Oksidim biologjik. Reaksionet redoks: shembuj

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-15 17:30

Pa energji, asnjë qenie e vetme e gjallë nuk mund të ekzistojë. Në fund të fundit, çdo reaksion kimik, çdo proces kërkon praninë e tij. Është e lehtë për këdo që ta kuptojë dhe ta ndjejë këtë. Nëse nuk hani ushqim gjatë gjithë ditës, atëherë deri në mbrëmje, dhe ndoshta edhe më herët, simptomat e lodhjes së shtuar, letargjia do të fillojnë, forca do të ulet ndjeshëm.

Si janë përshtatur organizmat e ndryshëm për të marrë energji? Nga vjen dhe çfarë procesesh ndodhin brenda qelizës? Le të përpiqemi ta kuptojmë këtë artikull.

Marrja e energjisë nga organizmat

Sido që krijesat të konsumojnë energji, ORR (reaksionet e oksidimit-reduktimit) janë gjithmonë baza. Mund të jepen shembuj të ndryshëm. Ekuacioni i fotosintezës, i cili kryhet nga bimët e gjelbra dhe disa baktere, është gjithashtu OVR. Natyrisht, proceset do të ndryshojnë në varësi të cilës qenie të gjallë nënkuptohet.

Pra, të gjitha kafshët janë heterotrofe. Kjo do të thotë, organizma të tillë që nuk janë në gjendje të formojnë në mënyrë të pavarur komponime organike të gatshme brenda tyre përndarja e tyre e mëtejshme dhe lirimi i energjisë së lidhjeve kimike.

Bimët, përkundrazi, janë prodhuesi më i fuqishëm i lëndës organike në planetin tonë. Janë ata që kryejnë një proces kompleks dhe të rëndësishëm të quajtur fotosintezë, i cili konsiston në formimin e glukozës nga uji, dioksidit të karbonit nën veprimin e një substance të veçantë - klorofilit. Nënprodukti është oksigjeni, i cili është burimi i jetës për të gjitha gjallesat aerobike.

Reaksionet redoks, shembuj të të cilave ilustrojnë këtë proces:

6CO₂ + 6H₂O=klorofil=C₆H ₁₀O₆ + 6O₂;

ose

dioksid karboni + oksid hidrogjeni nën ndikimin e pigmentit të klorofilit (enzima e reaksionit)=monosakarid + oksigjen molekular i lirë

Ka edhe përfaqësues të tillë të biomasës së planetit që janë në gjendje të përdorin energjinë e lidhjeve kimike të përbërjeve inorganike. Ata quhen kemotrofë. Këto përfshijnë shumë lloje të baktereve. Për shembull, mikroorganizmat e hidrogjenit që oksidojnë molekulat e substratit në tokë. Procesi zhvillohet sipas formulës:

Historia e zhvillimit të njohurive të oksidimit biologjik

Procesi që qëndron në themel të prodhimit të energjisë është i njohur sot. Ky është oksidimi biologjik. Biokimia ka studiuar hollësitë dhe mekanizmat e të gjitha fazave të veprimit me aq hollësi sa që nuk ka mbetur pothuajse asnjë mister. Megjithatë, kjo nuk ishtegjithmonë.

Përmendja e parë e transformimeve më komplekse që ndodhin brenda qenieve të gjalla, të cilat janë reaksione kimike në natyrë, u shfaq rreth shekullit të 18-të. Ishte në këtë kohë që Antoine Lavoisier, kimisti i famshëm francez, e ktheu vëmendjen e tij se sa të ngjashme janë oksidimi dhe djegia biologjike. Ai gjurmoi rrugën e përafërt të oksigjenit të përthithur gjatë frymëmarrjes dhe arriti në përfundimin se proceset e oksidimit ndodhin brenda trupit, vetëm më ngadalë se jashtë gjatë djegies së substancave të ndryshme. Kjo do të thotë, agjenti oksidues - molekulat e oksigjenit - reagojnë me përbërjet organike, dhe konkretisht, me hidrogjenin dhe karbonin prej tyre, dhe ndodh një transformim i plotë, i shoqëruar me zbërthimin e përbërjeve.

