Процес окиснення в організмі людини. Типи окисно-відновних реакцій в організмі людини

Без енергії неможливе існування жодної живої істоти. Адже кожна хімічна реакція, будь-який процес вимагають її присутності. Будь-якій людині легко зрозуміти це і відчути. Якщо весь день не вживати їжу, то вже надвечір, а можливо, і раніше, почнуться симптоми підвищеної втоми, млявості, сила значно зменшиться.

Яким чином різні організми пристосувалися до отримання енергії? Звідки вона береться і які при цьому процеси відбуваються всередині клітини? Спробуємо розібратися у цій статті.

Отримання енергії організмами

Яким би способом не споживали істоти енергію, в основі завжди лежать Приклади можна навести різні. Рівняння фотосинтезу, який здійснюють зелені рослини та деякі бактерії – це також ОВР. Природно, що процеси відрізнятимуться залежно від того, яке жива істотамається на увазі.

Так, усі тварини – це гетеротрофи. Тобто такі організми, які не здатні самостійно формувати в собі готові органічні сполуки для подальшого їх розщеплення та вивільнення енергії хімічних зв'язків.

Рослини, навпаки, є найпотужнішим продуцентом органіки на планеті. Саме вони здійснюють складний та важливий процеспід назвою фотосинтез, який полягає у формуванні глюкози з води, Вуглекислий газпід дією спеціальної речовини – хлорофілу. Побічним продуктом є кисень, який є джерелом життя всім аеробних живих істот.

Окисно-відновні реакції, приклади яких ілюструють цей процес:

• 6CO 2 + 6H 2 O = хлорофіл = C 6 H 10 O 6 + 6O 2 ;

• діоксид вуглецю + під впливом пігменту хлорофілу (фермент реакції) = моносахарид + вільний молекулярний кисень.

Також існують такі представники біомаси планети, які здатні використовувати енергію хімічних зв'язків. неорганічних сполук. Їх називають хемотрофи. До них відносять багато видів бактерій. Наприклад, водневі мікроорганізми, що окислюють молекули субстрату у ґрунті. Процес відбувається за такою формулою: 2Н 2 +0 2 =2Н 2 0.

Історія розвитку знань про біологічне окислення

Процес, який є основою отримання енергії, сьогодні цілком відомий. Це біологічне окиснення. Біохімія настільки докладно вивчила тонкощі та механізми всіх стадій дії, що загадок майже не лишилося. Однак, так було не завжди.

Перші згадки про те, що всередині живих істот відбуваються найскладніші перетворення, які є за природою хімічними реакціями, з'явилися приблизно у вісімнадцятому сторіччі. Саме в цей час Антуан Лавуазьє, знаменитий французький хімік, звернув увагу на те, як схожі біологічне окислення і горіння. Він простежив зразковий шлях поглинається при диханні кисню і дійшов висновку, що всередині організму відбуваються процеси окислення, тільки повільніші, ніж зовні при горінні різних речовин. Тобто окислювач – молекули кисню – вступають у реакцію з органічними сполуками, саме, з воднем і вуглецем їх, і відбувається повне перетворення, що супроводжується розкладанням сполук.

Однак, хоч це припущенняпо суті цілком реально, незрозумілими залишалися багато речей. Наприклад:

• якщо процеси схожі, то й умови їхнього перебігу повинні бути ідентичними, але окислення відбувається при низькій температурі тіла;
• дія не супроводжується викидом колосальної кількості теплової енергії та не відбувається утворення полум'я;
• у живих істотах не менше 75-80% води, але це не заважає «горінню» поживних речовину них.

Щоб відповісти на всі ці питання і зрозуміти, що насправді є біологічним окисленням, знадобився не один рік.

Існували різні теорії, які мали на увазі важливість наявності в процесі кисню та водню. Найпоширеніші та найуспішніші були:

• теорія Баха, звана перекисной;
• теорія Палладіна, що ґрунтується на такому понятті, як «хромоген».

