Helvetica Chimica Acta, Vol. 28, Fasc. 3

C o p y rig h t 1945 b y : S ch w eizerisch e ch e m isc h e G e se lls c h a ft, B a se l — S o ciété su isse d e C h im ie, B â le — S o c ie tà sv iz z e r a d i c h im ic a , B a s ile a . N a ch d ru ck v e r b o te n . — T o u s d r o its réserv és. —- P r in te d in S w itz e r la n d .

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1936, ( i m i t a i Génère.

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K Ä f c t llS

EmikCkrklia Aeide 2-hrdioïyi

,1) Acide 2 #

i0 .

236;table3,

50. Lösungsgleichgewichte in w ässrigen Systemen.

(5. M itte ilu n g ).

Das System C02—NH3—(NH4)2S04—H20 bei 20°—50°

v o n A. Guyer u n d T. P ieeh ow iez.

(13. I I . 45)

Über den ersten Teil der U ntersuchung des System s C 0 2—N H 3—

(NH4)2S 0 4—H 20 ist bereits frü h er b e ric h te t w o rd en 1). N ach der A b ­ klärung der G leichgew ichtsverhältnisse im R an d sy stem C 0 2— NTI3—

H 20 2) wurde die U ntersuchung des gesam ten System s m it A m m o­

niumsulfat w eiter verfolgt. E s w urde n u n die P o lyth erm e der m it Am m onium hydrogencarbonat u n d A m m onium sulfat u n te r A tm o sp h ä­

rendruck im Gleichgewicht stehenden Lösungen bestim m t u n d die Grenzen des A m m onium sulfatfeldes bei zwei T em peraturen (20° un d 40°) vollständig festgelegt.

Die gleichzeitige Löslichkeit von A m m onium hydrogencarbonat und A m m onium sulfat b estim m te N ishizaw a3) bei 15°, 30° und 40°, Fedotieff und Kolossof4) bei 35°, Wolfkowitsch, Belopolski u n d Lebe- dew5) bei 15°, Belopolski, Schpim t u n d Sserebrenikowae) bei 0°. In allen diesen A rbeiten w urde die k o n g ru en te Löslichkeit des A m m o­

nium hydrogencarbonats vorausgesetzt, was aber bei höheren T em ­ peraturen (oberhalb 15°) n u r u n te r ziemlich hohem C 0 2-D ruck zu ­ trifft. Die A ngaben von Fedotieff u n d von N ishizaw a bei 30° bis 40°

sind nicht übereinstim m end.

Unsere B e stim m u n g e n w u rd en u n ter A tm o sp h ä ren d ru ck n a ch d er in frü heren M it­

teilungen7) b eschriebenen M eth od e a u sg e fü h r t. D ie L ö su n g e n w u rd en m it b eid en B o d e n ­ körpern bis zur E rreich u n g d es G le ic h g e w ic h te s u n te r g le ic h z e itig e r D u r c h le itu n g v o n K oh len d ioxyd gerührt.

Die P olytherm e dieser Lösungen (DD, Fig. .1) ist also eine ,,COa- Sättigungskurve“ . E s ist a b er eine E igen tüm lichk eit der System e mit A m m onium hydrogencarbonat, dass solche Lösungen einen Ü b e r­

schuss nicht an K ohlendioxyd, sondern an A m m oniak aufw eisen.

Die Zahlenergebnisse sind in d er Tabelle I zusam m engestellt.

Sie sind m it den von oben z itie rte n A uto ren bei 30°— 40° gefundenen Zahlen nicht vergleichbar. D ie P u n k te bei 0° u n d 15° dagegen bilden eine glatte V erlängerung der von uns festgelegten P olytherm e. Das

b 3. M itteilu n g , H e lv . 26, 2 42 (1 9 4 3 ).

2) 4. M itteilu n g , H e lv . 27, 85 8 (1 9 4 4 ).

3) J . Soc. eh em . In d . J a p a n 23, 25 (1 9 2 0 ); In te r n . Crit. T a b le s IV , 326.

4) Z. anorg. Ch. 130, 39 (1923).

5) 2 . prikl. C him . 4, 177 (1 9 3 1 ); C. 1932 I . 3 67.

6) 2.

ist v e rstä n d lich , d a bei diesen T em p eratu ren das Ammoniumhydro- g en carb o n at k o n g ru e n t löslich ist.

T a b e l l e I.

B o d e n k ö r p e r : N H 4H C 0 3+ ( N H 4)2S 0 4 ( C 0 2-S ä ttig u n g sk u r v e ) Z u sa m m e n se tz u n g d er L ö su n g

°c

O o

2 0 2 ,5 4 1 ,0 3 3 9 ,4 0 ,0 5 4 ,6 39,4

3 0 3 ,8 0 1 ,7 5 3 8 ,4 0 ,3 6,8 38,4

4 0 6,87 3 ,7 8 3 5 ,5 1,1 12,3 35,5

5 0 1 1 ,5 0 7 ,13 2 9 ,6 2 ,7 2 0 ,6 29,6

o/o NH4H C 0 3 N

o/o (NH4) 2SO.

F ig . 1 . P o ly th e r m e n .

°lo NH,

Die F ig. 1 e n th ä lt noch v ier a n d ere, au f G rund von früheren B e stim m u n g e n 1) eingetragene P o ly th e rm e n . I I u n d N N sind dieC 02- u n d N H 3-S ättig u n g sk u rv en in A m m onium sulfat-freiem System. Kur­

ven DD u n d H H sind entsprech end e S ättigungslin ien bei der Sätti­

gung a n A m m onium sulfat. D ie fü n fte s ta rk ausgezogene K urve (BB)

b H e lv . 26, 2 4 2 (1 9 4 3 ) u n d 27, 85 8 (1 9 4 4 ).

— 403 —

stellt die Löslichkeit von A m m onium sulfat bei S ättig u n g an A m m o­

niak dar.

Die Fläche D D II ist die P o ly th erm e der Löslichkeit von A m m o­

nium hydrogencarbonat u n te r A tm osp h ären druck bei verschiedenen Gehalten an A m m onium sulfat von K uli (II) bis zur S ättig u n g (DD).

Die Fläche H H K K stellt die Löslichkeit von A m m on ium carbam in at bei Sättigung an A m m oniak u n te r A tm osp h ärendruck u n d bei v e r ­ schiedenen G ehalten an A m m onium sulfat dar.

Zwischen diesen beiden F lächen e rstre c k t sich ein R aum , in w el­

chem alle Gleichgewichte von C 0 2-K H 3-V erbindungen und A m m o­

niumsulfat m it g esättigten Lösungen u n te r den 1 A tm . n ich t ü b e r­

schreitenden D rucken darg estellt w erden können. D a aber das vo ll­

ständige D iagram m un übersichtlich wäre, sind diese Gleichgewichte in Fig. 1 vernachlässigt w orden.

Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, dass A m m onium sulfat viel stä rk e r die Löslichkeit von A m m onium hydrogencarbonat als die von A m ­ moniumcarbaminat v erm in d ert. U m gekehrt ist die Löslichkeit von Ammoniumsulfat in den a n A m m onium hydrogencarbonat g esättig ten Lösungen viel grösser als in denen, die m it A m m on ium carbam in at im Gleichgewicht stehen, was m it dem A m m oniakgehalt d er Lösungen im Zusammenhang steht.

Ausser den oben besprochenen P o ly th erm en w urden zwei voll­

ständige Isotherm en des System s bestim m t, u n d zw ar b ei 20° u nd 40°. Die Zahlenergebnisse sind in Tabellen I I und I I I angegeben.

Die Tabellen enth alten alle m o novarianten P u n k te an den Grenzen des A m m onium sulfat-Sättigungsfeldes. Die Löslichkeit von A m m o­

niumsulfat (P un kt A) ist aus den L ite ratu ran g a b e n in terp o liert, die Gleichgewichte an der K H 3-Sättigungsgrenze (P u n k te B u nd H ) sind der M itteilung von Schütze u n d Piechowicz1) entnom m en worden.

T abelle II.

Iso th e r m e 20°.

Z u sa m m e n se tz u n g der

Punkt B o d en k ö rp er L ö su n g in % %

c o 2 n h3 (N H 4)2S 0 4

A (N H 4)2S 0 4 ...

— —

g u n g s p u n k t ) ... 2 ,5 1,0 3 9 ,4

E N H 4H C 0 3+ , , P “ + (N H 4)2S 0 4 . . . . 15,1 1 1,5 22,1

F ,,P “ + (N H 4)2C 0 3-H 20 + (N H 4)2S 0 4 . . 1 9,0 1 5,6 17,1

G (N H 4)2C 0 3 • H „ 0 + n h4c o2n h2 +

+ (N H 4)2S 0 4 ... 2 2 ,4 3 0 ,0 8,9 H N H 4C 0 2N H 2+ ( N H 4)2S 0 4

(N H 3-S ä tt ig u n g s p u n k t) ... 2 1,7 3 1 ,4 8,2

B (N H 4)2S 0 4 (N H 3- S ä ttig u n g sp u n k t) — 29 ,8 7,1

h 1. c.

T abelle III.

Is o th e r m e 4 0 °.

P u n k t B o d e n k ö r p e r

Z u sa m m e n se tz u n g der L ö s u n g in %%

c o 2 N H ,

(NH

)

so

A ( N H 4)2S 0 4 ...

