1. A savasság mértéke - hidrogénion-koncentráció

Jól ismert tény, hogy az enzimatikus hasítás mértéke - más tényezõk mellett - a felhasznált oldat savasságának, illetve lúgosságának fokától függ. Általában - sõt valójában minden esetben - ezt a mértéket az enzimatikus folyamatok esetében az oldathoz adott sav, illetve bázis teljes mennyiségébõl számítjuk ki, és azzal is fejezzük ki. Nem szoktak figyelmet fordítani az alkalmazott savak, illetve bázisok disszociációs állandójára, s még ritkábban veszik fontolóra, hogy az oldatok meg is köthetik ezeket az anyagokat.

Kétségen felül áll, hogy ezekben az esetekben alkalmazhatók az oldatok természetére vonatkozó, az elektrolitikus disszociáció Arrhenius-féle elméletében kifejtett elvek. Ha pl. pepszines hasítást hajtunk végre 0,1 normál sósavas oldatban, ahol a 0,1 N jelölés a teljes sósav-tartalomra vonatkozik, nemigen tévedhetünk, ha figyelembe vesszük, hogy a 0,1 N sósav nincs teljesen disszociálva, ezért az "aktuális savassági fokot" ésszerûbb lenne a hidrogénion-koncentrációval megadni, s ez ebben az esetben valamivel kisebb, mint 0,1 N. Ugyanígy azt is figyelembe kell vennünk, hogy a sók, például a foszfátok oldata milyen kicserélõdést mutat a sósavoldattal, s azt is, hogy milyen és mennyi egyéb, a hidrogénion-koncentrációt befolyásolni képes anyagot tartalmaz az oldat; a vizsgált esetben arról sem feledkezhetünk meg, hogy szubsztrát, esetünkben egy megfelelõ protein, szintén meg tud kötni savakat. Mivel az oldat hidrogénion-koncentrációja csupán a jelen lévõ disszociált szabad sav mennyiségétõl függ, a proteinhez kötõdõ sav mennyisége pedig a fehérje természetétõl és mennyiségétõl, könnyen belátható, hogy két oldat estében, melyek egyike 1 g, míg a másika 5 g proteint tartalmaz 100 cm³ 0,1N sósavban, s amelyeknek igy következésképppen az általánosan használt kifejezésmód szerint azonos a savassági fokuk, jelentõsen különbözik az "aktuális savassági fokuk", azaz a hidrogénion-koncentrációjuk.

A savassági foknak és a hidrogénion-koncentrációnak a pepszines hasítás estében kifejtett fenti elvei valamennyi enzimatikus folyamatra érvényesek. Azért választottam a pepszines hasítást példaként, mivel e folyamat magasabb hidrogénion-koncentrációnál megy a legjobban, ezért a viszonyok itt tisztábbak, és bizonyos mértékben már ismertek is. Mindazonáltal ugyane megfontolások nyilvánvalóan alkalmazhatók a legelõnyösebben gyengén savas, semleges, illetve bázikus oldatokban viselkedõ enzimek esetében is. E cikk késõbbi részében példákat fogunk bemutatni a hidrogénion-koncentráció jelentõségére egyéb enzimatikus folyamatokban; látni fogjuk, hogy a hatás azonos a pepszines hasításnál tapasztaltakkal, csak a számításba vett hidrogénion-koncentráció nagyságrendje különbözõ az egyes esetekben.

A hidrogénion-kitevõ

Ha egy vizes oldatban a hidrogénionok, a hidroxidionok, illetve a víz koncentrációját rendre C_H-val, C_OH-val és C_H2O-val jelöljük, ekkor, mint az jól ismert, a tömeghatás törvényébõl következõen az alábbi egyenlet írható fel:

Mivel C_H2O már kevéssé híg oldatok esetében is állándónak vehetõ, a ( C_H X C_OH) szorzat is állandó, tehát:

E szorzat értéke, amit általában, s e cikkben is, a víz disszociációs állandójának neveznek, 18 ^oC-on 0,64 x 10^-14; egy késõbb ismertetendõ méréssorozatban, melyet laboratóriumunkban végeztünk, az átlagos értéket 0,72 x 10^-14-nek, illetve másként kifejezve 10^-14,14-nek találtuk. Könnyen belátható, hogy e számérték segítségével a vizes oldatok hidrogénion-koncentrációja kiszámítható, ha ismert a hidroxidion-koncentráció, és viszont. Természetesen, mivel a víz disszociációs állándójának értékét hibák is befolyásolhatják, s mivel a hidrogénion-koncentrációt általában könnyebb pontosan meghatározni, mint a hidroxidionok koncentrációját, sokkal ésszerûbb, miként azt H. Friedentahl is javasolja, amikor csak lehetséges, egy oldatnak mindig a hidrogénion-koncentrációját meghatározni, s azzal számolni még a lúgos oldatok esetében is.

A folyamatot az alábbiakban egy 0,01 normalitású, azaz ennyi hidrogéniont tartalmazó oldat példáján mutatjuk be, amit 0,01 N-nel jelölünk, vagy röviden, a normalitás jelzését elhagyva 10^-2-vel is jelölhetünk. Ugyanígy, egy olyan oldat hidrogénion-koncentrációja, amely hidroxidionokra számítva 0,01 normál, 10^-12,14-nek adódik, mivel 10^-12,14 x 10^-2 = 10^-14,14. A teljesen tiszta víz, illetve a valóban semleges oldatok hidrogénion-koncentrációja 10^-7,07, mivel 10^-7,07 x 10^-7,07= 10^-14,14.

A hidrogénion-koncentráció értéke megfelelõen kifejezhetõ az oldat normalitási faktorával, nevezetesen a 10 negatív kitevõjével. Mivel a továbbiakban gyakran hivatkozom erre, itt rögzítem, hogy a "hidrogénion-kitevõ" elnevezést, valamint a P_H jelölést a 10 negatív kitevõjére alkalmazom. A fenti három példában a P_H értéke 2, 12,40 és 7,07....

A C_p érték, amely az oldat hidrogénionjainak normalitási faktorán alapul, vagy más szavakkal a hidrogénionok grammatomjainak literenkénti számát jelzi, minden e helyen tárgyalt esetben 1-nél kisebb, s ekként azonosan helyettesithetõ a 10^-P kifejezéssel. A P szám elnevezésére a "hidrogénion-kitevõ" kifejezést választottam, s röviden a P_H jelölessel jelzem. Egy oldat hidrogénion-kitevõjén (P_H) az oldat hidrogénionokon alapuló reciprok normalitásának Briggs-féle logaritmusát értjük.[1]

[1] Azért választottam a hidrogénion-kitevõ fenti definícióját, mivel csak ritkán kell 1 normálnál erõsebb hidrogénion- koncentrációjú oldatokat számításba venni. Ezért ez általában pozitív szám lesz, és csak ritka kivételes esetekben, az 1 normálnál töményebb hidrogénion-koncentrációjú oldatok esetében lesz negatív.