Biološka oksidacija. Reakcije z redukcijo oksidacije: primeri

Brez energije ni nobenega živega bitja. Konec koncev, vsaka kemična reakcija, vsak proces zahteva njegovo prisotnost. Vsakdo ga lahko razume in čuti. Če cel dan ne jedo, potem zvečer, in morda prej, se znatno zmanjšajo simptomi povečane utrujenosti, letargije in moči.

Kako se različni organizmi prilagajajo na sprejemanje energije? Od kod prihaja in kakšni so procesi znotraj celice? Poskusimo razumeti ta članek.

Proizvodnja energije po organizmih

Kateri koli način, kako energijo porabi bitje, OVR (reakcije z redukcijo oksidacije in redukcije) vedno leži na osnovi. Primeri so lahko različni. Enačba fotosinteze, ki jo izvajajo zelene rastline in nekatere bakterije minus je tudi OVR. Seveda se bodo procesi razlikovali glede na to, kakšno biološko bitje je mišljeno.

Tako vse živali minus so heterotrofi. To pomeni, da taki organizmi, ki niso sposobni samostojno oblikovati že pripravljenih organskih spojin v sebi za njihovo nadaljnje cepitev in sproščanje energije kemičnih vezi.

Rastline, nasprotno, so najmočnejši proizvajalec organskih snovi na našem planetu. Izvajajo kompleksen in pomemben proces, imenovan fotosinteza, ki je sestavljen iz tvorbe glukoze iz vode, ogljikovega dioksida pod delovanjem posebne snovi minus-klorofil. Stranski proizvod je kisik, ki je vir življenja za vsa aerobna živa bitja.

Reakcije z redukcijo oksidacije, katerih primeri ponazarjajo ta proces:

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

ali

• ogljikov dioksid + vodikov oksid pod vplivom klorofilnega pigmenta (reakcijski encim) = monosaharid + brez molekularnega kisika.

Obstajajo tudi predstavniki biomase planeta, ki lahko uporabljajo energijo kemičnih vezi anorganskih spojin. Imenujejo se hemotropi. Vključujejo veliko vrst bakterij. Na primer, mikroorganizmi vodika, ki oksidirajo molekule substrata v tleh. Postopek poteka po formuli: 2H₂+0₂= 2H₂0.

Zgodovina razvoja znanja o biološki oksidaciji

Postopek, ki je osnova za proizvodnjo energije, je zdaj dobro znan. To je biološka oksidacija. Biokemija je tako temeljito proučila modrost in mehanizme vseh stopenj delovanja, da skoraj ne obstajajo uganke. Vendar to ni bilo vedno tako.

Prva omemba dejstva, da v živih bitjih nastanejo kompleksne preobrazbe, ki so po naravi kemične reakcije, se pojavljajo okoli XVIII. Stoletja. Takrat je Antoine Lavoisier, znani francoski kemik, opozoril na to, kako so biološka oksidacija in zgorevanje podobni. Sledil je približni poti kisika, absorbiranega med dihanjem, in prišel do zaključka, da se oksidacijski procesi odvijajo znotraj telesa, le pri spalovanju različnih snovi le počasneje kot zunaj. To je oksidacijsko sredstvo minus - molekule kisika minus- reagira z organskimi spojinami, zlasti z vodikom in ogljikom iz njih, in popolno transformacijo poteka skupaj s razgradnjo spojin.

Čeprav je ta predpostavka po naravi precej realna, je veliko stvari ostalo nejasno. Na primer:

• ko so postopki podobni, morajo biti pogoji njihovega pretoka enaki, vendar se oksidacija pojavi pri nizki telesni temperaturi;
• ukrepanje ne spremlja sproščanje ogromne količine toplotne energije in ni nastanka plamena;
• v živih bitjih ne manj kot 75-80% vode, vendar to ne preprečuje "perečih" hranilnih snovi v njih.