— —

D N H 4H C 0 3+ ( N H 4)2S 0 4

( C O ,- S ä t t i g u n g s p u n k t ) ... 6 ,9 3,8 35,5

T N H 4H C 0 3+ „ R “ + ( N H 4)2S 0 4 . . . . 2 3 ,4 18,1 15,6

U „ R “ + N H 4C 0 2N H 2 + ( N H 4)2S 0 4 . . . 2 7 ,8 2 4 ,4 11,4

H N H 4C 0 2N H 2 + (N H 4)2S 0 4

( N H 3- S ä t t ig u n g s p u n k t ) ... 2 7 ,6 2 7 ,5 10,2

B ( N H 4)2S 0 4 ( N H 3-S ä ttig u n g s p u n k t) — 1 2 ,5 28,5

D ie D iagram m e (Fig. 2 u n d 3) e n th a lte n n ich t n u r die Grenzen des A m m onium sulfatfeldes, sondern auch die Sättigungsfelder aller CO2- M H 3-Ver bind n n g en , welche m it H ilfe von frü h er bestimmten G leichgew ichten im te rn ä re n S ystem C 0 2— N H 3— H 20 (P unkte I, K, L, M, IST, Y , W) k o n s tru ie rt w orden sind. F ü r die K onstruktion der D iag ram m e w urden als K o m p on en ten N H 4H C 0 3 u n d K H 3 anstatt C 0 2 und K H 3 an genom m en u n d die Zahlen entsprechen d umgerechnet.

F ig . 2 . I s o th e r m e 2 0 °.

— 405 —

fe von frier 1®

-Mj-HiOlM

Fnr die Konstmi:

H,HCO, und

sie

F ig . 3.

I s o th e r m e 4 0 °.

Wie aus den D iagram m en ersichtlich ist, tre te n bei S ättigung an Ammoniumsulfat die gleichen Salze als B odenkörper auf, welche im ternären System C 0 2—N H 3— H 20 gefunden w orden sind. Die Gleich­

gewichte im qu aternären System erscheinen also ziemlich einfach, umsomehr als von keiner der C 0 2-—bTH3-V erbindungen ein D oppel­

salz mit A m m onium sulfat gebildet w ird.

Technisch - chemisches L aboratorium der

Eidgen. Technischen Hochschule, Zürich.

biochemische Bedeutung1).

V . M itte ilu n g .

Zur Steuerung biologischer Oxydoreduktionsprozesse durch Wasserstoffionen

v o n F. A lm asy.

(1 4 . I I . 4 5 .)

§ 1 . D a s o x y d o r e d u k tiv e G le ic h g e w ic h t z w eier m -stu fig e r R e d o x s y s te m e , deren Be­

s ta n d te ile : o x x, redj u n d o x 2, r e d 2 u n v o llstä n d ig d isso z iie r te S ä u ren se in m ögen , die teils in freier u n d t e ils in S a lzfo rm g e lö s t v o r lie g e n , g e n ü g t b e i k o n sta n te r Tem peratur und k o n sta n te m A u sse n d r u c k d er B e d in g u n g :

1151

A n e in er F e r m e n tm o le k e l, w e lc h e d ie E in s te llu n g d ie se s G leich g ew ich tes wirksam k a ta ly s ie r t, e r sc h e in t u n te r der a u c h in v o r h e g e n d e r A r b e it b e n u tz te n Voraussetzung id ea ler L ö su n g en G leich u n g (45) b is a u f g erin g e A b w e ic h u n g e n e r fü llt, d ie durch das N a c h d iffu n d ie r e n d er R e a k tio n sp a r tn e r d e s F e r m e n tp r o z e s se s b e d in g t sin d . F a lls letzterer z . B . im S in n e : redj^ + o x 2 o x t + r e d 2 e r fo lg t, d iffu n d ie r e n d ie lin k sste h e n d e n Partner zur F e r m e n tm o le k e l, u n d d ie r e c h tsste h e n d e n v o n ih r h in w e g . D ie Diffusionsgeschw indig- k e it k a n n d a b e i a ls k le in im V er g le ic h zu r U m se tz u n g sg e s c h w in d ig k e it a m Ferm ent an­

g e n o m m e n w erd en . I n so k le in e n V o lu m g e b ie te n , w ie d er k a ta ly tisc h w irk en d en Grenz­

sc h ic h te e in er F e r m e n tm o le k e l, tr e te n se h r b e d e u te n d e sta tis tis c h e K onzentrations­

sc h w a n k u n g e n u m d ie G le ic h g e w ic h tsla g e a u f (v g l. z. B . 2)). W ir se h e n v o n diesen ab, d a sie sic h im M ittel ü b er lä n g ere Z e iträ u m e h e r a u sh e b e n u n d in d er folgen den Über- le g u n g n ic h t b e r ü c k sic h tig t w e r d e n m ü sse n .

M an k a n n e in e O x y d o r e d u k tio n im S in n e der W i e la n d ' s e h e n Dehydrierungstheorie a ls A u sta u sc h v o n H -A to m e n a u ffa sse n :

A H n ,, red! + A H n2, ox2 = A H n !-m , ox, + A H n2+m , red2 > (4ß>

od er im S in n e d er C la r k 'se h e n T h eo r ie a ls E le k tr o n e n a u s ta u s c h b e tr a c h te n :

A < - v , red! + A < - w , ox2 = (« )

N a c h b e id e n A n sc h a u u n g e n e r fo lg t der A u sta u sc h v o n m H -A to m e n b zw . Elektronen o h n e K o n su m oder P r o d u k tio n v o n W a sse r sto ffio n e n . D a g e g e n n e h m e n am Umsatz sä m tlic h e r D iss o z ia tio n s stu fe n v o n r e d 1; o x 2, o x x u n d red 2, w ie er a u s der Verknüpfung d er O x y d o r e d u k tio n m it d er e le k tr o ly tis c h e n G le ic h g e w ic h ts e in ste llu n g resu ltiert, im all­

g e m e in e n a u c h W a ss e r s to ffio n e n te il. U m d en p H -E in flu ss, d er h iera u s h erv o rg eh t, ange­

m essen b e h a n d e ln zu k ö n n e n , b e n u tz e n v i r d a s in d er IV . M itt.3) d a r g e le g te Verfahren, n a m e n tlic h d ie u n te r d er V o r a u sse tz u n g : T = k o n s t., p = k o n st. fü r in fin itesim a le Ver­

sc h ie b u n g e n d e s e le k tr o ly tis c h e n G le ic h g e w ic h te s e r h a lte n e B e z ie h u n g : i = n

R T d ln [S ä u r e t o ta l] AH + 2 1 1 “ i a h R T d ln - R T d ln [A H n] = 0 (37) i = 0

*) A r b e it m it U n te r s tü tz u n g der J u b i l ä u m s s p e n d e fü r die U n i v e r s i t ä t Zürich.

2) D o n n a n , F . G . , J . g e n . P h y s io l. 8, 68 5 (1 9 2 7 ).

3) H e lv . 25, 1 5 9 0 (1 9 4 4 ), I V . M itt.

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^ne Beziehung:

j.^|lTdlii[AHJ=

D ie d a m it v erb u n d en e G leich u n g (38) w ird b e r ü c k sic h tig t im S in n e der A u sfü h ­ rungen des § 4 der I V . M itt.

§ 2. F ü r eine unendlich kleine isotherm -isobare V erschiebung des oxydoreduktiven Gleichgewichtes gilt nach der vorstehenden Gleichung (45):

d 1" [A H ni_ m] 0Xl + d ln [AHns+m]redj - d ln [ A H ^ - d ln [ A H J ^ = 0 (48)

Setzt m an gemäss Gleichung (37) für d ln [A H m_ m] 0Xi

i = n i —nt

d ln [S ä u re to ta l]QXi + ^ i ofj 0Xi d ln [ H -]

i = 0

ein und verfährt m it den übrigen Term en der Gleichung (48) in a n a ­ loger Weise, dann ergibt sich bei E infü h ru n g der abgekürzten Be­

zeichnungen :

i = ü i—m i = n2+ m i = nx i = n2- ^

2 i 0 ' i , o x 1 + E i a i,r ed 2 - S i a i , r e d , - ^ i a i ,0X2 = A “ A = B H (4 9 >

i = 0 i = 0 i = 0 i = 0

die Relation:

d ln [Säu re to ta l]QXi + d ln [S ä u re to ta l] redn -

- d ln [Säure to ta l]redi - d ln [S ä u re t o ta l]OX2 + B R d ln [H ‘] = 0 , (50)

welche für konstantes T u n d p das V erhalten des im Gleichgewicht befindlichen Systems:

(Säure totaI)redi + (Säure t o ta l)OXn = (S äu re to ta l) OXi + (Säu re t o ta l)redi + B H IP

gegenüber infinitesim alen K onzentratio n sän derungen in dem Masse erfasst, als die B edingung: d B H/d ln [ET] = 0 erfüllt ist. D em entspre­

chend beruhen die folgenden Ü berlegungen auf der V oraussetzung einer hinreichend kleinen p H-A bhängigkeit von B H (vgl. IV . M itt., § 4).

