Biologická oxidace. Oxidační-redukční reakce: příklady

Bez energie neexistuje žádná živá bytost. Koneckonců, každá chemická reakce, každý proces vyžaduje její přítomnost. Pro každého člověka je snadné to pochopit a cítit. Pokud celý den neje, pak večer, a možná dříve, příznaky zvýšené únavy, letargie a síly se výrazně sníží.

Jak se různé organismy přizpůsobily přijímání energie? Odkud pochází a jaké procesy se vyskytují uvnitř buňky? Pokusme se pochopit tento článek.

Výroba energie organismy

Bez ohledu na to, jakou energii spotřebovává stvoření, vždy leží OVR (oxidační-redukční reakce). Příklady mohou být různé. Rovnice fotosyntézy, kterou provádějí zelené rostliny a některé bakterie minus je také OVR. Samozřejmě se tyto procesy budou lišit v závislosti na tom, jaký druh živé bytosti má být myšleno.

Tak, všechna zvířata mínus jsou heterotrofy. To znamená, že takové organismy nejsou schopné samostatně vytvářet připravené organické sloučeniny uvnitř sebe pro další rozdělení a uvolňování energie chemických vazeb.

Rostliny jsou naopak nejmocnějším výrobcem organických látek na naší planetě. Vykonávají komplexní a důležitý proces nazývaný fotosyntéza, která spočívá v tvorbě glukózy z vody, oxidu uhličitého působením speciální látky minus-chlorofyl. Vedlejším produktem je kyslík, který je zdrojem života pro všechny aerobní živé bytosti.

Oxidační redukční reakce, jejichž příklady ilustrují tento postup:

• 6CO₂ + 6H₂O = chlorofyl = C_6.H₁₀O_6. + 6O₂ ;

nebo

• oxid uhličitý + oxid vodíku pod vlivem chlorofylu (reakčního enzymu) = monosacharidu + volného molekulárního kyslíku.

Existují také zástupci biomasy planety, kteří jsou schopni využívat energii chemických vazeb anorganických sloučenin. Jsou nazývány hemotropií. Zahrnují mnoho druhů bakterií. Například vodíkové mikroorganismy, které oxidují substrátové molekuly v půdě. Proces probíhá podle vzorce: 2H₂+0₂= 2H₂0.

Historie vývoje poznatků o biologické oxidaci

Proces, který je základem výroby energie, je nyní dobře znám. Jedná se o biologickou oxidaci. Biochemie tak důkladně prozkoumala jemnosti a mechanismy všech fází akcí, že zbývají téměř žádné hádanky. To však nebylo vždycky pravda.

První zmínka o skutečnosti, že uvnitř živých bytostí jsou komplexní transformace, které jsou přirozeně chemickými reakcemi, se objevily kolem XVIII. Století. To bylo v té době, že Antoine Lavoisier, slavný francouzský chemik, obrátil jeho pozornost k biologické oxidaci a spalování jsou podobné. Ten při dýchání kyslík absorbovaný následuje příkladný cestou a dospěl k závěru, že se vyskytují v těle oxidačních procesů, ale pomaleji, než je vnější během spalování různých látek. To znamená oxidační činidlo mínus - molekuly kyslíku mínus reagují s organickými sloučeninami, konkrétně s vodíkem a uhlíkem z nich, a dochází k úplné transformaci spolu s rozkladem sloučenin.

Nicméně, i když tento předpoklad je ze své podstaty zcela realistický, mnohé věci zůstaly nejasné. Například:

• jakmile jsou procesy podobné, podmínky jejich toku musí být stejné, ale oxidace nastává při nízké teplotě těla;
• akce není doprovázena uvolněním kolosálního množství tepelné energie a nedochází k vytvoření plamene;
• v živých bytostech nejméně 75-80% vody, ale to nezabrání "spalování" živin v nich.

