Oxidarea biologică. Reacții de reducere a oxidării: exemple

Fără energie, nu există nicio ființă vie. La urma urmei, orice reacție chimică, orice proces necesită prezența ei. Este ușor pentru orice persoană să înțeleagă și să o simtă. Dacă întreaga zi nu mănâncă, apoi până seara, și probabil mai devreme, simptomele de oboseală crescută, letargie și tărie vor scădea semnificativ.

Cum s-au adaptat organismele diferite la primirea energiei? De unde provine și ce procese apar în interiorul celulei? Să încercăm să înțelegem acest articol.

Producerea energiei de către organisme

Indiferent de modul în care energia este consumată de creatură, OVR (reacțiile de reducere a oxidării) se află întotdeauna la baza. Exemplele pot fi diferite. Ecuația fotosintezei, care se realizează prin plante verzi și unele bacterii minus este, de asemenea, OVR. În mod firesc, procesele vor diferi în funcție de ce fel de ființă vie este însemnat.

Astfel, toate animalele minus sunt heterotrofe. Adică, astfel de organisme care nu sunt capabile să formeze în mod independent compuși organici gata făcuți în ei înșiși pentru a-și împărți și elibera ulterior energia legăturilor chimice.

Plantele, dimpotrivă, sunt cel mai puternic producător de materie organică de pe planeta noastră. Ei efectuează un proces complex și important numit fotosinteză, care constă în formarea de glucoză din apă, dioxid de carbon sub acțiunea unei substanțe speciale clorofilă minus-. Un produs secundar este oxigenul, care este sursa vieții tuturor ființelor aerobice vii.

Reacții de reducere a oxidării, exemple din care ilustrează acest proces:

• 6CO₂ + 6H₂O = clorofil = C₆H₁₀O₆ + 6O₂ ;

sau

• dioxid de carbon + oxid de hidrogen sub influența pigmentului de clorofil (enzima de reacție) = monozaharidă + oxigen molecular liber.

Există, de asemenea, reprezentanți ai biomasei planetei care sunt capabili să folosească energia legăturilor chimice ale compușilor anorganici. Ele sunt numite hemotropics. Acestea includ multe tipuri de bacterii. De exemplu, microorganismele de hidrogen care oxidează moleculele de substrat din sol. Procesul are loc prin formula: 2H₂+0₂= 2H₂0.

Istoria dezvoltării cunoștințelor despre oxidarea biologică

Procesul care stă la baza producției de energie este acum bine cunoscut. Aceasta este o oxidare biologică. Biochimia a studiat atat de detaliat subtilitatile si mecanismele tuturor etapelor de actiune, incat nu au mai ramas nici un ghicitor. Totuși, acest lucru nu a fost întotdeauna cazul.

Prima mențiune a faptului că în ființele vii există transformări complexe, care sunt prin natura lor reacții chimice, au apărut în jurul secolului al XVIII-lea. În acest moment Antoine Lavoisier, faimosul chimist francez, și-a îndreptat atenția asupra modului în care oxidarea biologică și arderea sunt similare. El a urmat calea exemplară atunci când respira oxigen absorbit și a concluzionat că apar în corpul proceselor de oxidare, dar mai lent decât în ​​exterior în timpul arderii diferitelor substanțe. Asta este, agentul de oxidare minus - molecule de oxigen minus - reacționează cu compuși organici, în mod specific, cu hidrogen și carbon din ele, și o transformare completă are loc însoțită de descompunerea compușilor.

Cu toate acestea, chiar dacă această ipoteză este în mod inerent destul de realistă, multe lucruri au rămas neclare. De exemplu:

• odată ce procedeele sunt similare, condițiile pentru curgerea lor trebuie să fie identice, dar oxidarea are loc la o temperatură scăzută a corpului;
• acțiunea nu este însoțită de eliberarea unei cantități colosale de energie termică și nu există formarea de flăcări;
• la ființele vii nu mai puțin de 75-80% apă, dar acest lucru nu împiedică "arderea" nutrienților în ele.