In der D efin itio n sg leich u n g (49) drückt. A d ie m it e in em M ol (Säu re to ta l)redj so- wie einem Mol (Säure to ta l)ox zur F e r m e n tm o le k e l h in d iffu n d iere n d e, u n d A d ie m it einem Mol (Säure to ta l)OXi sow ie ein em M ol (Säu re to ta l) mL v o n der F erm e n tm o le k e l w e g ­ diffundierende S äu rean ion en ladu n g in F a rad ««/-E in h eiten a u s [v g l. I I . M itt. 1), S . 1489 bis 1492]. Zur E rhaltu n g der E le k tr o n e u tr a litä t w ird (in d er G ren zsch ich te d er F e r ­ m entm olekel) pro Mol U m sa tz ein e s jed en d er v ier P a rtn er ein e d em Ü b ersch u ss der

-*1’ *- F letztem über die erstere L a d u n g sm en g e ä q u iv a le n te H '-I o n e n m e n g e : B H = A - A frei- gesetzt oder gebunden, je n ach d em ob B H p o sitiv oder n e g a tiv is t. B H ist d im e n sio n slo s, da es die B edeutu n g Mol H '-Io n e n pro M ol U m sa tz h a t. D ie F o rd eru n g ein er k lein en pH -A bhängigkeit vo n B H ersch ein t in pH -B ereich en e r fü llt, in d e n e n d ie K u r v e B H (pjj) nahezu horizontal v erlä u ft.

Wir schreiben Gleichung (50) in der F o rm :

d [Säu re to ta l]QX d [S ä u re t o ta l]red>

[Säu re to ta l]QX

+

d [Säure to ta l]redi d [S ä u re to ta l

[Säure to ta l]red [Säu re to c a l]OXa = — BHtt d ln [ H ‘] (50a)

*) H elv. 24, 1480 (1941), II . M itt.

Falls in d er k a ta ly tisc h ivirkenden G renzschichte der Ferment­

m olekel du rch eine differentielle p H-Ä nderung eine unendlich kleine U m setzung im Sinne: r e d d + o x 2 -> oxj + r e d 2 hervorgebracht Avird, g ilt aus stöchiom etrischen G rü n d en u n te r N ic h tb e a c h tu n g des Nach- diffundierens der E e a k tio n s p a rtn e r:

d [S ä u re t o ta l] OXi = d [S ä u re to ta l] redi = - d [S ä u re t o ta l]redi =

= - d [S ä u r e to ta l] OX2 = (d [S ä u re t o t a l ] ) ^ _ 0Xa^ 0Xi _ red2, ' (51)

wobei das rech tssteh en d e D ifferen tial die U m setzung einheitlich kennzeichnet. B eim E in fu h ren dieser Grösse in Gleichung (50a) er­

h ä lt m an :

(d [S a u re to ta l])redi> 0Xs_ * 0Xii red2 + [S ä u r e t o t a l ^ +

+ ö--- 1— Tn---- + , ,, - ^ = - B „ d ln [H -], [Säu re t o ta l] redi [S ä u re to ta lJ OX2 J H

oder durch U m form ung u n d Ü b ergang zu: p H = — ln [H ‘]/2,30:

(d [S ä u r e to ta l] ) redi _ ^ ^ > red2 d PH

2 ,3 0 Bh

1 1

+

(52) [S ä u r e to ta l] OXi [S ä u re to ta l] red [S ä u r e t o ta l] redi [S ä u re to ta l]ox

D er D ifferen tialq u o tien t (d [Säure t o t a l ] ) redi 0X2 0Xi _ red2 /d pH gibt an , in w elchem Sinne u n d wie sta rk das Oxydoreduktionssystem auf p H-Ä nderungen an sp rich t. Bei positivem B H ist (d[Säure to ta l ]) redi 10X2 0Xi red2 /d p H positiv, d .h ., das System spricht gemäss der D efinitionsgleichung (51) au f p H-E rhö hungen im Sinne: red d + ox, -> oxd + re d 2 an, u n d au f p H-Senkungen im Sinne: o x d + re d ^ re d j-l- o x 2. B ei n egativem B H ist (d [S äu re to ta l] )redi ox„ 0Xi red2/d pH ne­

g ativ , u n d das System rea g iert au f p H-Ä nderungen in umgekehr­

te r A rt. G l e i c h u n g (52) l ä s s t o h n e w e i t e r e s e rk e n n e n , d a s s k e i n m e r k l i c h e s A n s p r e c h e n a u f p H - Ä n d e r u n g e n er­

w a r t e t w e r d e n k a n n , s o f e r n | B H | o d e r a u c h n u r e i n e der v i e r i m N e n n e r s t e h e n d e n K o n z e n t r a t i o n s g r ö s s e n sehr k l e i n i s t . W ir gehen n u n auf diese V ariablen d er Gleichung (52) n ä h e r ein (§§ 3, 4).

§ 3. W a s Bh b e tr ifft, so lä s s t e s sic h m itte ls G le ic h u n g (40) d er IV . M itt. berechnen, fa lls d ie e le k tr o ly tis c h e n D iss o z ia tio n s k o n sta n te n der v ie r R e a k tio n s p a r tn e r bekannt sind.

N o c h ein fa c h e r w ird Bjj a u s d e n T itr a tio n s k u r v e n d er P a r tn e r e r h a lte n ( s . 1)). Unter U m stä n d e n is t d er e in e od er der a n d e r e P a r tn e r in sta b il, so d a ss d ie B estim m u ng der D iss o z ia tio n s k o n sta n te n n ic h t g e lin g t. I m F a lle d er w ic h tig e n O x y d o r e d u k tio n 2) :

1 , 3 -D ip h o s p h o g ly c e r in a ld e h y d + C o zy m a se I =

= 1 ,3 -D ip h o s p h o g ly c e r in sä u r e + D ih y d r o -c o z y m a s e I (53) ') H e lv . 24, 1 4 8 0 (1 9 4 1 ), I I . M itt.

2) W a r b u rg , 0 . , u n d C h r istia n , W . , B io c h . Z. 303, 4 0 (1 9 3 9 ); N ä ge le in , E., und B rö m el , H . , B io c h . Z. 301, 1 3 5 (1 9 3 9 ); 303, 132 (1 9 3 9 ).

konnte z. B . der 1 ,3 -D ip h o sp h o g ly c e r in a ld e h y d n o ch n ic h t iso lie r t w erd en u n d m u ss vor- - 'v i '1 derhand als h y p o th e tisc h g e lte n (nur se in e D o p p e lv e r b in d u n g w u rd e s y n th e tis ie r t1)), w äh -

■ tVllFSi ren(j C ozym ase I in a lk a lisch er u n d D ih y d r o -c o z y m a s e I in sau rer L ö su n g u n b e stä n d ig ist2). Sieht m an v o n der P h o sp h o ry lieru n g in d er 1 -S te llu n g ab u n d sc h r eib t g e m ä ss der früheren A u ffa ssu n g :

3 -P h o sp h o g ly c e r in a ld e h y d + C o zy m a se I =

= 3 -P h o sp h o g ly cer in sä u re + D ih y d r o -c o z y m a s e I , (54) dann gelingt es, B H b eim p h y sio lo g isc h e n pH 7 m it ein ig er S ic h e r h e it zu e r m itte ln . K i e s s - ling3) bestim m te (w ah rsch ein lich b e i 20 ° C) d ie D iss o z ia tio n s k o n sta n te n d e s 3 -P h o sp h o - glycerinaldehyds: K x = 7 ,9 4 x 10- 3 , K 2 = 1 ,7 8 X 10- 7 , so w ie d er 3 -P h o sp h o g ly cer in sä u re:

_ 3 8 0 x IO- 2 , K 2 = 3 ,8 0 x 10- 4 , K 3 = 1 ,0 5 x 10- 6 . N a c h G leich u n g (40) der IV . M itt.

berechnen wir daraus:

i = 2

v i

/ i 1 a i , 3-Phosphoglycerinaldehyd, p „ 7 1 = 0

7,94 x 10_ 3 x 10-7 + 2 x 7 ,9 4 x 10- 3 x 1 ,7 8 x 10-7

_________________________________________________________ = 1 h l - i o - i 4 + 7 ;94 x i o - 3 x 10“ 7 + 7 ,9 4 x 1 0 ~ 3 x 1 ,7 8 x 1 0 ~ 7 ’ ’ und ebenso:

i = 3

^ i 1 “ i, 3-Phosphoglycerinsäure, p „ 7 2 ,9 2 i = 0

Die U ntersuchung der L e itfä h ig k e it u n d der d ie le k tr isc h e n E ig e n s c h a fte n d er C o z y ­ mase I durch Hausser u n d K i n d e r 4) ergab ü b e r e in stim m e n d m it der v o n M e y e rh o f u n d Mühle5) erhaltenen T itra tio n sk u rv e, d a ss b e i p H 7 d ie D isso z ia tio n d er N H 3--G ru pp e d es Adenins nahezu v ö llig zu rü ck g ed rä n g t, u n d d ie D isso z ia tio n d es P y r id in iu m stic k sto ffs nT. . ; . sowie der beiden P hosp h orsäu rereste p ra k tisch v o llstä n d ig ist (ein w ertig e s Z w ittera n io n ).