Chcete-li odpovědět na všechny tyto otázky a pochopit, co vlastně je biologická oxidace, trvalo to více než rok.

Tam byly různé teorie, které znamenaly význam kyslíku a vodíku v procesu. Mezi nejčastější a nejúspěšnější patří:

• Bachova teorie, nazývaná peroxidem;
• Teorie Palladina, založená na konceptu jako "chromogeny".

V budoucnu bylo stále mnoho vědců, a to jak v Rusku, tak v jiných zemích světa, kteří postupně zaváděli doplňky a změny v otázce biologické oxidace. Biochémie naší doby, díky své práci, může vyprávět o každé reakci tohoto procesu. Mezi nejznámější názvy v této oblasti patří:

• Mitchell;
• SV Severin;
• Warburg;
• VA Belitser;
• Leninger;
• V. P. Skulachev;
• Krebs;
• Zelená;
• V. A. Engelhardt;
• Keilin a další.

Druhy biologické oxidace

Existují dva hlavní typy zvažovaného procesu, ke kterým dochází za různých podmínek. Nejrozšířenějším způsobem v mnoha druzích mikroorganismů a hub je tedy přeměna výsledného jídla minus anaerobní. Jedná se o biologickou oxidaci, která probíhá bez přístupu kyslíku a bez účasti v žádné formě. Takové podmínky se vytvářejí tam, kde není přístup k vzduchu: v podzemí, v hnilobných substrátech, blátě, hlíně, bažině a dokonce iv prostoru.

Tento typ oxidace má jiný název minus glykolýza. Je to také jedna z etap komplexnějšího a časově náročného, ​​ale energeticky bohatého procesu minus-aerobní transformace nebo tkáňové dýchání. Toto je druhý typ zvažovaného procesu. Objevuje se u všech aerobních živých tvorů - heterotrofů, které používají kyslík k dýchání.

Typy biologické oxidace jsou tedy následující.

1. Glykolýza, anaerobní cesta. Nevyžaduje přítomnost kyslíku a končí různými způsoby fermentace.
2. Tkáňové dýchání (oxidační fosforylace) nebo aerobní vzhled. Vyžaduje přítomnost molekulárního kyslíku.

Účastníci procesu

Podívejme se na úvahy samotných vlastností, které zahrnují biologickou oxidaci. Definujte hlavní spojení a jejich zkratky, které budeme v budoucnu používat.

1. Acetylkoenzym-A (acetyl-CoA) minus je kondenzát kyseliny šťavelové a kyseliny octové s koenzymem vytvořeným v prvním stupni cyklu kyseliny trikarboxylové.
2. Krebsův cyklus (cyklus kyseliny citronové, trikarboxylové kyseliny) minus je řada komplexních následných oxidačních redukcí, spojených s uvolněním energie, redukcí vodíku, tvorbou důležitých nízkomolekulárních produktů. Je to hlavní kata a anabolismus.
3. NAD a NAD * H minus-enzym dehydrogenasa, dekódující jako nikotinamidadenin dinukleotid. Druhý vzorec minus je molekula s připojeným vodíkem. NADP - nikotinamidadenin-dinuklid-fosfát.
4. FAD a FAD * H minus-flavinadenin dinukleotid-koenzym dehydrogenázy.
5. ATP minus-adenosintrifosforečné kyseliny.
6. PVC minus-kyselina pyruvová nebo pyruvát.
7. Sukcinát nebo kyselina jantarová, H₃RO₄ mínus kyselina fosforečná.
8. GTP minus-guanosin trifosfát, třída purinových nukleotidů.
9. ETC minus-elektronový transportní řetězec.
10. Enzymy procesu: peroxidáza, oxygenáza, cytochrom oxidáza, flavin dehydrogenázy, různé koenzymy a další sloučeniny.

Všechny tyto sloučeniny jsou přímými účastníky oxidačního procesu, který se vyskytuje v tkáních (buňkách) živých organismů.

