, что нет. Дело в том, что подавляющее большинство химических процессов в растительной клетке (как и в животной) происходит в результате ферментативных реакций (ферменты – биологические катализаторы реакций). Для каждой реакции существует свой фермент-катализатор, реакции происходят строго в определенной последовательности. Растения  не умеют, “подваривать” требуемые функциональные группы к произвольной молекуле, попавшей внутрь растительной клетки, для этого просто нет нужных ферментов. Таким образом, наличие скелета из 5 углеродных атомов у ГА, и наличие такого же скелета у некоторых промежуточных продуктов метаболизма растения, например рибулозо-1,5-бисфосфата или его структурного аналога 2-карбокси-D-арабитол-1,5-бисфосфата, как это указывается с статье “Carbon in the Planted Aquarium”, абсолютно исключает возможность получения из ГА этих соединений.

Таким образом, ГА весьма затруднительно (я считаю, что практически невозможно) попасть внутрь растительной клетки, тем более выступить в качестве полупродукта для синтеза требуемых  растению веществ.

Остается рассмотреть ГА, как источник СО2. Для этого предлагаю сделать весьма простые расчеты, что называется “на коленке”.

Запишем брутто-уравнение окисления ГА:

C5H8O2+6O2=5CO2+4H2O                              (1)

Как бы ГА не окислялся (аутоокисление, биодеградация), согласно (1) из одного моля ГА мы получим 5 молей СО2.

Примем концентрацию ГА в воде = 3 мг/л, тогда в результате его окисления получим ~ 6,6 мг/л СО2. Видно, что полученная концентрация СО2 существенно меньше, чем требуется для hi-tech аквариумов ~ 30 мг/л. С учетом того, что рекомендуемая доза для постоянного внесения ГА составляет ~ 1 мг/л, получим всего ~ 2.2 мг/л СО2. Следует отметить, что процесс окисления ГА до СО2 не мгновенный и согласно работе “Aerobic and Anaerobic Metabolism of Glutaraldehyde in a River Water–Sediment System” его полураспад в аэробных условиях составляет ~ 10.6 ч, т.е полное окисление ГА происходит минимум за сутки. Следовательно скорость поступления СО2 из ГА составит приблизительно ~0.3 мг/л*ч (для 3мг/л ГА в сутки), что близко несравнимо со скоростью подачи СО2 из баллона, даже из генератора на браге. Здесь становится понятно, почему наступила катастрофа в аквариуме с дискусами, когда я резко снизил подачу СО2 из баллона, оставив поступление удобрений на прежнем уровне.  Таким образом, внесение ГА не может выступать в качестве альтернативы подачи СО2 в hi-tech аквариумах, в прочем, как и дополнить его.

Что же, вышло опять много текста :-)  В следующей части (заключительной) постараюсь изложить свою точку зрения на то, почему при внесении ГА трава все таки начинает быстрее расти (при прочих нормальных условиях в аквариуме), а водоросли погибают.