Biološka oksidacija. Reakcije smanjenja oksidacije: primjeri

Bez energije nema postojanja bilo kojeg živog bića. Uostalom, svaka kemijska reakcija, svaki proces zahtijeva njegovu prisutnost. Svakoj osobi lako je razumjeti i osjetiti. Ako cijeli dan ne jede, onda navečer, a možda i ranije, simptomi povećanog umora, letargije i snage znatno će se smanjiti.

Kako su se različiti organizmi prilagodili energiji primanja? Odakle dolazi i koji se procesi pojavljuju unutar ćelije? Pokušajmo razumjeti ovaj članak.

Proizvodnja energije organizama

Bez obzira na način na koji energija troši biće, OVR (reakcije smanjenja oksidacije) uvijek leži na osnovi. Primjeri mogu biti različiti. Jednadžba fotosinteze koju provode zelene biljke i neke bakterije minus je također OVR. Naravno, procesi će se razlikovati ovisno o vrsti živog bića.

Dakle, sve životinje minus su heterotrofi. To jest, takvi organizmi koji nisu sposobni za samostalno oblikovanje gotovih organskih spojeva za njihovo daljnje cijepanje i oslobađanje energije kemijskih veza.

Nasuprot tome, biljke su najmoćniji proizvođač organske tvari na našem planetu. Oni provode složeni i važan proces zvane fotosinteza, koja se sastoji u formiranju glukoze iz vode, ugljičnog dioksida pod djelovanjem posebne tvari minus- klorofila. Nusproizvod je kisik, koji je izvor života svih aerobnih živih bića.

Reakcije redukcije oksidacije, primjeri koji ilustriraju ovaj postupak:

• 6CO₂ + 6H₂O = klorofil = C₆H₁₀O₆ + 6o₂ ;

ili

• ugljični dioksid + vodikov oksid pod utjecajem klorofilnog pigmenta (reakcijski enzim) = monosaharid + slobodni molekularni kisik.

Postoje i predstavnici biomase planeta koji mogu iskoristiti energiju kemijskih veza anorganskih spojeva. Pozvani su hemotropics. Oni uključuju mnoge vrste bakterija. Na primjer, vodikovih mikroorganizama koji oksidiraju molekule supstrata u tlu. Postupak se dobiva formulom: 2H₂+0₂= 2H₂0.

Povijest razvoja znanja o biološkoj oksidaciji

Proces koji podrazumijeva proizvodnju energije danas je poznat. Ovo je biološka oksidacija. Biokemija je tako temeljito proučavala suptilnosti i mehanizme svih stupnjeva djelovanja, da nema gotovo nikakvih zagonetaka. Međutim, to nije uvijek bio slučaj.

Prvo spominjanje činjenice da unutar živih bića postoje složene transformacije, koje su po prirodi kemijske reakcije, pojavile oko XVIII stoljeća. U to je vrijeme Antoine Lavoisier, poznati francuski kemičar, usmjerio pozornost na to kako su biološka oksidacija i sagorijevanje slični. Slijedio primjer put kada disanja apsorbiran kisik i zaključili su da se javljaju u tijelu procesa oksidacije, a sporije od vanjske tijekom izgaranja različitih tvari. To znači, oksidacijsko sredstvo minus - molekula kisika minus reagira s organskim spojevima, specifično, s vodikom i ugljikom od njih, a potpuna transformacija odvija se uz dekompoziju spojeva.

Međutim, iako je ova pretpostavka inherentno prilično realna, mnoge su stvari ostale nejasne. Na primjer:

• kada su procesi slični, uvjeti njihovog protoka moraju biti identični, ali oksidacija se događa pri niskoj tjelesnoj temperaturi;
• djelovanje nije popraćeno oslobađanjem kolosalne količine toplinske energije i nema formiranja plamena;
• u živim bićima ne manje od 75-80% vode, ali to ne sprječava "gorenje" hranjivih tvari u njima.

