「pH試験紙が青くなった！」
透真が叫ぶ。
「アルカリ性だね」奏が確認した。
「でも、pHって何？」透真が素朴に聞く。
怜が説明を始めた。「プロトン濃度の指標。正確には、水素イオンH⁺の濃度の負の対数」
「対数？」
「pH = -log[H⁺]。濃度が10倍になると、pHは1減る」
ミリアがノートに書いた。「pH 7 = 中性、pH < 7 = 酸性、pH > 7 = アルカリ性」
奏が疑問を持った。「なぜプロトンが重要なの？」
「プロトンは、最も小さいイオン」怜が答えた。「だから、反応速度が非常に速い」
透真が水を勢いよく注いだ。「プロトンも、水の中を速く動く？」
「正確には、水分子から水分子へ、プロトンがバトンタッチされる」
「バトンタッチ？」
ミリアが図を描いた。水分子の鎖。プロトンが次々と移動していく。
「グロタス機構」怜が説明した。「プロトン自体が移動するより、結合の組み換えで伝わる方が速い」
「面白い」奏が感心した。
「生体内では、pH制御が極めて重要」怜が続けた。
「なぜ？」
「酵素の活性が、pHに依存する。最適pHから外れると、酵素の形が変わって機能を失う」
透真が実験を始めた。「じゃあ、酸を加えたら？」
pH試験紙が赤く変色した。
「pH が下がった。でも、そんなに変わらない」奏が気づいた。
「緩衝液だから」怜が説明した。「pHの変化を抑える溶液」
「どうやって？」
ミリアがメモした。「弱酸と共役塩基のペア」
「例えば、酢酸と酢酸ナトリウム」怜が具体例を示した。
「酸を加えると、酢酸イオンがプロトンを受け取って酢酸になる。塩基を加えると、酢酸がプロトンを放出して酢酸イオンになる」
透真が理解した。「プロトンの受け皿と供給源がある」
「まさに。ヘンダーソン・ハッセルバルヒの式で計算できる」
怜が式を書いた。
「pH = pKa + log([A⁻]/[HA])」
「pKaは？」奏が聞く。
「酸の解離定数の負の対数。酸の強さを表す」
ミリアが付け加えた。「pKa = pHのとき、緩衝能が最大」
「なぜ？」
「[A⁻] = [HA]になるから。どちらの形態も十分ある」
透真が興奮気味に言った。「じゃあ、血液も緩衝液？」
「その通り」怜が認めた。「炭酸-重炭酸系。CO₂とHCO₃⁻のペア」
「血液のpHは？」
「約7.4。非常に狭い範囲に維持されている」
「ずれたら？」奏が心配そうに聞く。
「アシドーシスやアルカローシス。生命に危険」
ミリアが真剣な表情で言った。「pH 7.0以下、または7.8以上で、意識障害」
「そんなに厳密なんだ」透真が驚く。
「呼吸と腎臓が、pHを調整している」怜が続けた。
「呼吸？」
「CO₂を吐き出すことで、酸を排出する。過呼吸するとアルカリ性に傾く」
奏がメモした。「呼吸＝pH調整装置」
「腎臓は、HCO₃⁻を再吸収したり排出したりして調整する」
透真がふと思った。「プロトンって、結構働き者だね」
「生化学の中心的プレーヤー」怜が認めた。「酸化還元反応でも、プロトンは重要」
ミリアが補足した。「ATP合成も、プロトン勾配を使う」
「プロトンが駆け抜けると、エネルギーが作られる」怜が説明した。
「ミトコンドリアで？」奏が確認した。
「そう。プロトンポンプが、膜を挟んで濃度差を作る。その勾配を利用して、ATPシンターゼがATPを合成する」
透真が感心した。「プロトン、すごいな」
「たった一つの陽子」怜が言った。「でも、生命を支える基本粒子の一つ」
ミリアが最後に言った。「プロトンの道を理解することは、生命を理解すること」
窓の外では、雨が降っている。水分子の中で、無数のプロトンが駆け抜けている。目には見えない、でも確実に存在する、生命のメッセンジャー。
「次は、化学結合について話そう」怜が提案した。
三人は頷いた。プロトンの旅は、まだ始まったばかりだ。