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.

6 комментариев:

  1. ГА поступает в клетку со сломанными белками - связанный, и с белками - пасивными переносчиками - тоже связанный. Потом ферменты, которые научены РАЗРЫВАТЬ белки на аминокислоты высвобождают ГА и заодно модифицируют до тех самых пентоз, что напрямую уходят пентозофосфатный цыкл или в биосинтез. Смотри, раз растительная клетка умеет синтезировать аминокислоты из подручных материалов (в том числе и пентоз), ЗНАЧИТ -есть инструменты по использованию/модификации/расщеплению ГА, как в полимерной форме, так и в форме мономера. Причем модификация ГА до пентоз - энэргетически проще, чем синтез тех пентоз из Со2.
    Это на коленке...почему ГА может и используется внутри клетки как метаболит... проскакивая энергетически затратный синтез органики из Со2...
    Некорректно пересчитывать по молям ГА и Со2... ты совершенно не учитываешь потерь энергии на синтез пентоз из Со2.
    А тезис о том, что ГА разлагается на Со2... вообще... типа "мясо мы спалим, получим уголь, а углем поправим вам желудок"...
    А может так мясо желудку дать?
    Может он просто голодный?

    ОтветитьУдалить
  2. Привет! Согласен, что ГА может поступать в клетку именно "насмерть" связанный с белками. Далее "испорченный" ГА белок, вероятно, будет подвергнут разложению под действием ферментов, однако специального механизма по "отстыковке" ГА из белка и синтезу из него интермедиатов для участия в пентозофосфатном цикле нет, по крайней мере, на поиск этих сведений в базах научной литературы я потратил приличное время. Кстати, seachem'омвцы предлагают для изучения механизма трансформации ГА в растительной клетке использовать метод меченного углеродного атома, т.е. сами не знают что происходит :-) С другой стороны, масса белка, подвергаемого последующей переработке много больше, чем ГА (в сотни раз), грубо говоря, в этом случае ГА, как источником углерода для нужд растения можно просто пренебречь, к тому же необходимо построить новый транспортный белок на замену поврежденного, что бы восстановить функции клеточной мембраны, на это также надо углерод и энергию. Думаю, восстанавливаться будет не отдельный белок(ки), а целая клетка, а это еще больше затрат энергии. Как мне кажется, это может быть одной из причин ускорения роста растений под действием ГА – частичное повреждение ГА транспортных функций клеточной мембраны запускает процессы регенерации растения, ГА выступает, как стресс-фактор. Косвенно, это подтверждается тем, что пока я не уменьшил подачу СО2 в аквариум растения интенсивно кустились при добавлении ГА. Идея трансформации ГА в СО2 seachem'овская, а не моя, я просто оценивал сколько может образоваться СО2 из одного моля ГА, уравнение материального баланса это единственно возможный способ (и правильный) такой оценки, законы сохранения массы и энергии еще не кто не отменял :-) Хотелось бы верить в красивую сказку про то, что ГА это энергетическая пилюля для растений, но факты пока против этого :-)

    ОтветитьУдалить
  3. Очень жду дальнейших публикаций

    ОтветитьУдалить
  4. Ну не все транспортные белки деструктурируются...:) некоторые, я так думаю, перенеся ГА внутрь клетки остаются нативными и продолжают функционировать. Другие требуют легкого ремонта. А в массе своей ферменты заточены не на конкретную молекулу а на конкретную связь, и та это или другая молекула - это всего лишь вопрос сродства активного центра... Так, что подумай еще над вопросом - что энергетически проще, починить немного мембранных белков или запустить деление соседней клетки? А данная клетка, где репарация уже не выгодна начинает некрозить, со всеми вытекающими? Не... я думаю, что там идет репарация стандартным набором ферментов, которым все-равто ГА это или рибулоза или другая пентоза.... для репарации все сойдет. Хватило бы материальных и энергетических ресурсов на этот процесс... И вот тут у многоклеточных явное преимущество, у них есть эти ресурсы. А одноклеточные погибают.

    ОтветитьУдалить
  5. Привет!
    Ну не знаю что проще чинить, белки или клетку, это пусть трава решает :-) Полностью согласен, что наличие ресурса для регенерации у растений и их отсутствие у одноклеточных (водорослей, бактерий) и обуславливает альгицидное/бактерицидное действие ГА. Практически мы с тобой обсудили значительную часть материала заключительной серии про ГА. Однако, я подготовил пару интересных графиков по материалам статьи о разложении ГА в воде и донных осадках, на следующей неделе думаю будет время для их публикации, заранее приглашаю для обсуждения :-)

    ОтветитьУдалить
  6. Анонимный25 мая 2009 г., 05:03

    очень интересно! жду продолжения

    ОтветитьУдалить