Biologiese oksidasie. Redoksreaksies: voorbeelde

2024 Outeur: Angel Austin | [email protected]. Laas verander: 2024-01-15 17:20

Sonder energie kan nie 'n enkele lewende wese bestaan nie. Elke chemiese reaksie, elke proses vereis immers sy teenwoordigheid. Dit is maklik vir enigiemand om dit te verstaan en te voel. As jy nie heeldag kos eet nie, sal teen die aand, en moontlik selfs vroeër, simptome van verhoogde moegheid, lusteloosheid begin, krag sal aansienlik verminder.

Hoe het verskillende organismes aangepas om energie te verkry? Waar kom dit vandaan en watter prosesse vind binne die sel plaas? Kom ons probeer om hierdie artikel te verstaan.

Kry energie deur organismes

Wat ook al die manier waarop wesens energie verbruik, ORR (oksidasie-reduksie-reaksies) is altyd die basis. Verskeie voorbeelde kan gegee word. Die vergelyking van fotosintese, wat deur groen plante en sommige bakterieë uitgevoer word, is ook OVR. Natuurlik sal die prosesse verskil na gelang van watter lewende wese bedoel word.

So, alle diere is heterotrofe. Dit wil sê, sulke organismes wat nie in staat is om onafhanklik klaargemaakte organiese verbindings binne hulself te vorm virhulle verdere splitsing en vrystelling van die energie van chemiese bindings.

Plante, inteendeel, is die kragtigste produsent van organiese materiaal op ons planeet. Dit is hulle wat 'n komplekse en belangrike proses genaamd fotosintese uitvoer, wat bestaan uit die vorming van glukose uit water, koolstofdioksied onder die werking van 'n spesiale stof - chlorofil. Die neweproduk is suurstof, wat die bron van lewe vir alle aërobiese lewende dinge is.

Redox-reaksies, waarvan voorbeelde hierdie proses illustreer:

6CO₂ + 6H₂O=chlorofil=C₆H ₁₀O₆ + 6O₂;

of

koolstofdioksied + waterstofoksied onder die invloed van chlorofilpigment (reaksie-ensiem)=monosakkaried + vrye molekulêre suurstof

Daar is ook sulke verteenwoordigers van die planeet se biomassa wat in staat is om die energie van chemiese bindings van anorganiese verbindings te gebruik. Hulle word chemotrofe genoem. Dit sluit baie soorte bakterieë in. Byvoorbeeld waterstofmikro-organismes wat substraatmolekules in die grond oksideer. Die proses vind plaas volgens die formule:

Geskiedenis van die ontwikkeling van kennis van biologiese oksidasie

Die proses wat onderliggend is aan energieproduksie is vandag welbekend. Dit is biologiese oksidasie. Biochemie het die subtiliteite en meganismes van alle stadiums van aksie in so besonderhede bestudeer dat daar byna geen raaisels oor is nie. Dit was egter nie altyd.

Die eerste vermelding van die mees komplekse transformasies wat in lewende wesens plaasvind, wat chemiese reaksies in die natuur is, het rondom die 18de eeu verskyn. Dit was in hierdie tyd dat Antoine Lavoisier, die beroemde Franse chemikus, sy aandag gevestig het op hoe soortgelyk biologiese oksidasie en verbranding is. Hy het die benaderde pad van suurstof wat tydens asemhaling geabsorbeer word nagespoor en tot die gevolgtrekking gekom dat oksidasieprosesse binne die liggaam plaasvind, net stadiger as buite tydens die verbranding van verskeie stowwe. Dit wil sê, die oksideermiddel - suurstofmolekules - reageer met organiese verbindings, en spesifiek, met waterstof en koolstof daaruit, en 'n volledige transformasie vind plaas, gepaardgaande met ontbinding van die verbindings.

Alhoewel hierdie aanname egter in wese redelik werklik is, het baie dinge onverstaanbaar gebly. Byvoorbeeld:

• aangesien die prosesse soortgelyk is, moet die voorwaardes vir hul voorkoms identies wees, maar oksidasie vind plaas by lae liggaamstemperatuur;
• die aksie gaan nie gepaard met die vrystelling van 'n groot hoeveelheid termiese energie nie en daar is geen vlamvorming nie;
• lewende wesens bevat ten minste 75-80% water, maar dit verhoed nie die "verbranding" van voedingstowwe in hulle nie.

Dit het jare geneem om al hierdie vrae te beantwoord en te verstaan wat biologiese oksidasie werklik is.

Daar was verskillende teorieë wat die belangrikheid van die teenwoordigheid van suurstof en waterstof in die proses geïmpliseer het. Die mees algemene en suksesvolste was:

• Bach se teorie, genoemperoksied;
• Palladin se teorie, gebaseer op die konsep van "chromogene".