Надалі було ще багато вчених, як у Росії, так і інших країнах світу, які поступово вносили доповнення та зміни у питання про те, що таке біологічне окислення. Біохімія сучасності, завдяки їхнім працям, може розповісти про кожну реакцію цього процесу. Серед найвідоміших імен у цій галузі можна назвати такі:

• Мітчелл;
• С. В. Северін;
• Варбург;
• В. А. Беліцер;
• Ленінджер;
• В. П. Скулачов;
• Кребс;
• Грін;
• В. А. Енгельгардт;
• Кейлін та інші.

Види біологічного окиснення

Можна виділити два основних типи процесу, що розглядаються, які протікають при різних умовах. Так, найпоширеніший у багатьох видів мікроорганізмів і грибків спосіб перетворення їжі - анаеробний. Це біологічне окислення, яке здійснюється без доступу кисню та без його участі у будь-якій формі. Подібні умови створюються там, куди немає доступу повітря: під землею, у гниючих субстратах, мулах, глинах, болотах і навіть у космосі.

Цей вид окислення має й іншу назву – гліколіз. Він є однією зі стадій складнішого і трудомісткого, але енергетично багатого процесу - аеробного перетворення чи тканинного дихання. Це вже другий тип аналізованого процесу. Він відбувається у всіх аеробних живих істотах-гетеротрофах, які для дихання використовують кисень.

Таким чином, види біологічного окисненнянаступні.

1. Гліколіз, анаеробний шлях. Не вимагає присутності кисню та закінчується різними формамибродіння.
2. Тканинне дихання (окислювальне фосфорилювання), або аеробний вигляд. Потребує обов'язкової наявності молекулярного кисню.

Учасники процесу

Перейдемо до розгляду безпосередньо самих особливостей, які містить у собі біологічне окислення. Визначимо основні сполуки та їх абревіатури, які надалі використовуватимемо.

1. Ацетилкоензим-А (ацетил-КоА) – конденсат щавлевої та оцтової кислоти з коферментом, що формується на першій стадії циклу трикарбонових кислот.
2. Цикл Кребса (цикл лимонної кислоти, трикарбонових кислот) – ряд складних послідовних окисно-відновних перетворень, що супроводжуються вивільненням енергії, відновленням водню, утворенням важливих низькомолекулярних продуктів. Є головною ланкою ката-і анаболізму.
3. НАД і НАД * Н - фермент-дегідрогеназу, що розшифровується як нікотинамідаденіндінуклеотид. Друга формула – це молекула з приєднаним воднем. НАДФ - нікотинамідаденіндинуклетід-фосфат.
4. ФАД та ФАД*Н - флавінаденіндінуклеотид - кофермент дегідрогеназ.
5. АТФ – аденозинтрифосфорна кислота.
6. ПВК – піровиноградна кислота або піруват.
7. Сукцинат або янтарна кислота, Н 3 РО 4 – фосфорна кислота.
8. ГТФ – гуанозинтрифосфат, клас пуринових нуклеотидів.
9. ЕТЦ – електроно-транспортний ланцюг.
10. Ферменти процесу: пероксидази, оксигенази, цитохромоксидази, флавінові дегідрогенази, різні коферменти та інші сполуки.

Всі ці сполуки є безпосередніми учасниками процесу окиснення, що відбувається у тканинах (клітинах) живих організмів.

Стадії біологічного окиснення: таблиця

Це все процеси, що супроводжують біологічне окислення за участю кисню. Природно, що описані вони не повністю, а лише по суті, оскільки докладного описупотрібна ціла глава книги. Усі біохімічні процеси живих організмів надзвичайно багатогранні та складні.

Окисно-відновні реакції процесу

Окисно-відновні реакції, приклади яких можуть проілюструвати описані вище процеси окислення субстрату, такі.

1. Гліколіз: моносахарид (глюкоза) + 2НАД + + 2АДФ = 2ПВК + 2АТФ + 4Н + + 2Н2О + НАДН.
2. Окислення пірувату: ПВК + фермент = діоксид вуглецю + ацетальдегід. Потім наступний етап: ацетальдегід + Кофермент А = ацетил-КоА.
3. Безліч послідовних перетворень лимонної кислоти у циклі Кребса.

Дані окислювально-відновні реакції, приклади яких наведені вище, відображають суть процесів, що відбуваються лише в загальному вигляді. Відомо, що сполуки, про які йде мова, відносяться до високомолекулярних, або мають великий вуглецевий скелет, тому зобразити все повними формуламипросто неможливо.