•1 11 p ro y i0i Cozymase w e ist b ei d iese m p H d a n a c h d ie A m in o g r u p p e d e s A d e n in s d ie L a d u n g N ull, der P y rid in iu m stick sto ff d ie p o s itiv e L a d u n g 1 F a r a d a y u n d jed er d er z w e i P h o s- - VMlspritlt'L phorsäurereste die n e g a tiv e L a d u n g 1 F a r a d a y a u f. I n e in fa c h e r V era llg em ein eru n g der jjpj im Sinne; v bisher nur für A n ion en b e n u tz te n F o rm u lieru n g sw eise a u f d e n F a ll v o n Z w itte r io n e n

schreiben w ir :

— 409 —

1' dtiran B, it

i = 2

iSumei^rWr

VitY = - 1 + 2 = 1

IndernDgen in e 2 j _ 2 i,o o .y m Me i , p H7

D ie D ih yd ro-cozym ase I w u rd e im fr a g lic h e n Z u sa m m en h a n g n ic h t u n te r su c h t, mf Pn-indemf N ach Karrer, Schwarzenbach, B e n z u n d S o lm s e n 6) so w ie W a r b u rg u n d Christian'’) itr auch anrft hier jedenfalls d ie p o sitiv e L a d u n g d es P y r id in iu m stic k s to ffs d er C o zy m a se. M ith in liegt die D ih yd ro-cozym ase u n ter d er w a h r sc h e in lic h e n V o r a u sse tz u n g , d a ss (w ie im F a ll nrratlODA 1 (}er Cozymase) d ie D isso z ia tio n der A d en in -A m in o g ru p p e v er sc h w in d e n d gerin g u n d d ie D issoziation der b eid en P ho sp h o rsä u rere ste p ra k tisch v o lls tä n d ig is t, b ei p H 7 a ls z w e i­

wertiges A nion v or. W ir sch reib en in d ie se m S in n e :

tarpon*’

1 “ i, Dihydro-cozymase I, p H7 i = — 1

4) Baer, E., u n d Fischer, H . O. L . , J . B io l. C h em . 143, 56 3 (1942).

rid p O i**' 2) Warburg, O., u n d Ch ris tian, W . , B io c h . Z. 287, 291 (1 9 3 6 ).

^ » 1 = 3) Kiessling, W ., B io ch . Z. 273, 103 (1 9 3 4 ).

4) Hausser, I . , u n d K i n d e r , E . , Z. p h y sik a l. C h. [B .] 41, 14 2 (1 9 3 8 ).

5) Meyerhof, O., u n d Mühle, W . , B io c h . Z. 294, 24 9 (1 9 3 7 ).

6) Karrer, P . , Schwarzenbach, G., Be nz , F . , u n d Solm se n, ü . , H e lv . 19, 811 (1 9 3 6 ).

7) Warburg, O., u n d Chr ist ian, W . , B io c h . Z. 287, 291 (1936).

.(jro-cpzvmase I

1 = 3 i = 2

^ “ i, 3-Phoaphoglycerinsäure ' a i, Dihydr o-cozy mas e I 2 ,9 2 + 2 = 4,92

i = 0 i = - l

» F i = 2 i = 2

^ 2 j * a i, 3-Phosphoglycerinaldehyd ^ 2 | * a i, Cozymase I 1>64 + 1 2 ,64

i = 0 i = —2

Bh = A F - A F = 4 ,9 2 - 2 ,6 4 = 2 ,2 8 .

D er U m sa tz v o n je e in e m M ol 3 -P h o sp h o g ly c e r in a ld e h y d u n d C o zy m a se I zu 3-Phos- p h o g ly c e r in sä u r e u n d D ih y d r o -c o z y m a s e I is t d e m n a c h b ei pH 7 m it der Freisetzung von 2 ,2 8 Mol H ’-Io n e n v e r k n ü p ft. A u f a n a lo g e A rt fin d e t m a n b e i p H 7 ,5 b zw . 8 die (approxi­

m a tiv e n ) B H -W erte 2 ,1 1 b z w . 2 ,0 5 , w o r a u s fo lg t, d a ss B H in d iese m B ereich mitzuneh­

m e n d e m p H a b n im m t, d B 0 /d p H b e tr ä g t b e i p H 7 ,2 5 e tw a - 0 ,3 4 u n d b ei pH 7,75 etwa

— 0 ,1 2 . E in e g e n ü g e n d w e itg e h e n d e A n n ä h e r u n g a n d en im § 2 v o r a u sg e se tz te n Grenz­

fa ll: d B H/d p jj = 0 d ü rfte b e im v o r lie g e n d e n O x y d o r e d u k tio n ss y ste m so m it erst im Be­

r eich u m pH 8 h eru m zu e r w a r te n se in .

§ 4 . E in ig e d er w ic h tig ste n M e ta b o lite n w e is e n in le b e n d e n Z e llen ein e Konzen­

tr a tio n v o n u n g e fä h r 1 0 - 3 M ol pro L ite r a u f 1). D ie K o n z e n tr a tio n s v a r ia b e in der Gleichung (52) sin d z. T . v o r a u ss ic h tlic h v o n h ö h erer G rö ssen o rd n u n g , d a sie sic h n ic h t a u f die gesamte Z e lle, so n d ern a u f d ie k a ta ly tis c h w irk sa m e G r e n z sc h ic h te e in er F e r m e n tm o le k e l beziehen, u n d d a s A d so r p tio n sg le ic h g e w ic h t d iese r S c h ic h te (d e s A d so r p tio n sfilm e s) m it dem um­

g e b e n d e n Z y to p la sm a m a ss g e b e n d e r sc h e in t. E in b e z o g e n w erd en m u ss h ierin der Fall che­

m isc h e r B in d u n g a n s F e r m e n tp r o te in . [V g l. z u d ie se m P a r a g r a p h e n 2).]

Zur B e r e c h n u n g d er r ä u m lic h e n K o n z e n tr a tio n c ; in e in e m F ilm des Stoffes i b e n u tz e n w ir n a c h L a n g m u i r 3) d en Q u o tie n te n F-Jt, w o rin d ie O b erfläch en dich te I \ die Z a h l d er a u f 1 Ä 2 F ilm flä c h e e n tfa lle n d e n M o lek eln d e s S to ffe s i a n g ib t, u n d r die unge­

fä h re F ilm d ic k e in Ä b e d e u te t. D ie E r ö rter u n g z w eier E x tr e m fä lle , w e lc h e wohldefinierte w ä ssrig e O b erfläch en b e tr e ffe n , so ll d en h in s ic h tlic h G le ic h u n g (52) interessierenden G rö ssen b ereich v o n c; k e n n z e ic h n e n .

a) Im F a ll k o n d e n s i e r t e r F ilm e z. B . v o n S te a r in sä u r e a u f W asser wurde der H ö c h stw e r t v o n F i d u rch O b e r flä c h e n d r u c k m e ssu n g e n zu e tw a 1/ 20 M olek el pro Ä 2 be­

s tim m t, e n tsp r e c h e n d e in e m g e g e n s e itig e n A b sta n d d er s te il zu r O b erfläch e orientierten S te a r in sä u r e m o le k e ln , w elch er d er P a c k u n g im K r y s ta llg itte r n a h e k o m m t. N im m t man d ie F ilm d ic k e ü b e r e in stim m e n d m it d er M o lek ellä n g e zu e tw a 3 0 A a n , dann folgt:

Cj = F-Jt ~ 1/20 x 3 0 M o lek eln p ro A 3 = 1 0 27/2 0 x 3 0 x 6 ,0 2 x 10 23 = 2 ,8 Mol pro Liter.

B im o le k u la r e S c h ic h tu n g w ü rd e d ie se n W ert n ic h t ä n d e r n . B e i 10 A la n g e n Molekeln u n d g le ic h d ic h te r P a c k u n g w ä re Cj g le ic h 8 ,4 M ol pro L iter.

b) In d er O b erfläch e e in er 10_3-m o la ren w ä ssr ig e n L ö s u n g v o n Propionsäure liegt im G e g e n sa tz zu m v o r h e r g e h e n d e n B e is p ie l e i n s e h r v e r d ü n n t e r A d sorption sfilm vor, in d e m d ie O b erflä ch en sp a n n u n g d iese r L ö su n g n u r u m e tw a 0 ,1 d y n pro cm kleiner ist a ls d ie O b erflä c h e n sp a n n u n g y 0 d e s W a sse r s4). M an b e z e ic h n e t so lc h e F ilm e als Gas­

film e , d a sie d er z w e id im e n sio n a le n Z u s ta n d s g le ic h u n g : F ;/L ] = 1 0 16x k T angenähert g e n ü g e n (F ; = y 0_ yi = O b erflä ch en d r u c k , k = B o te m a n w -K o n s ta n te = 1 ,38 x 10-16 erg p ro °C). B e i Z im m erte m p era tu r g ilt: (y 0~ ZiV ^i ~ 4 0 0 , u n d d u rch E in s e tz e n v o n : y0- /j

= 0,1 e r h ä lt m a n : F i —M, 1/400 = 1 /4 0 0 0 M olek el pro Ä 2. D a in G a sfilm e n d ie Molekeln fla c h in der O b erfläch e lie g e n , n e h m e n w ir d ie F ilm d ic k e zu e tw a 6 A a n . E s resultiert d a n n : Cj = U -Jt ~ 1 /4 0 0 0 x 6 M o lek eln p ro Ä 3 = 0 ,0 7 M ol p ro L ite r .

