Биологично окисление. Окислително-редукционни реакции: примери

Без енергия, не съществува никакво живо същество. В края на краищата, всяка химическа реакция, всеки процес изисква нейното присъствие. Лесно е всеки човек да разбира и да го усеща. Ако целият ден не яде, а след вечерта и може би по-рано, симптомите на повишена умора, летаргия и сила ще намалеят значително.

Как се адаптират различните организми към приемането на енергия? Откъде идват и какви процеси протичат в клетката? Нека се опитаме да разберем тази статия.

Производство на енергия от организми

Независимо от начина, по който енергията се консумира от създанието, OVR (окислително-редукционни реакции) винаги лежи в основата. Примери могат да бъдат дадени различни. Уравнението на фотосинтеза, което се извършва от зелени растения и някои бактерии минус е и OVR. Разбира се, процесите ще се различават в зависимост от вида на живото същество.

По този начин, всички животни минус са хетеротрофи. Това са организми, които не са в състояние самостоятелно да образуват готови органични съединения в себе си за по-нататъшното им разцепване и освобождаване на енергията от химическите връзки.

Растенията, за разлика от нас, са най-мощният производител на органични вещества на нашата планета. Те изпълняват сложен и важен процес, наречен фотосинтеза, който се състои в образуването на глюкоза от вода, въглероден диоксид под действието на специална субстанция minus- хлорофил. Страничен продукт е кислородът, който е източникът на живот за всички аеробни живи същества.

Окислително-редукционни реакции, примери от които илюстрират този процес:

• 6CO₂ + 6Н₂О = хлорофил = С₆Н₁₀О₆ + 6о₂ ;

или

• въглероден диоксид + водороден оксид под въздействието на хлорофилния пигмент (реакционен ензим) = монозахарид + свободен молекулярен кислород.

Има и представители на биомасата на планетата, които могат да използват енергията на химическите връзки на неорганични съединения. Те се наричат ​​хемотропични. Те включват много видове бактерии. Например, водородни микроорганизми, които окисляват субстратните молекули в почвата. Процесът се осъществява по формулата: 2Н₂+0₂= 2Н₂0.

История на развитието на знания за биологичното окисление

Процесът, който стои в основата на производството на енергия, е добре известен. Това е биологично окисление. Биохимията толкова внимателно изучава тънкостите и механизмите на всички етапи на действие, че няма почти никакви загадки. Това обаче не винаги е така.

Първото споменаване на факта, че в живите същества има сложни трансформации, които по природа са химически реакции, се появяват около XVIII век. Точно по това време Антоан Лавоазие, прочутият френски химик, насочи вниманието си към това как биологичното окисление и изгаряне са подобни. Той проследява приблизителния път на абсорбирания кислород по време на дишането и стига до извода, че процесите на окисляване се осъществяват вътре в тялото, но са по-бавни от външните при изгарянето на различни вещества. Това означава, че окислителят минус - кислородни молекули реагират с органични съединения, по-специално с водород и въглерод от тях, и се извършва пълна трансформация, придружена от разлагане на съединенията.

Въпреки това, въпреки че това предположение е по същество доста реалистично, много неща остават неясни. Например:

• след като процесите са подобни, условията за тяхното протичане трябва да бъдат идентични, но окисляването се извършва при ниска телесна температура;
• действието не е придружено от освобождаване на колосално количество топлинна енергия и няма образуване на пламък;
• в живите същества не по-малко от 75-80% от водата, но това не пречи на "изгарянето" на хранителни вещества в тях.

За да отговорим на всички тези въпроси и да разберем какво всъщност е биологично окисляване, това отне повече от една година.

Имаше различни теории, които предполагаха значението на кислорода и водорода в процеса. Най-често срещаните и най-успешните са:

• Теорията на Бах, наречена пероксид;
• Теорията на Паладин, въз основа на концепция като "хромогени".

В бъдеще все още имаше много учени, както в Русия, така и в други страни по света, които постепенно въведоха допълнения и промени в въпроса за биологичното окисляване. Биохимията на нашето време, благодарение на техните произведения, може да разкаже за всяка реакция на този процес. Сред най-известните имена в тази област са следните:

• Мичъл;
• SV Северин;
• Warburg;
• VA Belitser;
• Lehninger;
• В. П. Скулачев;
• Кребс;
• Green;
• В. А. Engelhardt;
• Keilin и други.

Видове биологично окисляване

Съществуват два основни типа на разглеждания процес, които се случват при различни условия. По този начин най-честият начин в много видове микроорганизми и гъбички е да се преобразува получената храна минус анаеробни. Това е биологично окисление, което се осъществява без достъп до кислород и без участието му под каквато и да е форма. Такива условия се създават там, където няма достъп до въздуха: под земята, в гниещи субстрати, кал, глина, блато и дори в пространството.

Този тип окисление има друго име минус гликолизата. Това е и един от етапите на по-сложен и отнемащ време, но енергично богат процес минус-аеробна трансформация или тъканно дишане. Това е вторият вид на разглеждания процес. Намира се във всички аеробни живи същества - хетеротрофи, които използват кислород за дишане.

Така, видовете биологично окисление са както следва.