Pentru a raspunde la toate aceste intrebari si pentru a intelege ceea ce este de fapt o oxidare biologica, a durat mai mult de un an.

Au existat teorii diferite care implicau importanța oxigenului și a hidrogenului în proces. Cele mai frecvente și cele mai de succes au fost:

• Teoria lui Bach, numită peroxid;
• Teoria lui Palladin, bazată pe un concept precum "cromogeni".

În viitor, încă mai existau mulți oameni de știință, atât în ​​Rusia, cât și în alte țări ale lumii, care au introdus treptat adăugiri și schimbări la întrebarea despre oxidarea biologică. Biochimia timpurilor noastre, datorită operei lor, poate spune despre fiecare reacție a acestui proces. Printre cele mai cunoscute nume din această zonă se numără următoarele:

• Mitchell;
• SV Severin;
• Warburg;
• VA Belitser;
• Lehninger;
• V. P. Skulachev;
• Krebs;
• verde;
• V. A. Engelhardt;
• Keilin și alții.

Tipuri de oxidare biologică

Există două tipuri principale ale procesului în cauză, care apar în condiții diferite. Astfel, cea mai comună modalitate în multe specii de microorganisme și ciuperci este de a transforma alimentele rezultate minus anaerob. Aceasta este o oxidare biologică care are loc fără acces la oxigen și fără participarea sa sub nici o formă. Astfel de condiții sunt create în cazul în care nu există acces la aer: subterane, în substraturi putrede, noroi, lut, mlaștină și chiar în spațiu.

Acest tip de oxidare are un alt nume minus glicoliza. Este, de asemenea, una dintre etapele unui proces mai complex și consumator de timp, dar bogat energetic transformarea minus-aerobă sau respirația tisulară. Acesta este cel de-al doilea tip al procesului examinat. Apare la toate creaturile aerobice vii - heterotrofe, care utilizează oxigen pentru respirație.

Astfel, tipurile de oxidare biologică sunt după cum urmează.

1. Glicoliza, calea anaerobă. Nu necesită prezența oxigenului și se termină cu diferite forme de fermentare.
2. Respirația țesutului (fosforilarea oxidativă) sau aspectul aerobic. Necesită prezența oxigenului molecular.

Participanții la proces

Să ne întoarcem la considerarea însăși a propriilor caracteristici, care include oxidarea biologică. Definiți principalele conexiuni și abrevierile acestora, pe care le vom folosi în viitor.

1. Acetilcoenzimă-A (acetil-CoA) minus este un condensat de acid oxalic și acetic cu coenzima formată în prima etapă a ciclului acidului tricarboxilic.
2. Ciclul Krebs (un ciclu de acid citric, acizi tricarboxilici) minus este o serie de transformări succesive complexe de reducere a oxidării, însoțite de eliberarea energiei, reducerea hidrogenului, formarea de produse cu conținut molecular scăzut. Este principala legătură între kata și anabolism.
3. NAD și NAD * H minus-enzima dehidrogenază, decodificând ca nicotinamidadinină dinucleotidă. A doua formulă minus este o moleculă cu hidrogen atașat. NADP - nicotinamidă adenină dinuclid-fosfat.
4. FAD și FAD * H minus-flavinadenin dinucleotid-coenzima dehidrogenază.
5. ATP acidul minus-adenozin trifosforic.
6. PVK acidul minus-piruvic sau piruvatul.
7. Succinat sau acid succinic, H₃RO₄ minus acidul fosforic.
8. GTP minus-guanozin trifosfat, o clasă de nucleotide purinice.
9. ETC minus-lanțul de transport electronic.
10. Enzimele procesului: peroxidază, oxigenază, citocrom oxidază, flavin dehidrogenaze, diverse coenzime și alți compuși.

Toți acești compuși sunt participanți direcți la procesul de oxidare care apare în țesuturile (celulele) organismelor vii.