') R a s h e v sk y , N . , M a th e m a tic a l B io p h y s ic s , C h ica g o 19 3 8 .

2) A d a m , M . K . , T h e P h y s ic s a n d C h e m istr y o f S u r fa c e s, O x fo rd 1938.

3) L a n g m u i r , L , A m . S o c. 39, 1 8 8 3 (1 9 1 7 ).

4) Traube, L , A . 265, 27 (1 8 9 1 ).

In A n b etrach t der h ierau s sich erg eb en d en u n g e fä h r e n G ren zen 0,1 u n d 1 0 M ol pro Liter, w äh len w ir in G leich u n g (52) a ls w a h r sc h e in lic h e W er te : [S ä u re to ta l] 0Xi ~ [Säure total]re[1 — 1 M ol pro L iter. U m in d er k a ta ly t is c h w irk en d en O b erflä ch en sch ich te einer F erm entm olek el K o n z e n tr a tio n e n d ieser G rössen ord n u n g (a b g e seh en v o n d e n sehr bedeutenden sta tistisc h e n S ch w a n k u n g e n ) zu erre ic h e n , d ü r fte n ie n a ch d er O b erflä ch en ­ entwicklung 10 b is 1000 M olek eln g en ü g en .

«1- jqj Das G rössenverhältnis v o n [Säu re t o ta l]OXj [Säu re to ta l] red2 zu [S ä u re t o ta l]redi [Säu re total] . steh t in Z u sa m m en h a n g m it der D if fe r e n z : E Q^ - E 0 2 d er N o r m a lp o te n tia le der . WiCujisij!, D e^0XSy Stem e o x ^ re d j u n d o x y r e d ,. B e i g e g e b e n e m p H w erd en d ie R e d o x p o te n tia le E x

und E , der beiden m -stu fig en S y ste m e f e s tg e le g t d u rch (v g l. z. B . 1)):

2 ,30 R T , [S ä u re t o ta l] , 2 ,3 0 R T , [S ä u re to ta l]

E, = En 1 + s — log rBK„ - 'r - r -n 2 ~ 0.2 TW ^

411

■'1 o.l m F [Säu re to ta l] red 2 ° . 2 m F [S ä u re t o ta l]redn

Da E x und E , b ei o x y d o r e d u k tiv e m G le ic h g e w ic h t d er z w e i S y ste m e d e n se lb e n Wert haben, gilt für d ie k a ta ly tis c h w irk en d e G r en zsch ich te d es F e r m e n ts p r a k tisc h :

E

- E 2= 0,

lo g [Säu re t o ta l] red [S ä u re t o ta l] ox> =

zu\d»äeäk-

, - E „)

= log [Säu re t o ta l]QXi [S ä u re t o t a l ] ^ + ---2 3Q R / f (55) An H and dieser B e z ie h u n g b e tr a c h te n w ir d a s 2 -stu fig e O x y d o r e d u k tio n ssy ste m pn Gl ei chung (54), § 3. D as N o r m a lp o te n tia l, E 0 l (pH 7 ), d es R e d o x s y s te m s G ly cerin sä u re / a fj in einem Hais: Glycerinaldehyd beträgt a n g en ä h ert — 0 ,4 6 0 V o lt 2), d a s N o r m a lp o te n tia l d es in 3 -S te llu n g

_ 7

GieiAre 2 r--- diese Differenz der N o r m a lp o te n tia le , T = 29 8 °, m = 2 u n d d ie o b e n a n g en o m m en en W erte: log [Säure to ta l]OXi — lo g [Säu re t o ta l]red2 — 0 fin d e n w ir n a c h G leich u n g (55):

arinwneoflhN 2 x 23 0 6 0 x - 0 ,1 8 0

, n m ' s Wä- l0g [SäUre to ta l]redl t Säure t o ta lU = 2 ,3 0 x 1 ,9 8 6 x 29 8 ~ = ~ 6,1

Der kleinere der b eid en K o n z e n tr a tio n sw e r te [Säu re t o ta l]rcdi u n d [S äu re t o ta lOX2 be- - * ; “ trägt danach höch sten s (und zw ar u n te r der B e d in g u n g : [S äu re to ta I]redi = [Säu re t o ta l]o x ) iZiftmäOlit.* 2q-3 ,o5 oti er rund 0,001 M ol pro L iter.

§ 5. U nter Hinweis auf die §§3 und 4 setzen wir in Gleichung (52) ein: BH(pH 7) = 2,28, [Säure to ta l]OXi ~ [ Säure to ta l]red„ ~ 1 Mol pro ELc~umg™ Proti® Liter, [Säure total ]redi ~ [Säure to ta l]OX2 ~ 0,001 Mol pro L iter und erdünnteritop*® erhalten:

Ü * * (d [Säure to ta l])le d i0 X i^ 0Xircda 2 , 3 0 x 2 , 2 8

^CjOixlTi! d p H 1/1 + 1 / 1 + 1 /0 ,0 0 1 + 1/0,001

= 0 ,0026 M ol U m sa tz pro L iter pro p H -Z u n a h m e u m e in e E in h e it.

Das O xydoreduktionssystem Gleichung (54) spricht dem nach auf P

-Änderungen n u r sehr schwach an, was offenbar b edingt ist durch

b Michaelis, L., O x y d a tio n s -R e d u k tio n s p o te n tia le , B e r lin 1933.

2) Parks, G. S., an d H u ff m a n , H . M . , T h e F r e e E n e r g ie s o f S o m e O rgan ic C om ­ pounds, N ew Y o rk , 1932.

3) Kalckar, H. M . , Chem . R e v ie w s 28, 71 (1 9 4 1 ).

4) Borsook, H., J . B io l. C hem . 133, 629 (1 9 4 0 ).

fce in ft«0

(len b e trä c h tlic h e n U n terschied von 0,18 V olt der Normalpotentiale d e r zwei R edo x sy stem e, ans denen es b e ste h t.

D as N o rm alp o ten tia l des R edoxsystem s 1,3-Diphosphoglycerin- säu re/l,3 -D ip h o sp h o g ly cerin ald eh y d stim m t bei pH 7 auf weniger als 0,03 Y olt m it dem N o rm alp o ten tia l des R edoxsystem s Cozymase I/Di- hydro-cozym ase I ü b e re in 1). U n te r analogen B edingungen wie vorhin folgt h ieraus fü r das O xydored uk tio n ssystem Gleichung (53) als Min­

d e stw ert: log [S äu re to ta l]redi [S äure to ta l]OX2 = - 1,02. Bei Gleichheit von [S äu re to ta l]redi u n d [S äure to ta l] ox, b e trä g t jede der zwei Kon­

z e n tratio n en som it m ind esten s: 10~0>51 ~ 0,3 Mol pro Liter. In Un­

k e n n tn is des w ahren B H-W ertes (s. § 3) setzen w ir in Gleichung (52) wie oben ein: B H (pH 7) = 2,28, was im m erh in einen grössenordnungs- m ässigen F e h ler in sich schliessen könnte. F e rn e r setzen wir in die Gleichung ein : [S äure to ta l] 0Xi~ [ S ä u r e to ta l]red„ ~ 1 Mol pro Liter, [S äure to ta l]redi ~ [S äure to ta l] OX2 ~ 0,3 Mol pro L ite r und erhalten als M indestw ert: (d [S äure t ot al ] ) redi_0X20Xi_redz/d p H ~ 0,61 Mol pro Liter pro p H -Zunahm e u m eine E in h e it.

D as aus zwei R edoxsystem en m it kleinem U nterschied der Kor- m alp o ten tiale b estehende O x yd o red uktionssystem Gleichung (53) sp rich t danach au f p H-Ä nderungen k rä ftig an.

Im H in b lick au f die lebende Zelle geben die beiden Anwendungs­

beispiele der G leichung (52) folgendes zu erken nen . p H-Änderungen, welche am O rt der einzelnen fe rm en ta tiv e n O xydoreduktion in der Zel­

le au f tre ten , beeinflussen den P rozessablauf n u r d ann merklich (im Sinne ein er B eschleunigung, V erlangsam ung oder U m kehr), wenn es sich u m die U m setzu n g zw eier R edoxsystem e m it n ich t zu grösser D ifferenz der N orm alp o ten tiale u n d n ich t zu kleinem | B H | handelt.

Die G renzen hängen von beiden F a k to re n a b ; b e i: | B H [ ~ 1 wäre etw a zu fordern, dass | E al - E [ 2 | w eniger als ein Zehntel Volt b e trä g t. W ie in der 3. M itt. 2), S. 1281— 82, e rw ä h n t wurde, nahmen B a rron 3) sowie J u n g 1) b ereits vo r einigen J a h re n an, dass manches wichtige biologische O xydored u k tio nssystem aus zwei Redoxsystemen m it geringem U nterschied der N o rm alp o ten tiale bestehe.

