Oxidació biològica. Reaccions d'oxidació-reducció: exemples

Sense energia, no hi ha existència de cap ésser viu. Després de tot, cada reacció química, qualsevol procés requereix la seva presència. És fàcil per a qualsevol persona entendre-la i sentir-la. Si no menges tot el dia, a la tarda, i potser abans, els símptomes d'un augment de cansament, letargia i força disminuiran significativament.

Com es van adaptar els diferents organismes a l'energia? D'on prové i quins processos es produeixen dins de la cel·la? Intenti comprendre aquest article.

Producció d'energia per part d'organismes

Independentment del mètode que consumeixi l'energia, la base sempre és OBR (reaccions redox). Es poden donar exemples diferents. L'equació de la fotosíntesi, que es duu a terme per les plantes verdes i alguns bacteris, també és OVR. Naturalment, els processos variaran depenent del tipus de ser viu.

Per tant, tots els animals són heterótrofs. És a dir, organismes que no són capaços de formar, independentment, compostos orgànics preparats en si mateixos per a la seva posterior divisió i alliberament de l'energia dels enllaços químics.

Les plantes, per contra, són el productor més poderós de matèria orgànica del nostre planeta. Estan realitzant un procés complex i important anomenat fotosíntesi, que consisteix en la formació de glucosa a partir d'aigua, diòxid de carboni sota l'acció d'una substància especial: clorofil·la. Un subproducte és l'oxigen, que és la font de vida per a tots els éssers vius aeròbics.

Reaccions d'oxidació-reducció, exemples que il·lustren aquest procés:

• 6CO ₂ + 6H ₂ O = clorofil · la = C ₆ H ₁₀ O ₆ + ₆ O ₂ ;

O

• Diòxid de carboni + òxid d'hidrogen sota la influència del pigment de clorofil·la (enzim de la reacció) = monosacàrid + oxigen molecular lliure.

També hi ha representants de la biomassa del planeta capaços d'utilitzar l'energia dels enllaços químics dels compostos inorgànics. Es diuen hemotròpics. Inclouen molts tipus de bacteris. Per exemple, els microorganismes d'hidrogen que oxiden les molècules del substrat al sòl. El procés es realitza d'acord amb la fórmula: 2H ₂ + 0 ₂ = 2H ₂ 0.

Història del desenvolupament del coneixement sobre l'oxidació biològica

El procés que subjau a la producció d'energia és ben conegut. Aquesta és una oxidació biològica. La bioquímica ha estudiat de manera tan profunda les subtileses i els mecanismes de totes les fases d'actuació, que gairebé no hi ha cap enigma. No obstant això, això no sempre va ser així.

El primer esment sobre el fet que dins dels éssers vius hi ha transformacions complexes, que són reaccions químiques per naturalesa, aparegudes al voltant del segle XVIII. Va ser en aquest moment quan Antoine Lavoisier, el famós químic francès, va centrar la seva atenció en què l'oxidació i la combustió són similars. Va traçar el camí aproximat de l'oxigen absorbit durant la respiració i va arribar a la conclusió que els processos d'oxidació tenen lloc dins del cos, només més lent que l'exterior quan es cremen diverses substàncies. És a dir, les molècules oxigenant-oxigen-reaccionen amb compostos orgànics, específicament hidrogen i carboni d'ells, i es produeix una transformació completa, acompanyada de la descomposició dels compostos.

Tanmateix, tot i que aquesta hipòtesi és intrínsecament real, moltes coses no estaven clares. Per exemple:

• Una vegada que els processos siguin similars, les condicions per al seu flux han de ser idèntiques, però l'oxidació es produeix a una temperatura corporal baixa;
• L'acció no s'acompanya de l'alliberament d'una gran quantitat d'energia tèrmica i no hi ha formació de flama;
• En els éssers vius no menys del 75-80% de l'aigua, però això no impedeix la "crema" dels nutrients en ells.

Per respondre a totes aquestes preguntes i comprendre què és en realitat una oxidació biològica, va trigar més d'un any.

Hi havia diferents teories que implicaven la importància de l'oxigen i l'hidrogen en el procés. Els més comuns i més reeixits van ser:

• La teoria de Bach, anomenada peróxido;
• La teoria de Palladin, basada en un concepte com "cromògens".

En el futur encara hi havia molts científics, tant a Rússia com a altres països del món, que gradualment van introduir addicions i canvis a la qüestió del que és l'oxidació biològica. La bioquímica del nostre temps, gràcies a les seves obres, pot explicar sobre cada reacció d'aquest procés. Entre els noms més famosos d'aquesta àrea es troben els següents:

• Mitchell;
• SV Severin;
• Warburg;
• VA Belitser;
• Leninger;
• V. P. Skulachev;
• Krebs;
• Verd;
• V. A. Engelhardt;
• Keilin i altres.

Tipus d'oxidació biològica

Hi ha dos tipus principals del procés en consideració, que es produeixen en diferents condicions. Així, la forma més comú per a molts tipus de microorganismes i fongs de transformar els aliments que reben és anaeròbic. Aquesta oxidació biològica, que es duu a terme sense accés a l'oxigen i sense la seva participació en cap forma. Aquestes condicions es creen quan no hi ha accés a l'aire: sota terra, en substrats de podridura, fang, argila, pantans i fins i tot a l'espai.

Aquest tipus d'oxidació té un altre nom: la glucòlisi. També és una de les etapes d'un procés més complex i que requereix molt de temps, però enèrgicament ric: transformació aeròbica o respiració del teixit. Aquest és el segon tipus del procés considerat. Es produeix en totes les criatures vivaces aeròbiques-heteròtrofs, que utilitzen oxigen per a la respiració.

Així, els tipus d'oxidació biològica són els següents.