In die toekoms was daar baie meer wetenskaplikes, beide in Rusland en ander lande van die wêreld, wat geleidelik byvoegings en veranderinge gemaak het aan die vraag wat biologiese oksidasie is. Moderne biochemie, danksy hul werk, kan vertel van elke reaksie van hierdie proses. Van die bekendste name in hierdie gebied is die volgende:

• Mitchell;
• S. V. Severin;
• Warburg;
• B. A. Belitzer;
• Leninger;
• B. P. Skulachev;
• Krebs;
• Greene;
• B. A. Engelhardt;
• Kailin en ander.

Tipes biologiese oksidasie

Daar is twee hooftipes van die proses wat oorweeg word, wat onder verskillende toestande plaasvind. Dus, die mees algemene manier om die voedsel wat in baie spesies mikroörganismes en swamme ontvang word om te skakel, is anaërobies. Dit is biologiese oksidasie, wat uitgevoer word sonder toegang tot suurstof en sonder die deelname daarvan in enige vorm. Soortgelyke toestande word geskep waar daar geen toegang tot lug is nie: ondergronds, in verrottende substrate, slik, klei, moerasse en selfs in die ruimte.

Hierdie tipe oksidasie het 'n ander naam - glikolise. Dit is ook een van die stadiums van 'n meer komplekse en moeisame, maar energieke proses - aërobiese transformasie of weefselrespirasie. Dit is die tweede tipe proses wat oorweeg word. Dit kom voor in alle aërobiese lewende wesens-heterotrofe, watsuurstof word gebruik om asem te haal.

Dus die tipes biologiese oksidasie is soos volg.

1. Glikolise, anaërobiese pad. Vereis nie die teenwoordigheid van suurstof nie en lei tot verskeie vorme van fermentasie.
2. Weefselrespirasie (oksidatiewe fosforilering), of aërobiese aansig. Vereis die teenwoordigheid van molekulêre suurstof.

Deelnemers aan die proses

Kom ons gaan oor na die oorweging van die einste kenmerke wat biologiese oksidasie bevat. Kom ons definieer die hoofverbindings en hul afkortings, wat ons in die toekoms sal gebruik.

1. Asetielkoënsiem-A (asetiel-KoA) is 'n kondensaat van oksaal- en asynsuur met 'n koënsiem, wat in die eerste stadium van die trikarboksielsuursiklus gevorm word.
2. Die Krebs-siklus (sitroensuursiklus, trikarboksielsure) is 'n reeks komplekse opeenvolgende redokstransformasies wat gepaard gaan met die vrystelling van energie, waterstofvermindering en die vorming van belangrike lae molekulêre gewigsprodukte. Dit is die hoofskakel in kata- en anabolisme.
3. NAD en NADH - dehidrogenase ensiem, staan vir nikotinamied adenien dinukleotied. Die tweede formule is 'n molekule met 'n aangehegte waterstof. NADP - nikotinamied adenien dinukleotied fosfaat.
4. FAD en FADN − flavien adenien dinukleotied - koënsiem van dehidrogenases.
5. ATP - adenosientrifosforsuur.
6. PVC - pirodruivensuur of piruvaat.
7. Suksinaat of barnsteensuur, H₃PO₄− fosforsuur.
8. GTP − guanosientrifosfaat, klas puriennukleotiede.
9. ETC - elektronvervoerketting.
10. Ensieme van die proses: peroksidases, oksigenases, sitochroomoksidases, flaviendehidrogenases, verskeie koënsieme en ander verbindings.

Al hierdie verbindings is direkte deelnemers aan die oksidasieproses wat in die weefsels (selle) van lewende organismes plaasvind.

Biologiese oksidasiestadiums: tabel

Stage	Prosesse en betekenis
Glikolise	Die kern van die proses lê in die suurstofvrye splitsing van monosakkariede, wat die proses van sellulêre respirasie voorafgaan en gepaard gaan met 'n energie-uitset gelykstaande aan twee ATP-molekules. Pyruvaat word ook gevorm. Dit is die beginstadium vir enige lewende organisme van 'n heterotroof. Belangrikheid in die vorming van PVC, wat die cristae van mitochondria binnedring en 'n substraat is vir weefseloksidasie deur suurstof. By anaërobe, na glikolise, begin fermentasieprosesse van verskillende tipes.
Piruvaat-oksidasie	Hierdie proses bestaan uit die omskakeling van PVC wat tydens glikolise gevorm word in asetiel-CoA. Dit word uitgevoer met behulp van 'n gespesialiseerde ensiemkompleks piruvaatdehidrogenase. Die resultaat is setiel-KoA-molekules wat die Krebs-siklus binnegaan. In dieselfde proses word NAD na NADH gereduseer. Plek van lokalisasie - cristae van mitochondria.
Die afbreek van beta-vetsure	Hierdie proses word parallel met die vorige een uitgevoermitochondriale cristae. Die kern daarvan is om alle vetsure in asetiel-CoA te verwerk en dit in die trikarboksielsuursiklus te plaas. Dit herstel ook NADH.
Krebs-siklus	Begin met die omskakeling van asetiel-CoA na sitroensuur, wat verdere transformasies ondergaan. Een van die belangrikste stadiums wat biologiese oksidasie insluit. Hierdie suur word blootgestel aan: dehidrogenering; dekarboksilering; regenerasie. Elke proses word verskeie kere gedoen. Resultaat: GTP, koolstofdioksied, verminderde vorm van NADH en FADH2. Terselfdertyd is biologiese oksidasie-ensieme vrylik in die matriks van mitochondriale deeltjies geleë.
Oksidatiewe fosforilering	Dit is die laaste stap in die omskakeling van verbindings in eukariotiese organismes. In hierdie geval word adenosiendifosfaat na ATP omgeskakel. Die energie wat hiervoor benodig word, word geneem uit die oksidasie van daardie NADH- en FADH2-molekules wat in die vorige stadiums gevorm is. Deur opeenvolgende oorgange langs die ETC en 'n afname in potensiale, word energie in makro-ergiese bindings van ATP gesluit.