Енергетичний вихід тканинного дихання

За наведеними вище описами очевидно, що підрахувати сумарний вихід всього окислення енергії нескладно.

1. Дві молекули АТФ дає гліколіз.
2. Окислення пірувату 12 молекул АТФ.
3. 22 молекули посідає цикл трикарбонових кислот.

Підсумок: повне біологічне окислення аеробним шляхом дає вихід енергії, що дорівнює 36 молекулам АТФ. Значення біологічного окиснення очевидне. Саме ця енергія використовується живими організмами для життя та функціонування, а також для зігрівання свого тіла, руху та інших необхідних речей.

Анаеробне окислення субстрату

Другий вид біологічного окислення – анаеробний. Тобто той, що здійснюється у всіх, але на якому зупиняються мікроорганізми певних видів. і саме з нього чітко простежуються відмінності у подальшому перетворенні речовин між аеробами та анаеробами.

Стадії біологічного окислення по даному шляхунечисленні.

1. Гліколіз, тобто окиснення молекули глюкози до пірувату.
2. Бродіння, що веде до регенерації АТФ.

Бродіння може бути різних типів, Залежно від організмів, що його здійснюють.

Молочнокисле бродіння

Здійснюється молочнокислими бактеріями, а також деякими грибками. Суть полягає у відновленні ПВК до молочної кислоти. Цей процес використовують у промисловості для отримання:

• кисломолочних продуктів;
• квашених овочів та фруктів;
• силос для тварин.

Цей вид бродіння є одним із найбільш застосовуваних у потребах людини.

Спиртове бродіння

Відомо людям із найдавніших часів. Суть процесу полягає у перетворенні ПВК на дві молекули етанолу та дві діоксиду вуглецю. Завдяки такому виходу продукту, даний видбродіння використовують для отримання:

• хліба;
• вина;
• пива;
• кондитерських виробів та іншого.

Здійснюють його гриби дріжджі та мікроорганізми бактеріальної природи.

Маслянокисле бродіння

Достатньо вузькоспецифічний вид бродіння. Здійснюється бактеріями роду Клостридіум. Суть полягає у перетворенні пірувату на масляну кислоту, що надає продуктам харчування. неприємний запахі гіркий смак.

Тому реакції біологічного окислення, що йдуть таким шляхом, практично не використовують у промисловості. Однак ці бактерії самостійно засівають продукти харчування і завдають шкоди, знижуючи їхню якість.

Кислотні відходи є природним побічним продуктом клітинного метаболізму. У людському тілібільше 60 трильйонів клітин, із середнім життєвим циклом 4 тижні. Наприкінці циклу кожна клітина поділяється на дві генетично еквівалентні одиниці. Тим не менш, тільки половина з новоутворених клітин призначені для подальшого розвитку. Решта слабких, постраждалих і забруднених клітин просто вмирає. Інші ж мільйони клітин стають кислотними відходами.

Природний процес старіння також бере своє внутрішнє середовищеорганізм має тенденцію окислюватися з плином років. Часто буває так, що за 45 років організм втрачає здатність позбутися накопичених кислотних відходів і починає зберігати його в різних частинахтіла згодом викликаючи хворобу.

Розглядаючи кожну хворобу, ми обов'язково маємо розбирати її причини та наслідки. Дивовижна кількість та різноманітність фізичних проблемта захворювань можуть бути викликані окисленням організму. Сьогодні переважна більшість населення страждає від проблем, викликаних підкисленням — через особливі звички харчування та спосіб життя, навіть не підозрюючи це. Давайте розглянемо фактори окиснення:

• Підвищене споживання кислотних продуктів.

Сучасний раціон містить більше кислотних продуктів (ph нижче 7) тому наш, спочатку лужний організм, поступово починає окислюватися.

• Напої, які ми п'ємо щодня, також відносяться до кислотних (Кава, вода

без газу, чай, пиво тощо)

• Зниження секреції (виділення) кислоти.