Etape de oxidare biologică: tabel

Acestea sunt toate procesele care însoțesc oxidarea biologică cu participarea oxigenului. Desigur, acestea nu sunt descrise pe deplin, ci numai în esență, deoarece este nevoie de un întreg capitol al cărții pentru o descriere detaliată. Toate procesele biochimice ale organismelor vii sunt extrem de complexe și complexe.

Oxidarea-reduceri ale procesului

Reacțiile de oxidare-reducere, exemple din care pot ilustra procedeele descrise mai sus de oxidare substrat, sunt după cum urmează.

1. Glicoliză: monozaharidă (glucoză) + 2AD⁺ + 2 ADP = 2PVK + 2ATF + 4H⁺ + 2H₂O + NADN.
2. Oxidarea piruvatului: enzima PVK + = dioxid de carbon + acetaldehidă. Apoi următorul pas: acetaldehidă + Coenzima A = acetil-CoA.
3. O mulțime de transformări secvențiale ale acidului citric în ciclul Krebs.

Aceste reacții de reducere a oxidării, exemplele cărora sunt date mai sus, reflectă esența proceselor care au loc doar într-o formă generală. Se știe că compușii în cauză au o greutate moleculară ridicată sau au un schelet de carbon mare, deci pur și simplu nu este posibil să se descrie toate formulele complete.

Producția de energie a respirației tisulare

Prin descrierile de mai sus este evident că nu este dificil să se calculeze randamentul total al întregii oxidări de energie.

1. Două molecule de ATP dau glicoliză.
2. Oxidarea moleculelor de piruvat 12 din ATP.
3. 22 molecule reprezintă ciclul de acizi tricarboxilici.

Rezultatul: oxidarea biologică completă de-a lungul căii aerobe dă un randament energetic egal cu 36 de molecule de ATP. Semnificația semnificației oxidării biologice este evidentă. Această energie este folosită de organismele vii pentru viață și funcționare, precum și pentru încălzirea corpului, mișcării și a altor lucruri necesare.

Oxidarea anaerobă a substratului

Al doilea tip biooxidation minus anaerob. Aceasta este cea care este realizată de toată lumea, dar pe care se opresc microorganismele anumitor specii. Aceasta este glicoliza, și este cu el diferențe clar distincte în transformarea în continuare a substanțelor între aerobe și anaerobe.

Etapele oxidării biologice de-a lungul acestei căi sunt puține.

1. Glicoliza, adică oxidarea moleculei de glucoză la piruvat.
2. Fermentarea, care duce la regenerarea ATP.

Fermentația poate fi de diferite tipuri, în funcție de organismele care o efectuează.

Fermentația lactică

Este efectuată de bacterii lactice, precum și de niște ciuperci. Esența este de a restabili PVK la acidul lactic. Acest proces este utilizat în industrie pentru a produce:

• produse lactate fermentate;
• legume si fructe marinate;
• însilozate pentru animale.

Acest tip de fermentație este una dintre cele mai utilizate în nevoile umane.

Fermentarea alcoolică

Este cunoscut pentru oamenii din antichitate. Esența procesului este conversia PVC-ului în două molecule de etanol și două dioxid de carbon. Datorită acestei producții a produsului, acest tip de fermentație este utilizat pentru a produce:

• pâine;
• vin;
• bere;
• produse de cofetărie și altele.

Ciupercile sale sunt drojdie și microorganisme de natură bacteriană.

Fermentarea uleioasă

Este suficient un tip specific de fermentație specific. Este efectuată de bacterii din genul Clostridium. Esența este de a transforma piruvatul în acid butiric, care dă mâncare un miros rău și un gust randid.

Prin urmare, reacțiile de oxidare biologică care trec de-a lungul unei astfel de căi nu sunt practic utilizate în industrie. Cu toate acestea, aceste bacterii hrănesc singuri și fac rău, reducând calitatea acestora.