Da bi odgovorili na vsa ta vprašanja in razumeli, kaj je dejansko biološka oksidacija, je trajalo več kot eno leto.

Obstajale so različne teorije, ki so v procesu pomenile pomen kisika in vodika. Najpogostejši in najuspešnejši so bili:

• Bachova teorija, imenovana peroksid;
• Teorija Palladina, ki temelji na konceptu, kot so "kromogeni".

V prihodnosti je bilo še vedno veliko znanstvenikov tako v Rusiji kot tudi v drugih državah sveta, ki so postopoma uvajali dodatke in spremembe na vprašanje o biološki oksidaciji. Biokemija našega časa, zahvaljujoč svojim delom, lahko pove o vsakem odzivu tega procesa. Med najbolj znana imena na tem področju so:

• Mitchell;
• SV Severin;
• Warburg;
• VA Belitser;
• Leninger;
• V. P. Skulačev;
• Krebs;
• Zelena;
• V. A. Engelhardt;
• Keilin in drugi.

Vrste biološke oksidacije

Obravnavana sta dva glavna tipa procesa, ki se pojavita pod različnimi pogoji. Tako je pri mnogih vrstah mikroorganizmov in gliv najpogostejši način pretvorbe nastale hrane minus anaerobni. To je biološka oksidacija, ki poteka brez dostopa do kisika in brez njegove udeležbe v kakršni koli obliki. Takšni pogoji nastajajo tam, kjer ni dostopa do zraka: pod zemljo, v gnitjih podlagah, blatu, gline, močvirju in celo v vesolju.

Ta vrsta oksidacije ima drugo ime minus glikoliza. Je tudi ena od stopenj kompleksnejšega in dolgotrajnega, a energetsko bogatega procesa minus-aerobna transformacija ali dihanje tkiv. To je druga vrsta obravnavanega postopka. To se dogaja v vseh aerobnih živih bitjih - heterotrofih, ki uporabljajo kisik za dihanje.

Tako so vrste biološke oksidacije naslednje.

1. Glikoliza, anaerobna pot. Ne zahteva prisotnosti kisika in konča z različnimi oblikami fermentacije.
2. Dihanje tkiv (oksidativna fosforilacija) ali aerobni videz. Zahteva prisotnost molekularnega kisika.

Udeleženci v procesu

Naj se obrnejo na sami značilnosti, ki vključujejo biološko oksidacijo. Določite glavne povezave in njihove okrajšave, ki jih bomo uporabili v prihodnosti.

1. Acetilcoenzim-A (acetil-CoA) minus je kondenzat oksalne in ocetne kisline s koencimom, ki se tvori v prvi fazi cikla trikarboksilne kisline.
2. Krebsov cikel (cikel citronske kisline, trikarboksilne kisline) minus je vrsta kompleksnih zaporednih transformacij oksidacijskih redukcij, ki jih spremlja sproščanje energije, zmanjšanje vodika, nastajanje pomembnih nizko-molekularnih produktov. To je glavna povezava kate in anabolizma.
3. NAD in NAD * H minus-encim dehidrogenaza, dekodiranje kot nikotinamid adenin dinukleotid. Druga formula minus je molekula z vezanim vodikom. NADP - nikotinamid adenin dinucid-fosfat.
4. FAD in FAD * H minus- flavinadenin dinukleotid-koencim dehidrogenaza.
5. ATP minus-adenozin trifosforjeva kislina.
6. PVC minus-piruvična kislina ali piruvat.
7. Sukcinat ali jantarna kislina, H₃RO₄ minus fosforjeva kislina.
8. GTP minus-gvanozin trifosfat, razred purinskih nukleotidov.
9. ETC minus-elektronska transportna veriga.
10. Encimi postopka: peroksidaza, oksigenaza, citokrom oksidaza, flavin dehidrogenaze, različne koencime in druge spojine.

Vse te spojine so neposredni udeleženci v procesu oksidacije, ki se pojavi v tkivih (celicah) živih organizmov.