Під час фізичних вправ, з згодом виділяється велика кількість кислот з організму, але в наш час у людей не завжди вистачає часу для заняття спортом

Давайте розглянемо харчування - номер один із причин окислення організму. Усе харчові продуктизабезпечують необхідні поживні речовини та енергію, необхідні для розвитку та зростання людського організму. Різниця між гарною і поганою їжею визначається відносною кількістю небезпечних відходів, що утворюються в результаті його споживання. Майте на увазі, що лужні речовининейтралізують кислотні відходи та очищають організм, а кислотні речовини призводять до окислення та забруднення.

Однією з головних основ доброго здоров'яє кислотно-лужний баланс. На жаль, у продуктах, які ми з Вами їмо кожен день є кислотними (Ph нижче 7). Лужну їжу, такі як овочі, фрукти їдять набагато менше. Давайте поглянемо на вживані нами продукти.

З таблиці видно, що основна маса продуктів є кислотними і мають кислий ph, внаслідок чого відбувається закислення організму, яке надалі викликає різні захворювання. Наприклад: в організмі накопичилися кислотні відходи біля підшлункової залози, а для їх нейтралізації не вистачає лужних іонів кальцію, людина хворіє на діабет. Звичайно ж не варто цілими днями їсти диню, моркву, грушу (що стосується лугу), а достатньо вживати лужну воду, яку можна отримати за допомогою, для підтримки кислотно-лужного балансу організму.

Давайте розглянемо на конкретному прикладіЯк впливає окислення організму на нашу кров.

Картина крові здорової людини(Рис 1) Кров при окисленні організму (Рис 2)

На правому малюнку ми бачимо клітини крові, які схожі на монети, що злиплися, - це еритроцити, але вони не повинні так виглядати. Вони мають бути розділені, вільно циркулювати у крові та розподіляти кисень. Але тут цього немає. Кров тут настільки окислена, що клітини намагаються захиститися від кислого середовища. У цієї людини порушено розподіл кисню. Якщо ви звернете увагу, то також побачите чорні крапки- це холестерин, який засмічує капіляри. Саме так виникають тромби у серці, у мозку.

На малюнку №1 ми бачимо картину, що вже змінилася, через 20 хвилин після прийому живої (лужної води). Еритроцити відокремилися, що означає олужнення крові. Вони стали «транспортувати» кисень і стали почуватися чудово.

Здорові клітини потребують лужному середовищі. Фактичні дані свідчать, що надмірна кислотність є основною причиною всіх хвороб. Будь-яке захворювання, від звичайної застуди до раку, проявляється, коли тіло стає не в змозі впоратися із накопиченням кислотних відходів.

Є багато шляхів показати, що лужна водамає значний вплив на здоров'я та функціональність людського організму. А зараз давайте узагальним кілька речей — оскільки це дуже важливо, щоб мінімізувати відвідування лікаря:

• Це ваш
• Температура
• Загальне самопочуття

Ці 3 параметри – показники вашого загального стану. Тому що як тільки Ви почнете вживати живу воду, або що-небудь інше, що здатне скоригувати ваш pH в лужний бік – Ви почуватиметеся краще, і Ваш організм відчує себе набагато краще через детоксикацію, очищення та регенерацію. Що спричинить зменшення прийому ліків!

Вконтакте

63. Окисно-відновні реакції. Роль окислювально-відновних процесів в організмі. Окисно-відновний потенціал. Рівняння Нернста.

