ЛЕКЦИЯ № 5
РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ БИООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Кислород в атмосфере Земли появился около 600 млн. лет назад, что потребовало перестройки механизмов функционирования живых существ.
Наряду с анаэробными организмами появились аэробные, метаболизм которых протекает с участием кислорода.
Потребление О2 человеком в покое составляет
250 мл/мин (360 литров в сутки),
при физической работе может возрастать в десятки раз
Н-субстрат-Н + ½ О2 |
Н2О + дегидрированный |
|
субстрат |
|
(окисленный) |
|
||
Окисление органических субстратов – процесс аналогичный горению
2Н |
- 2 е |
|
|
|
2Н+ |
Н О |
∆G0 = - 100 кДж/моль |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
2 |
протонов - экзергонический |
О |
+ 2 е |
|
|
О2- |
|
||
|
|
|
|||||
|
|
|
процесс |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Окислительно-восстановительными
называются реакции, которые сопровождаются переносом электронов от одной молекулы к другой.
•Окисление – процесс отдачи электронов, восстановление –процесс присоединения электронов.
•Восстановители – доноры электронов, окислители – акцепторы электронов
|
|
|
Окисление |
|
||
Восстановитель |
|
|
-е |
Окислитель |
||
|
|
|
|
|
||
|
|
+ е |
|
|||
|
|
|
|
|||
|
восстановление |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Значение реакций окисления- восстановления в организме
•1. Окисление питательных веществ
•(процессы катаболизма), при которых выделяется энергия, запасаемая в виде АТФ и используемая в процессах анаболизма (биосинтеза).
•2. Основа клеточного дыхания (окислительное фосфорилирование)
•3. Процессы свободнорадикального окисления липидов биологических мембран, белков, нуклеиновых кислот
•4. Процессы детоксикации ксенобиотиков
Ворганической химии под окислением в широком смысле понимают реакции, связанные с удалением атомов Н
CH4 |
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
O |
|
O |
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
CH3OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
C |
|
|
|
|
|
H2O |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CO2 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
H |
H |
|
|
OH |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
C HC |
|
CH C |
O |
|
|
O |
|
|
H |
|
COOH |
|||
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
C |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
- H2 О |
||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||
HO |
|
|
|
|
|
OH |
HOOC |
|
H |
||||||
H |
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Механизмы окисления и восстановления
|
1. Прямой перенос электронов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fe2+ |
|
- 1e |
|
Fe3+ |
Cu+1 |
- 1e |
|
|
|
Cu+2 |
||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
2. Перенос атома водорода (гомолитический разрыв связей) – |
||||||||||||||||
|
свободнорадикалыные процессы |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
H3C |
|
CH2 |
CH |
|
|
H C |
|
CH |
|
|
CH |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
3 |
2 |
|
3 |
||||
3.Перенос электронов в виде гидрид-ионов Н-
4.Перенос электронов путем прямого взаимодействия соединений в восстановленной форме с кислородом
R |
|
CH3 |
|
|
1/2 O2 |
|
R |
|
CH2 OH |
|
|
|
|||||||
|
|||||||||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
Примеры реакций окисления в
организме
Окисление этилового спирта с участием алкогольдегидрогеназы
H3C |
|
|
CH2 |
OH |
|
|
|
O |
|
|
|
H3C |
|
C |
O |
|
|
H3C |
HC |
H2C |
|
C |
O |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
H3C |
C |
|
|
H2C |
|
C |
|
|
H3C |
C |
|
H3C |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
- CO2 |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|||
Окисление молочной кислоты до пировиноградной кислоты
|
|
|
O |
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
H3C HC |
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
H3C |
C |
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
-H2O |
|
|
|
|
|||||
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
O |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Указанные реакции катализируются ферментами дегидрогеназами с участием коферментов НАД (Ф), являющихся важными редокс-системами
Редокс – системы Взаимопревращения органических кислот
O |
O |
|
|
|
2 H |
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
O |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C H2C |
|
CH2 |
C |
|||
C HC |
|
CH C |
|
|
|
|
e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
O |
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
O |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
Фумарат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сукцинат (соль янтарной кислоты) |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
O |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
C |
C |
|
|
|
|
CH2 C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
C CH2 C |
|||||||||||||||||
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
O |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Оксалоацетат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Малат (соль яблочной кислоты) |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
(соль щавелевоуксусной кислоты) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
C |
|
|
C |
|
|
CH3 |
|
|
|
|
2 e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
C |
|
|
CH3 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|||||||||||
Пируват |
Лактат (соль молочной кислоты |
|
(соль пировиноградной кислоты) |
||
|
