Биологическая химия. Том 31 - Карасев В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, хотя экспериментальные достижения в области моделирования абиогенного синтеза биополимеров неоспоримы, вопрос об их самоорганизации и превращении в функциональные надмолекулярные структуры все еще далек от своего решения.
Как нам представляется, альтернативой актуалистическим подходам, описанным выше, может служить теория саморазвития элементарных открытых каталитических систем, основанная на естественноисторическом взгляде на проблемы предбиологи-ческой эволюции [9—17]. Ее использование может способствовать преодолению имеющихся трудностей в решении проблем •биогенеза.
2.2. Теория саморазвития элементарных открытых каталитических систем
2.2.1. Понятие элементарной открытой каталитической системы и ее основные характеристики
В основу развитой А. П. Руденко теории, называемой также автором теорией эволюционного катализа, были положены многочисленные факты изменения свойств катализаторов (само-разработка, созревание, старение) в процессе их функционирования, которые привели автора к разработке динамического подхода к явлению катализа, предполагающего переменность всех основных параметров, являющихся постоянными в классическом катализе (природа, активность и специфичность каталит затора, механизм каталитического действия) [16].
Объектом химической эволюции, по А. П. Руденко [9—17], является элементарная открытая каталитическая система (ЭОКС), т. е. целостная совокупность катализатора, реагирующих веществ и продуктов во всех фазах каталитических актов, связанная в единый кинетический континуум веществ и реакций:
где А, В, ... С, D ... — компоненты и продукты базисной каталитической реакции;
каталитическая система; Кг — центр катализа, включающий в. себя катализатор и другие внестехиометрические компоненты базисной реакции. В качестве базисных реакций при образовании ЭОКС могут служить лишь те, которые являются экзерго-ническими, т. е. обладающими отрицательным термодинамическим потенциалом:
где f — элементарное химическое сродство базисной реакции;. AG — потенциал Гиббса; а—коэффициент, зависящий от стехиометрии и механизма реакции, Na — число Авогадро. Обмен веществ в ЭОКС характеризуется абсолютной каталитической активностью:
где п — число каталитических актов за время t\ ? — длительность одного каталитического акта. Условием существования ЭОКС как открытой системы и мерой ее динамической устойчивости является а]~>0. Произведение af является энергетическим потенциалом ЭОКС [9] или общей мощностью базисной
I А + В-J-... -J- D +
I Ki
(2.2>
(2.3)
реакции, a afr — полезной мощностью, где г — коэффициент полезного действия базисного процесса. В течение п каталитических актов в ЭОКС освобождается поток свободной энергии:
Е =afn^=a2ft = ^—-,
преобразующийся в поток бесполезно рассеиваемого тепла (Q) и полезной работы в ЭОКС (0). При этом ?=Q+0> a r=Q/E.
Согласно теории, саморазвитие ЭОКС характеризуется величинами a, af и другими функциями от а, а самоорганизация ЭОКС — величинами 0, г и другими функциями от полезной работы базисного процесса внутри системы.
Тип устойчивости ЭОКС — динамический, то есть целиком •определяется обменом веществ и энергии, а не действием консервативных межмолекулярных сил. Сама ЭОКС представляет собой неделимый в функциональном отношении объект (струк-турно-энергетический континуум веществ и процессов), основой целостности которого является базисный процесс, а формой проявления — элементарный каталитический акт. Автором выделяется кинетическая сфера ЭОКС — обменные компоненты базисной реакции во всех стадиях механизма ее осуществления — я конституционная сфера — необменные, внестехиометрические компоненты базисной реакции (катализаторы, вспомогательные и структурирующие вещества со всеми особенностями их молекулярной и надмолекулярной структуры) [10]. ЭОКС могут испытывать воздействия окружающей среды, как затрагивающие кинетическую сферу (например, умеренные температуры, небольшие изменения pH среды, концентрации реагирующих веществ), так и конституционную сферу (в частности, под действием ионизирующего излучения, примесных реагентов и т. д.). В первом случае, после прекращения воздействия ЭОКС возвращается к прежнему уровню стационарности, в то время как во втором могут произойти необратимые изменения катализатора:
Ф ,
A + B+...-~C+D+ ...
Ki
I
Ki+1
C + D+... (2.5)
В результате возможны следующие варианты: либо каталитическая активность отсутствует (а=0), либо она имеется (а> >0). При а=0 имеют место неэволюционные изменения, и ЭОКС прекратит свое существование, так как лишится источника энергии (базисного процесса). При а>0 будем иметь эволюционное изменение, и ЭОКС продолжит свое существование на новом уровне стационарности. В условиях многократных изменений в ходе базисной реакции сам по себе произойдет первичный