З окислювально-відновними реакціями пов'язані дихання та обмін речовин, гниття та бродіння, фотосинтез та нервова діяльністьживих організмів. Окисно-відновні процеси лежать в основі горіння палива, корозії металів, електролізу, металургії тощо. Реакції, що протікають зі зміною ступеня окислення атомів, що входять до складу реагуючих молекул, називаються окислювально-відновними. Процеси окислення та відновлення протікають одночасно: якщо один елемент, що бере участь у реакції, окислюється, то інший має відновлюватися. Окислювач - це речовина, що містить елемент, який приймає електрони та знижує ступінь окислення. Окислювач внаслідок реакції відновлюється. Так, у реакції 2Fe +3 Cl - 3 + 2K + I - -> I 2 0 + 2Fe +2 Cl 2 - + 2K + Cl -. Відновник - речовина, що містить елемент, який віддає електрони та підвищує ступінь окислення. Відновник внаслідок реакції окислюється. Відновником пропонованої реакції є іон I - . Джерелом електричної енергіїв елементі служить хімічна реакція витіснення медичним цинком: Zn + Cu 2+ + Cu. Робота окислення цинку, рівна убутку ізобарно-ізотермічного потенціалу, може бути представлена ​​як добуток електрики, що переноситься на величину е. д. с.: A = - дG 0 = п EF, де п - заряд катіону; Е- З. д. с. елемента та F- число Фарадея. З іншого боку, щодо рівняння ізотерми реакції. Окисно-відновні потенціали мають велике значенняу фізіології людини та тварин. До рідкісних систем відносяться такі системи в крові і тканинах, як гем/гематії і цитохроми, в яких міститься дво-і тривалентне залізо; аскорбінова кислота (вітамін С), що знаходиться в окисленій та відновленій формах; система глутатіону, цистин-цистеїну бурштинової та фумарової кислот та ін. Найважливіший процес біологічного окислення, а саме перенесення електронів і протонів з окислюваного субстрату на кисень здійснюваний в тканинах за допомогою строго певного ряду проміжних ферментів-переносників, також являє собою ланцюг . Кожна ланка цього ланцюга відповідає тій чи іншій редокс-системі, що характеризується певним редокс-потенціалом.

65. Визначення напрямку окисно-відновних реакцій за стандартними значеннями вільної енергії утворення реагентів та за величинами окисно-відновних потенціалів.

Різні процеси життєдіяльності супроводжуються виникненням в організмі електрохімічних процесів, які відіграють істотну роль обміні речовин. Електрохімічні перетворення в організмі можна розділити на дві основні групи: процеси, пов'язані з перенесенням електронів та виникненням окисно-відновних потенціалів; процеси, пов'язані з перенесенням іонів (без зміни їх зарядів) та з утворенням біоелектричних потенціалів. У цих процесів виникають різниці потенціалів між різними прошарками тканин, що у різних фізіологічних станах. Вони пов'язані з різною інтенсивністю окисно-відновних біохімічних процесів. До них відносяться, наприклад, потенціали фотосинтезу, що виникають між освітленими і неосвітленими ділянками листа, причому освітлена ділянка виявляється позитивно зарядженим по відношенню до неосвітленого. Окисно-відновні процеси першої групи в організмі можна розділити на три типи: 1. Безпосереднє перенесення електронів між речовинами без участі атомів кисню та водню, наприклад, перенесення електрона в цитохромах: цитохром (Fе 3+) + е -> цитохром (Ре 2+ ) та перенесення електрона у ферменті цитохромоксидази: цитохромоксидаза (Сі 2+) + е -> цитохромоксидаза (Сі 1+). 2. Окисний, пов'язаний з участю атомів кисню та ферментів оксидаз, наприклад, окислення альдегідної групи субстрату в кислотну: RСОН + O  RСООН. 3.рН-Залежний, що відбувається в присутності ферментів дегідрогеназ (Е) і коферментів (Ко), які утворюють активований комплекс фермент-кофермент-субстрат (Е-Ко-5), приєднує електрони та катіони водню від субстрату і викликає його окислення. коферментами є нікотинамід-аденін-нуклеотид (НАД +), який приєднує два електрони та один протон: S-2Н - 2е + НАД*  S + НАДН + Н + , флавін-аденін-динуклеотид (ФАД), який приєднує два електрони та два протони: S - 2Н - 2е + ФАД S + ФАДН 2 , і убихинон або кофермент Q (КоО), який також приєднує два електрони та два протони: S-2Н - 2е + КоQ  S + КоQН 2 .

Біологічне окиснення –це сукупність окислювально-відновних перетворень різних речовин у живих організмах. Окисно-відновними називають реакції, що протікають зі зміною ступеня окислення атомів внаслідок перерозподілу електронів між ними.

Типи процесів біологічного окиснення:

1)аеробне (мітохондріальне) окисленняпризначено для вилучення енергії поживних речовин за участю кисню та накопичення її у вигляді АТФ. Аеробне окислення називається також тканинним диханнямоскільки при його протіканні тканини активно споживають кисень.

