Биологическое

окисление

Окисление – это

химическая реакция, включающая потерю атомом или молекулой одного или более электронов.

Всегда является частью реакции ОКИСЛЕНИЯ- ВОССТАНОВЛЕНИЯ, при которой эти электроны приобретаются другим атомом или молекулой.

Раньше этот термин использовался в более узком смысле для обозначения реакции, при которой кислород взаимодействует с другим элементом или веществом, в результате чего образуется оксид.

Биологическое окисление – это совокупность реакций окисления, направленных на обеспечение организма энергией в доступной для использования форме (АТФ).

Окисление органических соединений может быть связано:

1)с потерей электрона;

2)с отрывом водорода от окисляемого субстрата;

3)с замещением атомов на другие, более электроотрицательные атомы.

Особенность биологического окисления: многократность передачи Н+ и ē (или только ē) от одного соединения (донора, восстановителя) к другому

(акцептору, окислителю).

Это обеспечивает постепенное высвобождение

энергии: без взрыва и пламени, в водной среде, при

Все три типа реакций имеют место в живой клетке.

Если акцептором водорода в реакциях дегидрирования служит не кислород, а какой- либо другой субстрат, то совокупность таких

реакций называют анаэробным окислением. Анаэробное окисление – это процесс генерации водорода с участием никотинзависимых и флавинзависимых дегидрогеназ.

Если же акцептором водорода является кислород и в продуктах реакции присутствует вода, то такие реакции называют аэробным

окислением, или тканевым дыханием. Тканевое дыхание – это распад органических

История развития учения о биоокислении

1) Антуан Лоран Лавуазье (1743—1794), французский химик.

указал на то, что жизнь возможна только в присутствии кислорода, отметил сходство между процессами горения угля и тканевым дыханием.

Но уже тогда было очевидно, что биологическое окисление во многом отличается от процессов горения, а именно: оно протекает в необычных, очень «мягких» условиях - при сравнительно низкой температуре (370С), без образования пламени и в присутствии воды как главного компонента человеческого организма.

2) Теория А.Н.Баха – «теория активации кислорода» или «перекисная теория»

Алексей Николаевич Бах (1857-1946)

Согласно теории А.Н. Баха, в организме есть ферменты (оксигеназы), которые активируют кислород, образуя пероксиды, окисляя таким образом субстрат.

Кислород воздуха не является активным окислителем, так как обе валентности кислорода взаимно насыщают друг друга: О=О.

Для того чтобы кислород мог быть активным окислителем, он должен быть сперва активизирован, т. е. должна получиться молекула с подобного рода связями:

— О — О — .

По Баху, окислительные ферменты оксидазы состоят из самоокисляющихся веществ, которые, присоединяя кислород воздуха, образуют

перекисеобразные соединения.

Под действием ферментов пероксидаз отщепляется активный атомарный кислород.

Пероксидазы разлагают перекись водорода Н2О2 на

воду и активный атомарный кислород:

Н2О2 = Н2О + О Выделенный кислород уже окисляет

соответственное вещество.

В дальнейшем оказалось, что действительно в клетках существует ферменты, способные активировать молекулярный кислород и использовать его для окисления ряда веществ.

Существуют ферменты монооксигеназы, которые присоединяют к субстрату один атом кисло рода (SH +1/2 O2 → SOH ) и диоксигеназы, которые

присоединяют к субстрату 2 атома кислорода (S + O2 → SO2).

Монооксигеназы и диоксигеназы катализируют реакции гидроксилирования стероидов, ксенобиотиков, но не принимают участия в процессах биологического окисления в митохондриях.

3) Теория В.И. Палладина – «теория активации

водорода» Владимир Иванович Палладин (1859-1922)

По теории В.И. Палладина, окисление может происходить путем дегидрирования без участия кислорода при помощи посредников – акцепторов водорода, т.е. окисление

происходит как в аэробных условиях, так и в анаэробных.

Отнятие от веществ (субстратов) водорода происходит с участием специальных ферментов - хромогенов. После этого водород, по Палладину, может передаваться или на молекулу кислорода с образованием воды, или на другие молекулы, восстанавливая их.

Основные положения теории Палладина:

1.Непременным участником дыхания является вода.

2.Вода наряду с окисляемым субстратом выполняет роль донора водорода.

3.В процессе дыхания участвуют специфические активаторы водорода, отнимающие водород от субстрата.

4.Первые этапы дыхания являются анаэробными и не требуют присутствия молекулярного кислорода.

5.Молекулярный кислород используется на заключительном этапе дыхания для регенерации акцепторов водорода с образованием воды.