Die m annigfaltigen an den spezifischen F e rm e n ten der lebenden Zelle vo r sich gehenden O x y do redu ktionen sind Quellen bzw. Sen­

ken des in trazellu lären [H ‘ ]-G radienteriieldes. F alls diese Prozesse au f p H-Ä nderungen hinreichend ansprechen, stehen sie über den gem einsam en R e a k tio n sp a rtn e r H* in ein er W echselwirkung, die durchs [H -]-G radientenfeld v e rm itte lt w ird. A nderseits fehlen die V oraussetzungen zu dieser — physiologisch b e tra c h te t — sehr bedeut­

sam en K o o rd in atio n der Einzelprozesse in dem Masse, als die Zelle

L K a l c k a r , H ■ M . , C h em . R e v ie w s 28, 71 (1 9 4 1 ).

2) H e lv . 25, 1 2 5 5 (1 9 4 2 ), I I I . M itt.

3) B a r ro n , E . S . G., P h y s io l. R e v ie w s 19, 2 2 4 (1 9 3 9 ).

4) J u n g , A . , Z. V ita m in f. I, 1 (1 9 4 0 ).

v, — 413 —

'htth, 1 Ferm entproteine en th ält, an denen O x y d o redu ktio nssystem e m it er-

^tas 1.3-Di} heblichem Unterschied der N orm alp oten tiale oder m it sehr kleinem

|B

I umgesetzt werden.

§ 6. W ir gehen n u n auf das H ’-Pufferungsverm ögen ferm enta-

■"'■'>¿1?]] " t iver O xydoreduktionssystem e ein, was m ittels Gleichung (52) und r<tem Gleich D .T der in (ier geb rach ten D arstellun g des elektrolytischen ilL = Gleichgewichtes einfach d urch zu fü h ren ist.

'■ " * I m F ad ein es g ew ö h n lich en P u ffers [e in e r sc h w a c h e n S äu re (B a se ), d ie te ils in freier ii ür r Form und teils als Salz g e lö s t is t ] le g e n d ie G e sa m tk o n z e n tr a tio n [S ä u r e to ta l] AH u n d

i = n

iitjj(j|f Anionenladung a h d le K-o n z e n t raG °n d er d isso z ia b le n H -A to m e fe st:

*’ ” / i = n \

- r- ft1» sttenr [H dissoziabel] = [Säu re t o ta l]AH I n - V i «. AHn ) G ram m atom pro L iter, (56)

‘t0l» M i L i = 0 " /

PK» Liter Uli - welche gleich einer g ew ö h n lich en K o n z e n tr a tio n sg r ö sse in R e c h n u n g g e s te llt w erd en kann Die H --P u fferun gsk apazität e r g ib t sic h d u rch D iffe r e n tia tio n n a ch pH :

H' - P u fferu n g sk a p a zitä t = - d [H d iss o z ia b e l]/d pH = i = n

= [Säu re t o t a l ] , „ d V i a / d p „ (57)

öoassTftm Olt AH" & 1>AHn H

- - H Für 1 -, 2- und 3 -w ertig e S äuren fo lg t a u s d ieser G leich u n g so w ie G leich u n g (40), (40a) bca diebeidenlnw und (40b) der IV . M itte ilu n g :

2 30 K TH-l

I erkennen. Pj-ll. H ’-P u ffer u n g sk a p a z itä t == [S ä u re t o t a l ] 4H - ( 57a)

■nOlTdoidttk 2 ,3 0 ( K 1[ H -]3 + 4 K 1K 2[H -]2 + K fK ,[H -])

Älf nur dilllll I.’l H --Pufferungskapazität = [Säu re to ta l] A H ---y r E M -iir r Tä---(57b)

i r n 2 ( [ n J “ + i N i L x l J + i V i l N 2 )"

nng oder UiM elirit

•ftem e m it nitltr. H ’-P u ffe r u n g sk a p a z itä t = [S ä u re t o ta l] AHj x L (57c)

It Zü kleinem B, T 2,30{K1[H-]3 + 4K,K2[H-p + (K2K2 + 9K1K2K3)[H-]3 + 4KfK2K3[H-]2 + K2K|K3[H-]}

en ab; bei: lj' L= ([H-]3 + K,[H-]2+K.KjH-p-

^

,)*

niger ah ein Zeh pj]e vorstehend e rö rte rte infinitesim ale U m setzung eines oxydo- g. erntatnk reduktiven Gleichgewichtssystems von (d[S äure to ta l] )redii0X2^ 0Xiired!

n Jahren an,dass yj0i pro Liter ist nach den D efinitionsgleichungen (49) u nd (51) m it emai'ZwBffc; einer Freisetzung bzw. B indung von B H (d[S äure to ta l] )redi; ox„ 0Xi _ red„

jtentiale bestflt. Mol EL-Ionen pro L iter v erk n ü p ft. D er dissoziable W asserstoff der ynFenMtfflfe'’ vier Partner erfährt hierbei die äquiv alente K o nzen tratio nsänderung :

(d

[H

woraus sich für’ d ([S äu re to ta l])

der A usdruck - ( d[ H üissoziahel])redl,

, red2 /®h e rg ib t.' W ir führen diesen in Glei-

" chung (52) ein und finden resu ltieren d :

(58)

* (d [H d isSozia b el])redi 0Xa_ 0Xi _ red; =

jlii d Ph

- 2 , 3 0 B h 2

[Säure to ta l]OXi [Säu re to ta l]red<> [S ä u re to ta l]redi [S ä u re t o ta l}_{ox 2}

( d [ H dissoziabel])redi ox, 0Xi redj/d p H m isst die d u rch die oxydj, re d u k tiv e G leichgew ichtseinstellung bed in g te H'-Pufferungskapi ; zitä t. D iese ist un abh än g ig vom V orzeichen der q u a d ra tisc h in die 61«

chung (58) eingehenden Grösse B H. Ä hnlich wie das im § 5 behände! ■ A nsprechen au f p H-Ä nderungen h a t ( d [ H dissoziabel]) redi_ 0X2 _>0Xi: tedJj f p H n u r dan n einen b e trä c h tlic h e n W e rt, w enn das Oxydoreduktions System aus zwei R edox sy stem en m it n ich t zu grösser Differenz da N orm alp o ten tiale b e ste h t, u n d | B H | n ic h t zu klein ist. F ü r die Oxydo­

red u ktionssy stem e G leichung (54) u n d (53) finden w ir nach Glei­

chung (58) m it den im § 5 b e n u tz te n D a te n :

d ( [ H d is s o z ia b e l] ) redi OXi^ OXi red2/ d p H ~ — 0 ,0 0 6 b z w . - 1 , 4 ,

en tsprechen d der F reisetzu n g d urchs e rste re S ystem von 0,006, bzy durchs letz te re S ystem von 1,4 Mol H ’-Ionen pro L iter pro pH-Zti nähm e um eine E in h eit.

A bgesehen von dieser P u fferw irkung des Gleichgewichtssystems, w irken dessen B e stan d te ile re d x, o x 2, oxj u n d re d 2 als gewöhnlich H ‘-Puffer. So finden w ir in d er F erm en tg ren zsch ich te bei pH 7 z.E, fü r 0,001-m. 3-Phosphoglycerinaldehyd u n d 0,3-m. 3-Phosphoglycerm- säure m it H ilfe d er G leichung (57b) u n d (57c) die H --Pufferungskapa­

z itä te n 0,0005 u n d 0,18. B ei p rak tisc h vollständiger Dissoziation oder im F a ll einer nahezu horizontalen W e n d etan g en te der Titration»- k u rv e, wie sie die Cozymase I bei p H 7 a u fw e ist1), ist die Kapazität- eines Puffers verschw indend klein.

A bnorm e p H-Ä nderungen, die sp o ntan oder infolge äusserer Ein flüsse in einer Zelle stellenw eise zu stan d e kom m en, können den koor­

d in ierten Zellstoffwechsel u. a. durch In a k tiv ie ru n g von Ferment­

pro tein en stören u nd ev en tu ell den Z elltod herbeiführen. Ein Vergleich d er in der F erm en tg ren zschichte w irkenden Pufferungs­

m echanism en zeigt b ereits a n h a n d der g e b ra c h te n Zahlenw erte, das der P u ffe ru n g sk ap a z itä t der o xy d o red u k tiv en Gleichgewichtseinstei­

lung ein w esentlicher, w enn n ich t d er ausschlaggebende Anteil am u n m itte lb a re n Schutz des F e rm e n tp ro tein s v or H '- oder OH'-Inakti­

vierung zukom m t. Die D eh y d ra se n einer Zelle erm angeln dieser S chutzfunktion, wie die zwei A nw endungsbeispiele der Gleichung (58) zu erk en nen geben, a n g e n ä h e rt in dem Masse, als an ihnen Oxydo­

reduktionssystem e m it b e trä ch tlic h e r D ifferenz der Normalpotentiale oder sehr kleinem | BH | u m g esetzt w erden.

Die biochem ische E rfa h ru n g sta tsa c h e , dass die m eisten aeroben Z ella rte n den o x y d ativ en A b b au der K o h le h y d ra te m ittels einer lan­

gen R eak tio n sreih e bew erkstelligen und so die ru n d 700000 cal pro Mol b etrag en d e freie E nergieab nahm e der Z u ck ero xyd ation in kleine B eträge u n terteile n , lässt sich au f G rund der v o rsteh en d en Ergebnisse,

x) M e y e rh o f, O., u n d Möh le, W . , B io c h e m . Z. 294, 2 4 9 (1 9 3 7 ).