2) анаеробне окислення– це допоміжний спосібвилучення енергії речовин без участі кисню. Анаеробне окислення має велике значення при нестачі кисню, а також при виконанні інтенсивної м'язової роботи.

3) мікросомальне окисненняпризначено для знешкодження ліків та отрут, а також для синтезу різних речовин: адреналіну, норадреналіну, меланіну в шкірі, колагену, жирних кислот, жовчних кислот, стероїдних гормонів.

4) вільнорадикальне окисненнянеобхідно для регуляції оновлення та проникності клітинних мембран.

Основним шляхом біологічного окислення є мітохондріальне, пов'язане із забезпеченням організму енергією у доступній для використання формі. Джерелами енергії в людини є різноманітні органічні сполуки: вуглеводи, жири, білки. В результаті окислення поживні речовини розпадаються до кінцевих продуктів, в основному - до 2 і Н 2 О (при розпаді білків також утворюється NH 3). Енергія, що виділяється при цьому, накопичується у вигляді енергії хімічних зв'язків макроергічних сполук, переважно - АТФ.

Макроергічні називаються органічні сполуки живих клітин, що містять багаті на енергію зв'язку. При гідролізі макроергічних зв'язків (позначаються звивистою лінією ~) вивільняється більше 4 ккал/моль (20 кДж/моль). Макроергічні зв'язки утворюються внаслідок перерозподілу енергії хімічних зв'язків у процесі обміну речовин. Більшість макроергічних сполук є ангідридами фосфорної кислоти, наприклад АТФ, ГТФ, УТФ і т.д. Аденозинтрифосфат (АТФ) займає центральне місце серед речовин із макроергічними зв'язками.

аденін – рибоза – Р ~ Р ~ Р, де Р – залишок фосфорної кислоти

АТФ знаходиться в кожній клітині в цитоплазмі, мітохондріях та ядрах. Реакції біологічного окислення супроводжуються перенесенням фосфатної групи на АДФ із утворенням АТФ (цей процес називається фосфорилюванням). Таким чином, енергія запасається у формі молекул АТФ і при необхідності використовується для виконання різних видів роботи (механічної, електричної, осмотичної) та здійснення процесів синтезу.

Система уніфікації субстратів окиснення в організмі людини

Безпосереднє використання хімічної енергії, що міститься в молекулах харчових речовин, неможливо, тому що при розриві внутрішньомолекулярних зв'язків виділяється величезна кількість енергії, яка може призвести до пошкодження клітини. Щоб харчові речовини, що надійшли в організм, повинні пройти низку специфічних перетворень, у ході яких відбувається багатостадійний розпад складних органічних молекул більш прості. Це дає можливість поступового вивільнення енергії та запасання її у вигляді АТФ.

Процес перетворення різноманітних складних речовинв один енергетичний субстратназивається уніфікацією.Виділяють три етапи уніфікації:

1. Підготовчий етаппротікає в травному тракті, а також у цитоплазмі клітин організму . Великі молекули розпадаються на складові структурні блоки: полісахариди (крохмаль, глікоген) – до моносахаридів; білки – до амінокислот; жири – до гліцерину та жирних кислот. При цьому виділяється невелика кількість енергії (близько 1%), що розсіюється як тепла.

2. Тканинні перетворенняпочинаються в цитоплазмі клітин, закінчуються в мітохондріях. Утворюються ще більше прості молекули, причому кількість їх типів значно зменшується. Продукти, що утворюються, є спільними для шляхів обміну різних речовин: піруват, ацетил-коензимА (ацетил-КоА), α-кетоглутарат, оксалоацетат та ін. Найважливішим з таких сполук є ацетил-КоА – залишок оцтова кислота, до якого макроергічний зв'язок через сірку S приєднаний коензим А - активна форма вітаміну В 3 (пантотенової кислоти). Процеси розпаду білків, жирів та вуглеводів сходяться на етапі утворення ацетил-КоА, утворюючи надалі єдиний метаболічний цикл. Для цього етапу характерне часткове (до 20%) звільнення енергії, частина якої акумулюється як АТФ, а частина розсіюється як тепла.