Etapy biologické oxidace: tabulka

To jsou všechny procesy, které doprovázejí biologickou oxidaci za účasti kyslíku. Samozřejmě, že nejsou úplně popsány, ale pouze v podstatě, protože celá kapitola knihy je potřebná pro podrobný popis. Všechny biochemické procesy živých organismů jsou extrémně mnohostranné a složité.

Oxidace-redukční reakce procesu

Oxidace-redukční reakce, jejichž příklady mohou ilustrovat výše popsané způsoby oxidace substrátu, jsou následující.

1. Glykolýza: monosacharid (glukóza) + 2AD⁺ + 2 ADP = 2PVK + 2ATF + 4H⁺ + 2H₂O + NADN.
2. Oxidace pyruvátu: enzym PVK + = oxid uhličitý + acetaldehyd. Pak další krok: acetaldehyd + koenzym A = acetyl-CoA.
3. Mnoho postupných změn kyseliny citronové v Krebsově cyklu.

Tyto oxidační-redukční reakce, jejichž příklady jsou uvedeny výše, odrážejí podstatu procesů, které se vyskytují pouze v obecné formě. Je známo, že uvedené sloučeniny mají vysokou molekulovou hmotnost nebo mají velký uhlíkový skelet, takže prostě není možné zobrazit všechny úplné vzorce.

Energetický výkon tkáňového dýchání

Výše uvedenými popisy je zřejmé, že není obtížné vypočítat celkový výtěžek veškeré oxidace energií.

1. Dvě molekuly ATP poskytují glykolýzu.
2. Oxidace pyruvátu 12 molekul ATP.
3. 22 molekul představuje cyklus trikarboxylových kyselin.

Výsledek: úplná biologická oxidace podél aerobní dráhy poskytuje energetický výtěžek 36 molekul ATP. Význam biologické oxidace je zřejmý. Tato energie je využívána živými organismy pro život a fungování, stejně jako pro oteplování jejich těla, pohybu a dalších potřebných věcí.

Anaerobní oxidace substrátu

Druhý typ biologické oxidace minus anaerobní. To znamená ten, který provádí každý, ale na němž zastavují mikroorganismy určitých druhů. Jedná se o glykolýzu, a to je s ním jasně rozpoznatelné rozdíly v další transformaci látek mezi aerobes a anaerobes.

Stupně biologické oxidace podél této cesty jsou málo.

1. Glykolýza, tj. Oxidace molekuly glukózy na pyruvát.
2. Fermentace vedoucí k regeneraci ATP.

Fermentace může být různého druhu, v závislosti na organismech, které ji provádějí.

Mléčná fermentace

Je prováděna mléčnými bakteriemi, stejně jako některými houbami. Podstatou je obnovení PVK na kyselinu mléčnou. Tento proces se používá v průmyslu k výrobě:

• fermentované mléčné výrobky;
• nakládaná zelenina a ovoce;
• siláž pro zvířata.

Tento typ fermentace je jedním z nejvíce používaných v lidských potřebách.

Alkoholická fermentace

Je známo lidem z dávné doby. Podstatou tohoto procesu je přeměna PVC na dvě molekuly ethanolu a dvou oxidů uhličitého. Díky tomuto výkonu produktu se tento typ fermentace používá k výrobě:

• chléb;
• víno;
• pivo;
• cukrovinky a další.

Jeho houby jsou kvasinky a mikroorganismy bakteriální povahy.

Olejová fermentace

Úzce specifický typ fermentace je dostatečný. Provádí se bakteriemi rodu Clostridium. Podstatou je převést pyruvát na kyselinu máselnou, která dává jídlo špatné vůni a žaludku.

Reakce biologické oxidace, která probíhá takovou cestou, se proto prakticky nepoužívají v průmyslu. Tyto bakterie však samy semenají potravu a dělají škodu, což snižuje jejich kvalitu.