2. Особенности строения молекулы кислорода. Афк – активные формы кислорода.
Кислород с одной стороны для нас жизненно необходим, а с другой стороны – очень токсичен. От О2 зависят реакции окисления при синтезе АТФ, детоксикация и биосинтез. У кислорода 8 электронов, на внешней оболочке у него два неспаренных электрона (две стрелочки), поэтому для кислорода окислительное число - -2. Т.к. он имеет два неспаренных электрона, он является бирадикалом.
Обычно кислород, как положено, просто связывает два недостающих электрона и восстанавливается до
воды – конечного продукта биологического окисления. НО когда О2 принимает одиночный электрон, вместо двух, он превращается в… да, свободный радикал. Он окисляет всё вокруг себя, повреждая липиды в мембранах, белки и ДНК. Это в итоге очень быстро приводит к гибели клетки и возникновению множества болезней.
Итак: кислород – это молекула, которая должна иметь два электрона на своей орбитали. В ходе реакций в нашем организме, которые происходят в клетках, О2 принимает на себя
одиночные электроны и формирует АКТИВНЫЕ ФОРМЫ КИСЛОРОДА
Активные формы кислорода (АФК) - высокореактивные нестабильные кислородные молекулы, образовавшиеся при восстановлении О2. Они представлены супероксидами (O2 −), перекисью водорода (Н2О2) и радикалом гидроксида (OH •). Отмечу, что H2O2, хоть и не является радикалом, всё равно относится к АФК, т.к. из него может образоваться радикал гидроксида(OH •).
ROS=АФК
АФК могут образовываться неферментативно(случайным образом) или же
ферментативно – в качестве побочных продуктов или же основных. Супероксид (О2-) образуется неферментативно из Кофермента Q(убихинона) или из металлсодержащих ферментов (например, Цитохром Р450). Высокотоксичный гидроксильный радикал (OH •) так же образуется неферментативно из супероксида в присутствии Fe2+ или Cu+ при реакции
Фентона или из перекиси при реакции Хабера-Вейса. Так или иначе, АФК постоянно присутствуют в клетке. Примерно 3-5% кислорода, который мы вдыхаем, преобразуется в свободные радикалы. Некоторые, как я уже сказала – просто побочные продукты обычных ферментативных реакций, которые ускользают от металлсодержащих ферментов во время реакции окисления. Другие, такие как перекись водорода, являются физиологическими продуктами оксидаз в пероксисомах. Усиленный синтез токсичных свободных радикалов происходит во время воспалительного процесса. Наркотики, естественная радиация, загрязнители воздуха и другие химические вещества также могут увеличивают образование свободных радикалов в клетках.
Другой источник:
Возникновение аэробного метаболизма у древних организмов принесло им не только выгоды в виде более эффективного метаболизма, но и проблемы, связанные с особенностями строения молекулы кислорода.
Порядковый номер кислорода в таблице Менделеева – 8, заряд ядра – +8, общее число электронов – 8, электронная формула кислорода – 1s22s22p4. На 2р-подуровне атома имеются два неспаренных электрона, обычное для кислорода окислительное число равно -2.
|
|
Диаграмма строения атома кислорода |
Строение молекулы кислорода |
Молекула кислорода в своем обычном состоянии отличается от других газообразных элементов тем, что имеет два неспаренных электрона, т.е. является бирадикалом. В целом, общие механизмы восстановления кислорода в биохимических реакциях происходят с участием только одного электрона, а кислород является довольно стабильной молекулой, обладающей свойством сильного окислителя.
Упомянутые неспаренные электроны обладают параллельными спинами. Это, в соответствии с принципом Паули, выдвигает условие, что с кислородом могут взаимодействовать только такие двухвалентные восстановители, которые имеют два неспаренных электрона с параллельными спинами, но спины приносимых электронов должны быть противоположны имеющимся в кислороде.
Поскольку каждая молекула кислорода имеет два неспаренных электрона на внешней орбитали, то в клетке она легко вовлекается в реакции, связанные с захватом "недополученных" электронов, и в итоге восстанавливается до воды, конечного продукта биологического окисления. В идеальном мире именно так и происходит. Однако в реальности часто образуются продукты неполного восстановления кислорода, называемые активные формы кислорода (АФК). АФК являются нестабильными молекулами, что и определяет их высокие реакционные свойства.