W n tlic h der Gleichungen ( 5 2 ) und ( 5 8 ) , als die Folge eines biolo-

^S iiad ' ' ehen Ausleseprozesses deuten. Im V erlaufe dieses Prozesses sterben

^ ^ d a s • -^ter der Auswirkung zum indest zweier nachteiliger F a k to re n (man- K oordination der oxydored uk tiv en Teilprozesse und un- 'fü g e n d e r Schutz vor Eh- oder O H '-In a k tiv ieru n g der D ehydrasen) 1 m Iir , X V lH e Zellarten bevorzugt aus, welche die E igenschaft der Synthese

; . ; in Ferm entproteinen besitzen, an denen O xydoreduktionssystem e l,j:

) erheblichem U nterschied der N or m alpotentiale oder sehr kleinem

J umgesetzt werden. Die d au ern d fo rtb esteh en d en Z ellarten ent- irechen darnach der obigen E rfah ru n gstatsache.

Physikalisch-chem isches I n s titu t der U n iv e rsitä t Zürich.

'■m. 3-1

*«• Glei%^

52. Zur pereutanen Resorption lipoidlöslicher Substanzen aus organischen Lösungsmitteln

v o n W alter Stadlin.

(26. I I . 4 5 .) Sfflaj

^endetangente fei im Jahre 1885 schrieb Ellenberger*), dass alles durch die unver- 1 -i'ihreist1),i<tdiUetzte H aut resorbierbar ist, was gasförm ig ist, w a s F e t t e l ö s t o d e r

n F e t t g e l ö s t z u r A n w e n d u n g g e l a n g t (zit. n ach R othm an2)).

iön oder in f o lg e

äv.-iierbei

sicherlich^eine Eolle, dass diese S ubstanzen im H a u tta lg ie kommen, bi»’ *e r Hautoberfläche und in den F e tte n der E piderm is löslich sind

h . m m t m l F i l e } i n e ) 3 ')’

wenn auch ein ab so lu tes H in d ern is fü r d ie R e so r p tio n v o n lip o id u n lö s lic h e n S to ffe n

‘ins tor ff-

iner Zelle

•, , . veder an der H a u tob erfläch e n o c h in der H o r n sc h ic h t g e le g e n is t, nur d iese sin d aber 'u lt ^ A iit F etten und C h o lesterin fetten d u r c h tr ä n k t.“ (zit. n a c h R o t h m a n 2)).

Die Lipoidlöslichkeit spielt ab er n ich t nur, und wohl auch nicht ' in erster Linie eine Eolle für die P e n e tra tio n durch die m it F e tte n

und Cholesterinen „ d u rc h trä n k te n “ H au tsch ich ten , sondern

„sie ist für die R eso rp tio n in d ie le b e n d e Z elle m a ss g e b e n d .“ (Rothm an)2).

Nach der Lehre von Meyer-Overton

„ist das Zellprotoplasm a in ein en F e ttm a n te l e in g e h ü llt, d er je n e S to ffe a u fn im m t, d ie fettlöslich sin d .“ „ D ie G esch w in d ig k eit, m it der S to ffe in d ie M em b ran e in d rin g en ffenaiz derAoraull können, ist von dem L ö su n g sv erh ä ltn is d erselb en in L ip o id u n d W a sser a b h ä n g ig u n d (j(j steigt, je mehr diese B e zieh u n g sic h z u g u n ste n der L ip o id lö slic h k e it v e r sc h ie b t, d o ch darf

nach allgem einen G rundsätzen für d ie R e so r p tio n d ie L ö s lic h k e it in W asser n ic h t a u f

|f, (iilSS ult El »- N UJ1 herabsinken, w eil d ie W a sserlö slic h k eit ein e V o r a u sse tz u n g für d iese n V o rg a n g bil- ifeijdrateffli®1® d et.“ (zit. nach K ö n ig stein*)).

ü Ellenberger, L ehrb. d. allg. T h er. d . H a u ssä u g e tie r e , D r e sd e n 1885.

2) Rothman, H a n d b . der n orm . u . p a th . P h y s io l. 1 9 2 9 , 107.

rroßtehenmw 3) Filehne, B erl. K lin . W schr. 1898, N r. 3 , 45.

4) Königstein, Ar. P th . 97, 26 2 (1923).

E s ist n ich t unsere A bsicht, au f die L ite ra tu r ü b e r die Resorption du rch die H a u t h ier n ä h e r einzugehen. Schwenkenbecher1), dem das V erdienst zuko m m t, die Forsch un g en Overton's ü b er die Bedeutung d er Lipoidlöslichkeit für die R eso rption au f die S äu getierhau t ange­

w endet zu haben, sp rich t 1904 von einer u n ü b e rse h b a re n Literatur.

An der B ed eu tu n g d er Lipoidlöslichkeit fü r die R esorption durch die H a u t b e ste h t keinerlei Zweifel, w enn sie auch für die Haut, resorp tion ,.nicht a l l e i n m assgebend i s t 11 ( B o th m a n )2). Praktisch spielt die R esorptio n du rch die H a u t in m ehrfacher H insicht eine Rolle.

Zur B ehandlung der H a u t w erden S ub stan zen au f die kranke H a u t app liziert. Sie w erden ab e r auch au f die H a u t gebracht, um tiefer gelegene Prozesse zu beeinflussen. A b er auch um allgemeine W irkungen zu erzielen, w erden M edikam ente in die H a u t eingerieben, Inw iefern hier n u r die U m gehung der In je k tio n e n von Bedeutung ist un d inw iefern hier noch die sog. E sophylax ie eine Rolle spielt, soll n ich t d isk u tiert w erden. Schliesslich ist noch die K enn tnis der per­

cu tan en R esorption fü r die E n ts te h u n g von V ergiftungen und Ek­

zem en von B edeutung.

E s b e ste h t gar kein Zweifel, dass es von grösser Bedeutung ist, in welchem V ehikel die lipoidlöslichen S u b stan zen (nur von dieser soll hier die R ede sein) au f die H a u t g e b ra c h t w erden.

Schivenkenbecher3) h a t die S ub stan zen im T ierversuch meist in w ässeriger Lösung verw endet u n d die M äuse stu n d en lan g in Lösungen gebadet. I n der P ra x is w ird die w ässrige L ö ^ m g vieler solcher Sub­

stanzen deswegen n ich t verw end et, weil sie in W asser n u r wenig löslich sind. Die häufigste A pplik ationsform ist die V erwendung von das M edikam ent e n th a lte n d e n Salben.

„ S c h m ie r e n u n d S a lb e n h ilft a lle n th a lb e n .“

„ S a lb e n k ö n n e n a n d er H a u t, im G e g e n sa tz zu w ä ssr ig e n u n d alkoholischen Lö­

su n g e n , v e r r i e b e n , d . h . in d ü n n e r, z u sa m m e n h ä n g e n d e r S c h ic h t g u t ausgebreitet w e r d e n .“

T atsächlich h a n d e lt m an in d er P ra x is m eist so, als ob bewiesen w äre, dass in Salben ap p lizierte S u b stan zen besonders g u t von der H a u t resorbiert w ürden. Beispiele Hessen sich in grösser Zahl bei- bringen. Ich m öchte n u r e rw ä h n e n : D ie p e rc u tan e R esorption von S exualhorm onen w ird m eist durch die A p p lik atio n von Hormonsalben erreicht. Die chem ische In d u strie ste llt uns solche Salben in grösser Zahl zur V erfügung. V ersuche, W ism uth-V erbindungen p ercutan zur R esorption zu bringen, sind ausschliesslich, oder doch v or allem durch die A nw endung von W ism uth-V erbindungen e n th a lte n d e n Salben d urch g efü h rt w orden.

x) Schwenkenbecher, A rch . P h y s io l. 1904.

2) R o th m a n , H a n d b . d er n o rm . u . p a th . P h y s io l. 1 9 2 9 , 1 07.

3) Schwenkenbecher, A r c h . P h y s io l. 1904.

N tt

Der Beweis, dass die A p plikation in Salbe die aussichtsreichste

^ 0,,'s%rdjei it, ist aber keineswegs e rb ra c h t. E othm an1) schreibt:

i „Im a llg em ein e n sc h e in t ab er d ie A p p lik a tio n sfo r m in S a lb e n d er A p p b k a tio n sfo r m

\ flüssigen F e ttlö s u n g s m itte ln n ic h t ü b erleg en zu s e in .“

Königstein2) schreibt:

Sie

An einer än dern Stelle schreibt K önigstein2):

„Jedenfalls b eleh rt u n s d ie p r a k tisc h e E r fa h ru n g , d a ss F e ttlö s u n g s m itte l w ie C hloro- orm, Äther, A lk o h o l, zu r U n te r stü tz u n g der R e so r p tio n S a lb e n geg en ü b er zu b e v o r z u g e n ind.“ „D ie S alben b ie te n je d o c h fü r d ie In k o rp o rier u n g v o n M ed ik a m en ten a n d ere V o r ­ t e i l e und sind b ei der e x te r n e n B e h a n d lu n g so a llg e m e in g eb rä u ch lich , d a ss ein ig e E ig e n ­

schaften dieser A p p lik a tio n sa r t e rw ä h n t w e rd en m ü s s e n .“

Ich habe w eiter oben e rw äh n t, dass die p ercu tan e Sexualhorm on­

heute m eist m it Salben d u rch gefü hrt wird, Salben, die che­

mische Fabriken, ab er auch alle möglichen F irm en, die K osm etika noch die Keniat her stellen, in den H and el bringen. In unserem L ab o rato riu m werden von Vei^ftmp seit Jahren Versuche ü ber p ercu tan e R esorption von Sexualhor­

monen angestellt u nd zwar w urden hierzu Lösungen in W asser (mit von poisff ¡j^cinem Lösungsverm ittler) verw en d et u n d vor allem Lösungen in Substanzen (in, ^ ce^on unc^ W asser aa. W . Jadassohn, E . TJehlinger u n d W . Zürcher3) vnt Wh ' lia'ben 1937 auf M eerschweinchenzitzen O estroglandollösungen aufge- tropft, und O estroglandol-haltige Salben eingerieben u n d festgestellt, dass die Lösungen einen stärk eren E ffe k t au sü b ten als die Salben.