1. Glicòlisi, via anaeròbica. No requereix la presència d'oxigen i acaba amb diferents formes de fermentació.
2. Respiració de teixits (fosforilació oxidativa), o aparició aeròbica. Requereix la presència d'oxigen molecular.

Participants en el procés

Tornem a tenir en compte les pròpies característiques, que inclouen l'oxidació biològica. Definiu les connexions principals i les seves sigles, que utilitzarem en el futur.

1. Acetilcoenzim-A (acetil-CoA): un condensat d'àcid oxàlic i àcid acètic amb coenzim, format a la primera etapa del cicle d'àcid tricarboxílic.
2. El cicle de Krebs (un cicle d'àcid cítric, àcid tricarboxílic) és una sèrie de transformacions redox seqüencials complexes, acompanyades per l'alliberament de l'energia, la reducció de l'hidrogen i la formació d'importants productes de baixa molecular. És el vincle principal de kata i anabolisme.
3. NAD i NAD * H és una enzima deshidrogenasa, decodificant com nicotinamida adenina dinucleòtida. La segona fórmula és una molècula amb hidrogen adjunt. NADP - nicotinamida adenina dinucleòfoc fosfat.
4. FAD i FAD * H - dinucleòtid de flavinadenidina - coenzim deshidrogenases.
5. ATP - àcid adenosin trifosfòric.
6. PVK - àcid pirúvic o piruvat.
7. Succinato o àcid succínic, H ₃ PO ₄ - àcid fosfòric.
8. GTP - guanosina trifosfat, una classe de nucleòtids de purina.
9. ETC és una cadena de transport d'electrons.
10. Els enzims del procés: peroxidasa, oxigenasa, citocromo oxidasa, flavina deshidrogenasa, diversos coenzims i altres compostos.

Tots aquests compostos són participants directes en el procés d'oxidació que es produeix en els teixits (cèl·lules) dels organismes vius.

Fases de l'oxidació biològica: taula

Aquests són tots els processos que acompanyen l'oxidació biològica amb la participació d'oxigen. Naturalment, no es descriuen completament, sinó només en essència, ja que es necessita un capítol complet del llibre per a una descripció detallada. Tots els processos bioquímics dels organismes vius són extremadament polifacètics i complexos.

Reaccions d'oxidació-reducció del procés

Les reaccions d'oxidació-reducció, exemples que poden il·lustrar els processos descrits anteriorment d'oxidació del substrat, són els següents.

1. Glicòlisi: monosacàrid (glucosa) + 2ADD ⁺ + 2ADP = 2PVK + 2ATP + 4H ⁺ + 2H2O + NADH.
2. Oxidació del piruvat: enzim PVK + = diòxid de carboni + acetaldehid. A continuació, el següent pas: acetaldehid + Coenzim A = acetil-CoA.
3. Moltes transformacions seqüencials d'àcid cítric en el cicle de Krebs.

Aquestes reaccions d'oxidació-reducció, exemples que es detallen anteriorment, reflecteixen l'essència dels processos que es produeixen només d'una forma general. Se sap que els compostos en qüestió tenen un alt pes molecular o tenen un gran esquelet de carboni, de manera que simplement no és possible representar totes les fórmules completes.

Sortida energètica de la respiració del teixit

Per les descripcions anteriors és obvi que no és difícil calcular el rendiment total de tota l'oxidació per energia.

1. Dues molècules d'ATP donen glucòlisi.
2. Oxidació de piruvat 12 molècules d'ATP.
3. Les 22 molècules representen el cicle dels àcids tricarboxílics.

El resultat: l'oxidació biològica completa al llarg del recorregut aeròbic dóna un rendiment energètic igual a 36 molècules d'ATP. La importància de l'oxidació biològica és evident. És aquesta energia que utilitzen els organismes vius per a la vida i el funcionament, així com per calmar el seu cos, el seu moviment i altres coses necessàries.

Oxidació anaeròbia del substrat

El segon tipus d'oxidació biològica és anaeròbic. Aquest és el que realitza qualsevol persona, però sobre el qual s'aturen els microorganismes de determinades espècies. Aquesta glucòlisi, i és amb ell diferències clarament discernibles en la transformació posterior de substàncies entre aerobis i anaerobis.

Les etapes de l'oxidació biològica al llarg d'aquest camí són poques.

1. Glicòlisi, és a dir, l'oxidació de la molècula de glucosa al piruvat.
2. Fermentació, que condueix a la regeneració d'ATP.

La fermentació pot ser de diferents tipus, depenent dels organismes que la duen a terme.

Fermentació làctica

Es duu a terme mitjançant bacteris d'àcid làctic, així com alguns fongs. L'essència és restaurar el PVK a l'àcid làctic. Aquest procés s'utilitza en la indústria per produir:

• Productes lactis fermentats;
• Verdures i fruites en escabetx;
• Silo per a animals.

Aquest tipus de fermentació és un dels més utilitzats en les necessitats humanes.

Fermentació alcohòlica

És conegut per la gent des de l'antiguitat. L'essència del procés és la conversió de PVC en dues molècules d'etanol i dos de diòxid de carboni. A causa d'aquesta sortida del producte, aquest tipus de fermentació s'utilitza per produir:

• Pa;
• Vi;
• Cervesa;
• Confiteria i altres.

Els seus fongs són llevats i microorganismes de naturalesa bacteriana.

Fermentació oliosa

Un tipus específic de fermentació és suficient. Es duu a terme per bacteris del gènere Clostridium. L'essència és convertir el piruvat en àcid butíric, que dóna al menjar una mala olor i un sabor ranci.

Per tant, les reaccions d'oxidació biològica que travessen aquest camí no s'utilitzen pràcticament a la indústria. No obstant això, aquests bacteris autosepiguen aliments i danys, reduint la seva qualitat.