Немного о кислотах

Однажды ночью я меняла аккумулятор в машине, ковыряясь под крышкой капота с фонариком в одной руке и гаечным ключом в другой, - и нечаянно уронила ключ. Он упал на клеммы, закоротив аккумулятор, и тот взорвался, обдав меня кислотными брызгами. В лицо и руки как будто впились сотни горячих игл. Кинувшись в панике промывать глаза, я даже не обратила внимание на брызги кислоты, попавшие на джинсы. На следующий день я надела джинсы, и они расползлись практически на ходу.

Как и хлопковые нити в ткани джинсов, органические соединения нашей кожи разрушаются кислотой. С помощью кислотных ванн очищают скелеты, предназначенные для анатомических экспозиций. В триллерах они служат не самым привычным, зато нагоняющим достаточно страху способом избавиться от трупа. И, к сожалению, способ этот встречается не только в книгах. Печально известный серийный убийца Джон Хейг, на счету которого по крайней мере шесть убитых в Британии 1940-х, растворял трупы жертв в серной кислоте. Его выдала мелочь - не растворившаяся вставная челюсть жертвы, сделанная из акриловой пластмассы. Однако кислоты используются и в более гуманных целях. Например, разведенную хлористоводородную кислоту применяют в лечебных и дезинфицирующих целях. Кислота губительна для многих организмов, в том числе и патогенных.

Кислотность или щелочность раствора (его водородный показатель - рН) зависит от содержания в нем ионов водорода. Чем их больше, тем раствор кислотнее, и наоборот. Водородный показатель определяется как отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода. Это значит, что у кислотного раствора (с высокой концентрацией ионов водорода) рН будет низким. У щелочного же ионов водорода мало, а рН высокий. Запутаться немудрено, однако в наши дни, благодаря рекламе, рН давно у всех на слуху. Мыло, шампунь - а иногда и напитки - рекламируются как «рН-сбалансированные». Садоводам тоже приходится думать о водородном показателе почвы на своем участке, поскольку любители кислых почв, вроде вереска и азалий, в щелочной известковой почве не приживутся, тогда как гвоздики предпочитают как раз ее и погибают в кислотной. Полезно также помнить, что рН - это логарифмическая функция, и разница в одну единицу рН соответствует десятикратной разнице в содержании ионов водорода. Поэтому уксус (чей рН равен 2) содержит почти в миллиард раз больше ионов водорода, чем нашатырный спирт (рН 11).

Большинство клеток предпочитают рН-нейтральную среду (7,0), где концентрация ионов водорода такая же, как и концентрация гидроксильных ионов (ион водорода и гидроксильная группа образуют молекулу воды). Кроме того, клетки чувствительны даже к незначительным изменениям водородного показателя, поэтому рН крови человека тщательно регулируется средствами организма. Нормальный для крови показатель рН - около 7,4. Повышение до 7,7 или спад до 7,0 несовместимы с жизнью.

Однако многие бактерии и археи, напротив, предпочитают сильно кислую или сильно щелочную среду. Ацидо-филам - любителям кислоты - нравится рН менее пяти. Они обитают в горячих геотермальных источниках, где растворенные в воде сернистые газы образуют серную кислоту, или в кислотных водах, сочащихся из отвалов шлака вокруг старых шахт. Другие живут в уксусе и лимонном соке (вот почему эти продукты со временем портятся). К числу самых удивительных представителей этой группы относится Thiobacillus ferrooxidans. Она добывает энергию из углекислого газа, кислорода, серы и закиси железа, производя в процессе серную кислоту и соли железа, которые окрашивают ручьи, вытекающие из заброшенных шахт, в яркий желто-коричневый цвет и сильно окисляют воду (до рН равного двум). Для большинства водных форм жизни и кислота, и растворенные металлы токсичны. Однако Т. ferrooxidans обладает еще более поразительной способностью, как подсказывает ее второе название - Т. concretivo-rans (пожирательница бетона). Она питает особую страсть к низкомарочному бетону, богатому серой, особенно если он армирован металлическими прутьями. К ужасу строителей, бактерия вырабатывает столько серной кислоты, что бетон начинает «гнить». В результате рушатся мосты и эстакады, крошатся плиты многоэтажек. Прошло немало времени, прежде чем удалось установить виновницу бетонной гнили, поскольку плотность ее крайне низка - одной бактерии для одноразового деления требуется потребить железа в 50 раз больше собственного веса.

Ацидофилы не просто терпят низкий рН, он им действительно нравится. Например, Sulpholobus лучше всего растет при рН 2. И это очень кстати, поскольку в качестве отходов метаболизма она производит серную кислоту. Есть бактерии, для которых оптимальный рН еще ниже. Текущий рекорд принадлежит микробам вида Pircophilus - лучше всего они чувствуют себя при рН 0,5. При рН выше 3 они перестают расти, а при рН, равном 5, - разлагаются. Кислотную среду неплохо переносят также некоторые грибы и водоросли, способные расти в слабом растворе серной кислоты.

Кислота разрушает ДНК и белок. Как же тогда удается кислотолюбивым археям и бактериям выживать при рН 0,5? Точного ответа на эту загадку пока нет, но, предположительно, они просто не допускают кислоту внутрь, выкачивая ионы водорода сразу, как только они попадают в клетки или превращая кислоту в воду добавлением ги-дроксильной группы. Однако белки клеточных мембран, откачивающие кислоту, все равно должны как-то выносить рН 0,5, поскольку их внешняя поверхность соприкасается непосредственно с кислой средой. Поэтому загадка остается, только теперь нужно смотреть глубже: почему кислота не растворяет мембранный белок. Этого пока не знает никто, хотя бьются над этим вопросом многие.

Источник: Алиса Брайкович 31 декабря 2015