" Diese Versuche wurden von W . Jadassohn, H . E .E ie rz und E. P fä nn er11)

— 417 —

1943 wieder aufgenom men.

Es w urden V ersu ch e a n ein er r e c h t g ro ssen A n z a h l v o n T ieren d u rch g efü h rt. V er- nn lSt alt ie ™ wen(iet wur(je O estron u n d p, p '-D io x y -d ip h e n y l-h e x a n in A c e to n u n d W a sser a a u n d d ie gleichen S u b stan zen in U n g . c e ty lic u m , P h . H e lv . V . V ersch ied en e K o n z e n tr a tio n e n wurden geprüft. D ie L ö su n g en w u rd en a u f d ie Z itzen a u fg e tr o p ft, d ie S a lb en m it G las- _ T iLl:> V ä h eingerieben. B e i jed em T ier w u rd e n u r e in e Z itz e b e h a n d e lt. V or B e g in n d e s Ver- ..-.„i-j'vlj.ji! äu -suches wurde d ie L ä n g e d er Z itz e n g e m e sse n , fern er n a c h 10, 2 0 u n d 3 0 T a g e n B e h a n d ­

lung.

is meist so all# Diese Versuche gaben ein ganz klares R e su lta t:

len besonders gut1 D as in A c e t o n u n d W a s s e r g e l ö s t e S e x u a l h o r m o n h a t t e - och in grösser Lei nen w e s e n t l i c h s t ä r k e r e n E f f e k t a l s d a s i n S a l b e n f o r m

[ a p p l i z i e r t e . E ic h t n u r an den beh an d elten Zitzen konnte dies fest- werden, sondern auch an den u nbehandelten. D er an diesen jj; festgestellte E ffek t des auf dem Blutw ege hingelangten, resorbierten Sexualhormons (häm atogener Effekt) w ar bei den m it Lösungen b e­

handelten Tieren wesentlich grösser als bei den m it Salben einge­

riebenen.

*) Rot hman, H a n d b . der norm . u. p a th . P h y s io l. 19 2 9 , 107.

2) Kö n ig stei n, A r. P th . 97, 262 (1923).

3) Ja da ss ohn, Uehlinger, Zürcher, K lin . W schr. 1937, N r . 9, 313.

4) J a da ss oh n, F ie rz, Pfänner , S ch w eiz, m ed . W sch r. 1943, 1301.

fefihwsizer S

nd? - BQeherhÜfi

27

¡9 L iv r e

l>ie A nalysenw erte des N eutralkörpers stim m en m it denen des Ausgangsmaterials überein; es kann also keine R eaktion m it dem K ohlenw asserstoff eingetreten sein. Beider H ydrolyse erhält m an eine Säure, w elche die E igenschaften der Phenyl-brenztrauben- säure (X I) zeigt. W ir verm uten daher, dass es sich bei dem Neutralkörper um ein Poly- m erisationsprodukt dieser Säure handelt.

Nach Methylierung des entstandenen Gemisches von Säuren m it Diazomethan wurde der Methylester der unumgesetzten Phenyl­

brenztraubensäure (XI) mittels Girard-Reagem T entfernt; aus dem zurückbleibenden Gemisch wurden durch chromatographische Ad­

sorption zwei Ester vom Smp. 161 -162° bzw. 125-126° abgetrennt.

^COOR CO

\C00R

XVII

O

X V I I l

COOR C— OH

COOR

CH ,

COOR

s /

CH3— CO— CO— COOR

X X

- > CH3— CO— C— COOR ÓH X X I

CH3— C O -C -C O O R

X X I I

Die aus dem höherschmelzenden E ster erhaltene Säure vom Smp.

217-218° bildete die Hauptmenge; sie erwies sich als a ,ß,ß-Tri- phenyl-propionsäure1) (Phenyl-benzhydryl-essigsäure) (XVI). Bei der aus dem niedriger schmelzenden Ester isolierten Säure vom Smp. 130°

') Köhler und Heritage, Am . Soc. 33, 156 (1911), Smp. 211°; J . F. Eijkmann, Chem. W eekbl. 5, 655 (1908), Smp. 222°; M ethylester Smp. 159°.

Volum en x x i x , Fasciculus n (1946). 419

handelt es sieh um die isomere a, a,/UTriphenyl-propionsäure1) (Di- phenyl-benzyl-essigsäure) (XV). Wir erklären diesen Befund damit, dass in erster Stufe wieder eine Addition des Benzolkernes an die Carbonylgruppe erfolgt ist. Die so gebildete a, /3-Di-phenyl-milchsäure (XII) kann in der schon beschriebenen Weise m it einer zweiten Molekel Benzol Wasser abspalten und Benzyl-di-phenyl-essigsäure (XV) bilden. Die W asserabspaltung aus (X II) kann aber auch in tra­

molekular verlaufen2); dabei entsteht a-Phenyl-zimtsäure (X III), von der bekannt ist, dass sie unter den angewandten Reaktions- bedingungen Benzol an die Doppelbindung addiert, wobei Phenyl- benzhydryl-essigsäure (XVI) gebildet wird. Da a-Phenyl-zimtsäure (XIII) Benzol einheitlich in ß-Stellung addiert, kann Di-phenyl- benzyl-essigsäure (XV) nicht über (X III) als Zwischenprodukt .ent­

standen sein.

Die Kondensation von Phenyl-brenztraubensäure (XI) und aro­

matischen Kohlenwasserstoffen m it S c h w e f e l s ä u r e wurde von A. Bistrzycki und L. Mauron3) untersucht. Mit Benzol konnten sie keine brauchbare Umsetzung erzielen4). Dagegen erhielten sie mit Toluol und o-Xylol Säuren, die sie als Homologe der Di-phenyl- benzyl-essigsäure (XV) form ulierten5).

Auch hier dürfte, wie bei der oben beschriebenen Reaktion m it Aluminiumchlorid, in erster Stufe eine Addition unter Bildung einer Oxysäure (analog X II) erfolgt sein. Ein Unterschied zwischen den beiden Katalysatoren zeigt sich erst in der zweiten Reaktionsstufe, der Wasserabspaltung, die bei Schwefelsäure hier nur intermolekular vor sich geht, während m it Aluminiumchlorid inter- und in tra­

molekulare W asserabspaltung nebeneinander verlaufen.

Um den Einfluss der B rom substitution zu untersuchen, setzten wir a - B r o m - p h e n y l-b r e n z t r a u b e n s ä u r e m it B enzol und Alum inium chlorid um . A us dem e n t­

standenen harzigen G em isch konnte in geringer A usbeute eine bromfreie Säure erhalten werden, die als M ethylester gereinigt wurde. E s ist anzunehm en, dass das Brom atom nach

e i n e r echten Friedel-Crajts’ sehen R eaktion u m gesetzt w u rd e; dies steh t in Ü bereinstim m ung

mit unserer früheren B eobachtu n g6), dass die K onfiguration C6H 5-C H B r -C O - diese Umsetzung besonders leich t eingeht. A nalysendaten und E igenschaften dieser Säure deuten auf a, ß, ß-Tri-phenyl-m ilchsäure (X IV ) hin. A nschliessend an die Friedel-Crajts'sehe Reaktion scheint also auch A ddition eines Benzolkerns an d ie Carbonylgruppe erfolgt zu sein.

Beim M e s o x a l e s t e r (XVII) ist die Addition von aromatischen Kohlenwasserstoffen bei Gegenwart von konz. Schwefelsäure schon

!) K . Ziegler und B . Schnell, A. 437, 249 (1924); M ethylester: W. Schiente, H. Hille- mann und I . Rodloff, A . 487, 147 (1931).

2) Intramolekulare W asserabspaltung m it Aluminium chlorid vgl. J . Zulckerwanik, C. 1936, II, 2896. 3) B . 43, 2885 (1910).

4) Bei der in einem F a ll isolierten Säure vom Smp. 162° kann es sich n ich t um die von ihnen verm utete Benzyl-di-phenyl-essigsäure (Sm p. 132°) handeln.

5) Die a-Stellung der beiden A rylkerne bewiesen sie im F alle eines analogen U m ­ setzungsproduktes m it A nisol durch o x y d a tiv e n Abbau.

•) Helv. 29, 114 (1946).