Da bismo odgovorili na sva ova pitanja i razumjeli što je zapravo biološka oksidacija, trebalo je više od jedne godine.

Postojale su različite teorije koje su značile važnost kisika i vodika u tom procesu. Najčešći i najuspješniji bili su:

• Bachova teorija, nazvana peroksid;
• Teorija Palladina temeljena na konceptu kao što su "kromogeni".

U budućnosti, bilo je još mnogo znanstvenika, kako u Rusiji tako iu drugim zemljama svijeta, koji su postupno uveo dodatke i promjene na pitanje što je biološka oksidacija. Biokemija našeg vremena, zahvaljujući njihovim djelima, može reći o svakoj reakciji tog procesa. Među najpoznatijim imenima u ovom području su:

• Mitchell;
• SV Severin;
• Warburg;
• VA Belitser;
• Lehninger;
• V. P. Skulachev;
• Krebs;
• Zelena;
• V. A. Engelhardt;
• Keilin i drugi.

Vrste biološke oksidacije

Postoje dvije glavne vrste procesa koji se razmatraju, a koji se javljaju pod različitim uvjetima. Dakle, najčešći način u mnogim vrstama mikroorganizama i gljivica je pretvoriti rezultirajuću hranu minus anaerobni. To je biološka oksidacija koja se odvija bez pristupa kisiku i bez sudjelovanja u bilo kojem obliku. Takvi uvjeti su stvoreni na mjestima gdje nema pristupa zraka: podzemna, propadaju supstratu, muljevi, gline, močvare, pa čak u prostoru.

Ova vrsta oksidacije ima još jedno ime minus glikolizu. To je također jedna od faza složenijih i dugotrajnijih, ali energetski bogatih procesa minus-aerobna transformacija ili tkiva disanja. Ovo je druga vrsta procesa koji se razmatra. To se događa u svim aerobnim bićima - heterotrofima, koji koriste kisik za disanje.

Tako su vrste biološke oksidacije slijedeće.

1. Glikoliza, anaerobni put. Ne zahtijeva prisutnost kisika i završava različitim oblicima fermentacije.
2. Tiho disanje (oksidativna fosforilacija) ili aerobni izgled. Zahtijeva prisutnost molekularnog kisika.

Sudionici u procesu

Obratimo se razmatranju samih osobina koje uključuju biološku oksidaciju. Odredite glavne veze i njihove kratice, koje ćemo koristiti u budućnosti.

1. Acetilkoenzim-A (acetil-CoA) minus je kondenzat oksalne i octene kiseline s koenzimom formiranim u prvoj fazi ciklusa trikarboksilne kiseline.
2. Krebsov ciklus (ciklus limunske kiseline, trikarboksilne kiseline) minus je niz kompleksnih uzastopnih transformacija oksidacijske redukcije, praćeno oslobađanjem energije, smanjenjem vodika, stvaranjem važnih niskomolekularnih proizvoda. To je glavna veza kate i anabolizma.
3. NAD i NAD * H minus-enzim dehidrogenaze, dekodiranje kao nikotinamid adenin dinukleotid. Druga formula minus je molekula s vezanim vodikom. NADP - nikotinamid adenin dinuklid-fosfat.
4. FAD i FAD * H min-flavinadenin dinukleotid-koenzim dehidrogenaza.
5. ATP minus-adenozin trifosforna kiselina.
6. pVk minus piruvinske kiseline ili piruvata.
7. Sukcinat ili sukcinska kiselina, H₃RO₄ minus fosforna kiselina.
8. GTP minus-guanosin trifosfat, klasa purinskih nukleotida.
9. ETC minus-elektronski transportni lanac.
10. Enzimi procesa: peroksidazu, oksigenazu, citokromoksidazu, flavin dehidrogenaze, različite koenzime i druge spojeve.

Svi ti spojevi izravni su sudionici procesa oksidacije koji se javlja u tkivima (stanicama) živih organizama.