Dit is alles prosesse wat biologiese oksidasie met die deelname van suurstof vergesel. Natuurlik word hulle nie volledig beskryf nie, maar slegs in wese, aangesien 'n hele hoofstuk van die boek nodig is vir 'n gedetailleerde beskrywing. Alle biochemiese prosesse van lewende organismes is uiters veelvlakkig en kompleks.

Redox-reaksies van die proses

Redoksreaksies, waarvan voorbeelde die prosesse van substraatoksidasie wat hierbo beskryf kan illustreer, is soos volg.

1. Glikolise: monosakkaried (glukose) + 2NAD⁺ + 2ADP=2PVC + 2ATP + 4H⁺ + 2H ₂O + NADH.
2. Piruvaat-oksidasie: PVC + ensiem=koolstofdioksied + asetaldehied. Dan die volgende stap: asetaldehied + Koënsiem A=asetiel-CoA.
3. Baie opeenvolgende transformasies van sitroensuur in die Krebs-siklus.

Hierdie redoksreaksies, waarvan voorbeelde hierbo gegee word, weerspieël die essensie van die voortdurende prosesse slegs in algemene terme. Dit is bekend dat die betrokke verbindings óf 'n hoë molekulêre gewig is óf 'n groot koolstofskelet het, so dit is eenvoudig nie moontlik om alles met volle formules voor te stel nie.

Energie-uitset van weefselrespirasie

Uit bogenoemde beskrywings is dit duidelik dat dit nie moeilik is om die totale energie-opbrengs van die hele oksidasie te bereken nie.

1. Glikolise produseer twee ATP-molekules.
2. Piruvaat-oksidasie 12 ATP-molekules.
3. 22 molekules per sitroensuursiklus.

Bottom line: volledige biologiese oksidasie deur die aërobiese pad gee 'n energie-uitset gelykstaande aan 36 ATP-molekules. Die belangrikheid van biologiese oksidasie is duidelik. Dit is hierdie energie wat deur lewende organismes gebruik word vir lewe en funksionering, sowel as om hul liggame, beweging en ander nodige dinge op te warm.

Anaërobiese oksidasie van die substraat

Die tweede tipe biologiese oksidasie is anaërobies. Dit wil sê een wat deur almal uitgevoer word, maar waarop mikroörganismes van sekere spesies stop. Dit is glikolise, en dit is daaruit dat die verskille in die verdere transformasie van stowwe tussen aërobe en anaërobe duidelik nagespoor word.

Daar is min biologiese oksidasiestappe langs hierdie pad.

1. Glikolise, dit wil sê die oksidasie van 'n glukosemolekule na piruvaat.
2. Fermentasie wat tot ATP-herlewing lei.

Fermentasie kan van verskillende tipes wees, afhangende van die betrokke organismes.

melksuurgisting

Uitgevoer deur melksuurbakterieë en sommige swamme. Die slotsom is om PVC na melksuur te herstel. Hierdie proses word in die industrie gebruik om:

te verkry

• gegiste melkprodukte;
• gegiste groente en vrugte;
• diersilo's.

Hierdie tipe fermentasie is een van die mees gebruikte in menslike behoeftes.

Alkoholfermentasie

Bekend aan mense sedert die oudheid. Die kern van die proses is die omskakeling van PVC in twee molekules etanol en twee koolstofdioksied. As gevolg van hierdie produkopbrengs word hierdie tipe fermentasie gebruik om te verkry:

• brood;
• wyn;
• bier;
• suikergoed en meer.

Dit word uitgevoer deur swamme, gis en mikroörganismes van 'n bakteriese aard.

Bottergisting

'n Redelik eng spesifieke tipe fermentasie. Uitgevoer deur bakterieë van die genus Clostridium. Die slotsom is die omskakeling van piruvaat in bottersuur, wat kos 'n onaangename reuk en galsterige smaak gee.

Daarom word biologiese oksidasiereaksies wat hierdie pad volg feitlik nie in die industrie gebruik nie. Hierdie bakterieë saai egter kos op hul eie en veroorsaak skade, wat hul kwaliteit verlaag.