Faze biološke oksidacije: miza

To so vsi procesi, ki spremljajo biološko oksidacijo s sodelovanjem kisika. Seveda niso popolnoma opisani, temveč le v bistvu, saj je za podroben opis potrebno celotno poglavje knjige. Vsi biokemični procesi živih organizmov so izredno večplastni in zapleteni.

Reakcije oksidacije in redukcije procesa

Reakcije z redukcijo oksidacije, katerih primeri lahko ponazarjajo zgoraj opisane procese oksidacije substrata, so naslednji.

1. Glikoliza: monosaharid (glukoza) + 2AD⁺ + 2 ADP = 2PVK + 2ATF + 4H⁺ + 2H₂O + NADN.
2. Oksidacija piruvate: PVK + encim = ogljikov dioksid + acetaldehid. Nato naslednji korak: acetaldehid + koencim A = acetil-CoA.
3. Veliko zaporednih transformacij citronske kisline v ciklu Krebs.

Ti oksidacijski redukcijski reakciji, ki so navedeni zgoraj, odražajo bistvo procesov, ki se pojavljajo le v splošni obliki. Znano je, da so zadevne spojine visoke molekulske mase ali imajo velik ogljikov ogrod, zato preprosto ni mogoče prikazati vseh popolnih formul.

Energijska moč tkivnega dihanja

Glede na zgornji opis je jasno, da za izračun celotna proizvodnja vso energijo oksidacije je enostavno.

1. Dve molekuli ATP dajo glikolizo.
2. Oksidacija piruvat 12 molekul ATP.
3. 22 molekul predstavljajo cikel trikarboksilnih kislin.

Rezultat: popolna biološka oksidacija vzdolž aerobne poti daje energijski izkoristek 36 molekul ATP. Pomembnost biološke oksidacije je očitna. To je ta energija, ki živi organizmi, da živijo in delujejo, kot tudi, da se segreje svoje telo, gibanje in druge potrebne stvari uporablja.

Anaerobna oksidacija substrata

Druga vrsta biološke oksidacije minus anaerobni. To je tisti, ki ga izvajajo vsi, ampak na kateri se mikroorganizmi nekaterih vrst ustavijo. To je glikoliza, in z njim jasno razvidne razlike v nadaljnji preobrazbi snovi med aerobi in anaerobami.

Faze biološke oksidacije vzdolž te poti so le malo.

1. Glikoliza, to je oksidacija molekule glukoze v piruvat.
2. Fermentacija, ki vodi k regeneraciji ATP.

Fermentacija je lahko različna, odvisno od organizmov, ki jih izvajajo.

Mlečna fermentacija

Izvajajo ga mlečne bakterije, pa tudi nekatere glive. Bistvo je obnoviti PVK v mlečno kislino. Ta proces se uporablja v industriji za proizvodnjo:

• fermentirani mlečni izdelki;
• kisle zelenjave in sadja;
• silaža za živali.

Ta vrsta fermentacije je eden od najbolj uporabljenih pri človeških potrebah.

Alkoholna fermentacija

Znano je ljudem iz antike. Bistvo postopka je pretvorba PVC v dve molekuli etanola in dva ogljikovega dioksida. Zaradi te proizvodnje proizvoda se ta vrsta fermentacije uporablja za proizvodnjo:

• kruh;
• vino;
• pivo;
• slaščice in drugo.

Njegove glive so kvas in mikroorganizmi bakterijske narave.

Mastna fermentacija

Zadostna je natančna vrsta fermentacije. Izvajajo ga bakterije rodu Clostridium. Bistvo je pretvoriti piruvat v masleno kislino, ki daje hrani slab vonj in žareč okus.

Zato se reakcije biološke oksidacije, ki potekajo po takšni poti, v industriji praktično ne uporabljajo. Vendar pa te bakterije samozaposlene hrane in škodujejo, zmanjšujejo njihovo kakovost.