Faze biološke oksidacije: tablica

To su svi procesi koji prate biološku oksidaciju uz sudjelovanje kisika. Naravno, nisu u potpunosti opisani, ali samo u biti, budući da je potrebno čitavo poglavlje knjige za detaljan opis. Svi biokemijski procesi živih organizama izrazito su višestruki i složeni.

Reakcije oksidacijske redukcije procesa

Reakcije redukcije oksidacije, čiji primjeri mogu ilustrirati gore opisane procese oksidacije supstrata, su kako slijedi.

1. Glikoliza: monosaharid (glukoza) + 2AD⁺ + 2 ADP = 2PVK + 2ATF + 4H⁺ + 2H₂O + NADN.
2. Oksidacija piruvata: PVK + enzim = ugljični dioksid + acetaldehid. Zatim sljedeći korak: acetaldehid + koenzim A = acetil-CoA.
3. Mnogo sekvencijalnih transformacija limunske kiseline u ciklusu Krebs.

Ove reakcije redukcije oksidacije, čiji primjeri su dani gore, odražavaju suštinu procesa koji se pojavljuju samo u općem obliku. Poznato je da su ovi spojevi velike molekularne težine ili imaju veliki ugljikov skelet, tako da jednostavno nije moguće prikazati sve kompletne formule.

Energetska učinkovitost tkiva disanja

Navedenim opisima očito je da nije teško izračunati ukupni prinos sve oksidacije energijom.

1. Dvije molekule ATP daju glikolizu.
2. Oksidacija piruvata 12 molekula ATP.
3. 22 molekula predstavlja ciklus trikarboksilnih kiselina.

Rezultat: potpuna biološka oksidacija duž aerobnog puta daje energijski prinos jednak 36 molekula ATP. Značaj biološke oksidacije je očigledan. To je ta energija koju živi organizmi koriste za život i funkcioniranje, kao i za zagrijavanje tijela, pokreta i drugih potrebnih stvari.

Anaerobna oksidacija supstrata

Druga vrsta biološke oksidacije minus anaerobni. To jest, onaj koji provodi svatko, ali na kojem se mikroorganizmi određenih vrsta zaustavljaju. Ovo je glikoliza, i s njim su jasno vidljive razlike u daljnjoj transformaciji tvari između aerobesa i anaerobe.

Faze biološke oksidacije duž ovog puta su vrlo malo.

1. Glikoliza, to jest oksidacija molekule glukoze u piruvat.
2. Fermentacija, što dovodi do regeneracije ATP.

Fermentacija može biti različita, ovisno o organizmima koji ga izvode.

Mliječna fermentacija

Provode ga mliječne bakterije, kao i neke gljive. Bit je vratiti PVK mliječnoj kiselini. Ovaj se proces koristi u industriji za proizvodnju:

• fermentirani mliječni proizvodi;
• ukiseljeno povrće i voće;
• silaža za životinje.

Ova vrsta fermentacije jedna je od najčešće korištenih u ljudskim potrebama.

Alkoholna fermentacija

Poznato je ljudima iz samoga antike. Bit procesa je pretvorba PVC-a u dvije molekule etanola i dva ugljičnog dioksida. Zbog ovog izlaza proizvoda, ova vrsta fermentacije se koristi za proizvodnju:

• kruh;
• vino;
• pivo;
• slastice i sl.

Njegove gljive su kvasac i mikroorganizmi bakterijske prirode.

Masnu fermentaciju

Dovoljno je usko specifična vrsta fermentacije. To se provodi bakterijama roda Clostridium. Bit je pretvoriti piruvat u butirnu kiselinu, što daje hranu loš miris i rancid okus.

Stoga se reakcije biološke oksidacije koje idu uz takav put praktički se ne koriste u industriji. Međutim, ove bakterije samo se hrane sjemena i štete, smanjujući njihovu kvalitetu.