1. Гликолиза, анаеробна пътека. Не изисква наличието на кислород и завършва с различни форми на ферментация.
2. Дихателна тъкан (окислително фосфорилиране) или аеробно явление. Изисква наличието на молекулярен кислород.

Участници в процеса

Нека се обърнем към разглеждане на самите характеристики, които включват биологично окисляване. Определете основните връзки и техните съкращения, които ще използваме в бъдеще.

1. Ацетилкоензим-А (ацетил-СоА) минус е кондензат на оксалова и оцетна киселина с коензим, образуван в първия етап на цикъла на трикарбоксилната киселина.
2. Кръбският цикъл (цикъл от лимонена киселина, трикарбоксилни киселини) минус е поредица от сложни последователни трансформации на окисление и редуциране, придружени от освобождаване на енергия, намаляване на водорода, образуване на важни нискомолекулни продукти. Това е основната връзка между ката и анаболизма.
3. NAD и NAD * Н минус-ензимна дехидрогеназа, декодираща като никотинамид аденин динуклеотид. Втората формула минус е молекула с прикрепен водород. NADP - никотинамид аденин динуклид-фосфат.
4. FAD и FAD * H минус-флавинаденинов динуклеотид-коензим дехидрогеназа.
5. ATP минус-аденозин трифосфорна киселина.
6. PVK минус-пирогроздена киселина или пируват.
7. Сукцинат или янтарна киселина, Н₃RO₄ минус фосфорна киселина.
8. GTP минус-гуанозин трифосфат, клас пуринови нуклеотиди.
9. ETC нискоелектрична транспортна верига.
10. Ензимите на процеса: пероксидаза, оксигеназа, цитохромна оксидаза, флавин дехидрогенази, различни коензими и други съединения.

Всички тези съединения са директни участници в процеса на окисляване, който се среща в тъканите (клетките) на живите организми.

Етапи на биологично окисляване: таблица

Това са всички процеси, които съпътстват биологичното окисление с участието на кислород. Естествено, те не са напълно описани, а само по същество, тъй като за подробно описание е необходима цяла глава от книгата. Всички биохимични процеси на живите организми са изключително разнообразни и сложни.

Окислително-редукционни реакции на процеса

Реакциите на окисление-редукция, примери за които могат да илюстрират описаните по-горе процеси на окисление на субстрата, са както следва.

1. Гликолиза: монозахарид (глюкоза) + 2AD⁺ + 2 ADP = 2PVK + 2ATF + 4Н⁺ + 2H₂O + NADN.
2. Окисление на пируват: PVK + ензим = въглероден диоксид + ацеталдехид. След това следващата стъпка: ацеталдехид + коензим А = ацетил-СоА.
3. Много последователни трансформации на лимонената киселина в цикъла на Кребс.

Тези окислително-редукционни реакции, примери от които са дадени по-горе, отразяват същността на процесите, които се случват само в обща форма. Известно е, че въпросните съединения имат високо молекулно тегло или имат голям въглероден скелет, така че просто не е възможно да се изобразят всички пълни формули.

Енергийна мощност на тъканно дишане

От горните описания е очевидно, че не е трудно да се изчисли общият добив на цялото окисление от енергията.

1. Две молекули от АТФ дават гликолиза.
2. Оксидиране на пируват 12 молекули на АТР.
3. 22 молекули представляват цикъл на трикарбоксилните киселини.

Резултатът: пълното биологично окисление по аеробния път дава енергиен добив, равен на 36 молекули от АТР. Значението на биологичното окисление е очевидно. Тази енергия се използва от живите организми за живот и функциониране, както и за затопляне на тялото, движението и други необходими неща.

Анаеробно окисление на субстрата

Вторият вид биологично окисление минус анаеробни. Тоест, това, което се извършва от всички, но на което спират микроорганизмите на определени видове. Това е гликолиза, и с него ясно се различават разликите в по-нататъшната трансформация на веществата между аероби и анаероби.

Етапите на биологичното окисляване по този път са малко.

1. Гликолиза, т.е. окисляване на глюкозната молекула до пируват.
2. Ферментация, водеща до регенерация на АТР.

Ферментацията може да бъде от различни видове, в зависимост от организмите, които я извършват.

Млечна ферментация

Тя се осъществява от млечни бактерии, както и от някои гъбички. Същността е възстановяването на PVK на млечна киселина. Този процес се използва в промишлеността за производство на:

• ферментирали млечни продукти;
• кисели краставички и зеленчуци;
• силаж за животни.

Този тип ферментация е един от най-използваните в човешките нужди.

Алкохолна ферментация

Това е известно на хората от самото начало. Същността на процеса е превръщането на PVC в две молекули етанол и два въглероден диоксид. Благодарение на тази продукция на продукта, този тип ферментация се използва за производството на:

• хляб;
• вино;
• бира;
• сладкарски изделия и др.

Неговите гъбички са дрожди и микроорганизми от бактериална природа.

Мазна ферментация

Тесен специфичен вид ферментация е достатъчен. Тя се осъществява от бактерии от рода Clostridium. Същността е да се превърне пируват в бутирова киселина, която дава на храната лоша миризма и граняв вкус.

Ето защо реакциите на биологичното окисляване, протичащи по такъв начин, практически не се използват в промишлеността. Въпреки това, тези бактерии самосемейват храната и нанасят вреда, намалявайки тяхното качество.