3. Мітохондріальний етап. Продукти, що утворилися на другій стадії, надходять до циклічної окисної системи - цикл трикарбонових кислот (цикл Кребса) і пов'язану з ним дихального ланцюга мітохондрій. У циклі Кребса ацетил-КоА окислюється до СО 2 і водню, пов'язаного з переносниками - НАД + Н 2 і ФАД Н 2 . Водень надходить у дихальний ланцюг мітохондрій, де відбувається його окислення киснем до Н 2 О. Цей процес супроводжується вивільненням приблизно 80% енергії хімічних зв'язків речовин, частина якої використовується на утворення АТФ, а частина виділяється у вигляді тепла.

Класифікація та характеристика основних оксидоредуктаз у тканинах

Важливою особливістю біологічного окиснення є те, що воно протікає під дією певних ферментів (оксидоредуктаз).Усі необхідні ферменти кожної стадії об'єднані в ансамблі, які, зазвичай, фіксуються різних клітинних мембранах. Внаслідок злагодженої дії всіх ферментів хімічні перетворення здійснюються поступово, як на конвеєрі. При цьому продукт реакції однієї стадії є вихідним з'єднанням наступної стадії.

Класифікація оксидоредуктаз:

1. Дегідрогенази здійснюють відщеплення водню від субстрату, що окислюється:

SH 2 + A → S + AH 2

У процесах, пов'язаних із вилученням енергії, найпоширеніший тип реакцій біологічного окислення – дегідрування, тобто відщеплення від субстрату, що окислюється, двох атомів водню і перенесення їх на окислювач. Насправді водень у живих системах перебуває над вигляді атомів, а є суму протона і електрона (Н + і ē), маршрути руху яких різні.

Дегідрогенази є складними білкамиїх коферменти (небілкова частина складного ферменту) здатні бути і окислювачем, і відновником. Забираючи водень від субстратів, коферменти переходять у відновлену форму. Відновлені форми коферментів можуть віддавати протони та електрони водню іншому коферменту, який має вищий окислювально-відновний потенціал.

1) НАД + - та НАДФ + -залежні дегідрогенази(коферменти - НАД+ та НАДФ+ - Активні форми вітаміну РР ). Приєднують два атоми водню від окислюваного субстрату SH 2 при цьому утворюється відновлена ​​форма - НАД + Н 2:

SH 2 + НАД + ↔ S + НАД + · Н 2

2) ФАД-залежні дегідрогенази(коферменти - ФАД та ФМН – активні формивітаміну В 2). Окислювальні здібності цих ферментів дозволяють їм приймати водень як безпосередньо від субстрату, що окислюється, так і від відновленого НАДН 2 . При цьому утворюються відновлені форми ФАД Н 2 і ФМН Н 2 .

SH 2 + ФАД ↔ S + ФАД · Н 2

НАД + · Н 2 + ФМН ↔ НАД + + ФМН · Н 2

3) коензимQабо убіхінон,який може дегідрувати ФАД Н 2 і ФМН Н 2 і приєднувати два атоми водню, перетворюючись на КоQ Н 2 ( гідрохінон):

ФМН·Н 2 + КоQ ↔ ФМН + КоQ·Н 2

2. Залізовмісні переносники електронів гемінової природи – цитохромиb, c 1 , c, a, a 3 . Цитохроми - це ферменти, що належать до класу хромопротеїдів (забарвлених білків). Небілкова частина цитохромів представлена гемом, що містить залізо і близьким за будовою до гему гемоглобіну.

цитохром(Fe 3+) + ē ↔ цитохром(Fe 2+)

Цитохроми a, a 3 утворюють комплекс, званий цитохромоксидазою. На відміну з інших цитохромів, цитохромоксидаза здатна взаємодіяти з киснем – кінцевим акцептором електронів.

З окислювально-відновними реакціями пов'язані дихання та обмін речовин, гниття та бродіння, фотосинтез та нервова діяльність живих організмів. Окисно-відновні процеси лежать в основі горіння палива, корозії металів, електролізу, металургії тощо. Реакції, що протікають зі зміною ступеня окислення атомів, що входять до складу реагуючих молекул, називаються окислювально-відновними. Процеси окислення та відновлення протікають одночасно: якщо один елемент, що бере участь у реакції, окислюється, то інший має відновлюватися. Окислювач - це речовина, що містить елемент, який приймає електрони та знижує ступінь окислення. Окислювач внаслідок реакції відновлюється. Так, у реакції 2Fe +3 Cl - 3 + 2K + I - -> I 2 0 + 2Fe +2 Cl 2 - + 2K + Cl -. Відновник - речовина, що містить елемент, який віддає електрони та підвищує ступінь окислення. Відновник внаслідок реакції окислюється. Відновником пропонованої реакції є іон I - . Джерелом електричної енергії в елементі є хімічна реакція витіснення медичним цинком: Zn + Cu 2+ + Cu. Робота окислення цинку, рівна убутку ізобарно-ізотермічного потенціалу, може бути представлена ​​як добуток електрики, що переноситься на величину е. д. с.: A = - дG 0 = п EF, де п - заряд катіону; Е- З. д. с. елемента та F-число Фарадея. З іншого боку, щодо рівняння ізотерми реакції. Окисно-відновні потенціали мають велике значення у фізіології людини та тварин. До рідкісних систем відносяться такі системи в крові і тканинах, як гем/гематії і цитохроми, в яких міститься дво-і тривалентне залізо; аскорбінова кислота (вітамін С), що знаходиться в окисленій та відновленій формах; система глутатіону, цистин-цистеїну бурштинової та фумарової кислот та ін. Найважливіший процес біологічного окислення, а саме перенесення електронів і протонів з окислюваного субстрату на кисень здійснюваний в тканинах за допомогою строго певного ряду проміжних ферментів-переносників, також являє собою ланцюг . Кожна ланка цього ланцюга відповідає тій чи іншій редокс-системі, що характеризується певним редокс-потенціалом.

Визначення напрямку окисно-відновних реакцій за стандартним значеннямвільної енергії утворення реагентів та за величинами окисно-відновних потенціалів.

Різні процесижиттєдіяльності супроводжуються виникненням в організмі електрохімічних процесів, що грають істотну рольв обміні речовин. Електрохімічні перетворення в організмі можна розділити на дві основні групи: процеси, пов'язані з перенесенням електронів та виникненням окисно-відновних потенціалів; процеси, пов'язані з перенесенням іонів (без зміни їх зарядів) та з утворенням біоелектричних потенціалів. У цих процесів виникають різниці потенціалів між різними прошарками тканин, що у різних фізіологічних станах. Вони пов'язані з різною інтенсивністю окисно-відновних біохімічних процесів. До них відносяться, наприклад, потенціали фотосинтезу, що виникають між освітленими і неосвітленими ділянками листа, причому освітлена ділянка виявляється позитивно зарядженим по відношенню до неосвітленого. Окисно-відновні процеси першої групи в організмі можна розділити на три типи: 1. Безпосереднє перенесення електронів між речовинами без участі атомів кисню та водню, наприклад, перенесення електрона в цитохромах: цитохром (Fе 3+) + е -> цитохром (Ре 2+ ) та перенесення електрона у ферменті цитохромоксидази: цитохромоксидаза (Сі 2+) + е -> цитохромоксидаза (Сі 1+). 2. Окислювальний, пов'язаний з участю атомів кисню та ферментів оксидаз, наприклад, окислення альдегідної групи субстрату в кислотну: RСОН + O ó RСООН. 3.рН-Залежний, що відбувається в присутності ферментів дегідрогеназ (Е) і коферментів (Ко), які утворюють активований комплекс фермент-кофермент-субстрат (Е-Ко-5), приєднує електрони та катіони водню від субстрату і викликає його окислення. коферментами є нікотинамід-аденін-нуклеотид (НАД +), який приєднує два електрони та один протон: S-2Н - 2е + НАД* ó S + НАДН + Н + , флавін-аденін-динуклеотид (ФАД), який приєднує два електрони та два протони: S - 2Н - 2е + ФАД óS + ФАДН 2 і убихинон або кофермент Q (КоО), який також приєднує два електрони і два протони: S-2Н - 2е + КоQ ó S + КоQН 2 .