Megjithatë, megjithëse ky supozim në thelb është mjaft real, shumë gjëra mbetën të pakuptueshme. Për shembull:

meqenëse proceset janë të ngjashme, atëherë kushtet për shfaqjen e tyre duhet të jenë identike, por oksidimi ndodh në temperaturë të ulët të trupit;
veprimi nuk shoqërohet me çlirimin e një sasie të madhe energjie termike dhe nuk ka formim flakë;
qeniet e gjalla përmbajnë të paktën 75-80% ujë, por kjo nuk e pengon "djegien" e lëndëve ushqyese në to.

U deshën vite për t'iu përgjigjur të gjitha këtyre pyetjeve dhe për të kuptuar se çfarë është në të vërtetë oksidimi biologjik.

Kishte teori të ndryshme që nënkuptonin rëndësinë e pranisë së oksigjenit dhe hidrogjenit në proces. Më të zakonshmet dhe më të suksesshmit ishin:

Teoria e Bach, e quajturperoksid;
Teoria e Palladin, bazuar në konceptin e "kromogjenëve".

Në të ardhmen, kishte shumë më tepër shkencëtarë, si në Rusi ashtu edhe në vende të tjera të botës, të cilët gradualisht bënë shtesa dhe ndryshime në pyetjen se çfarë është oksidimi biologjik. Biokimia moderne, falë punës së tyre, mund të tregojë për çdo reagim të këtij procesi. Ndër emrat më të njohur në këtë zonë janë:

Mitchell;
S. V. Severin;
Warburg;
B. A. Belitzer;
Leninger;
B. P. Skulachev;
Krebs;
E gjelbër;
B. A. Engelhardt;
Kailin dhe të tjerët.

Llojet e oksidimit biologjik

Ekzistojnë dy lloje kryesore të procesit në shqyrtim, të cilat ndodhin në kushte të ndryshme. Pra, mënyra më e zakonshme e konvertimit të ushqimit të marrë në shumë lloje të mikroorganizmave dhe kërpudhave është anaerobe. Ky është oksidimi biologjik, i cili kryhet pa akses në oksigjen dhe pa pjesëmarrjen e tij në asnjë formë. Kushtet e ngjashme krijohen aty ku nuk ka akses në ajër: nën tokë, në nënshtresa të kalbura, b altë, argjila, këneta dhe madje edhe në hapësirë.

Ky lloj oksidimi ka një emër tjetër - glikolizë. Është gjithashtu një nga fazat e një procesi më kompleks dhe më të mundimshëm, por të pasur me energji - transformimi aerobik ose frymëmarrje e indeve. Ky është lloji i dytë i procesit në shqyrtim. Ndodh në të gjitha gjallesat aerobe-heterotrofët, të cilëtoksigjeni përdoret për frymëmarrje.

Pra, llojet e oksidimit biologjik janë si më poshtë.

Glikoliza, rrugë anaerobe. Nuk kërkon praninë e oksigjenit dhe rezulton në forma të ndryshme fermentimi.
Frymëmarrje indore (fosforilimi oksidativ), ose pamje aerobike. Kërkon praninë e oksigjenit molekular.

Pjesëmarrës në proces

Le të kalojmë në shqyrtimin e vetë veçorive që përmban oksidimi biologjik. Le të përcaktojmë përbërjet kryesore dhe shkurtesat e tyre, të cilat do t'i përdorim në të ardhmen.

Acetilkoenzima-A (acetil-CoA) është një kondensatë e acidit oksalik dhe acetik me një koenzimë, e formuar në fazën e parë të ciklit të acidit trikarboksilik.
Cikli i Krebsit (cikli i acidit citrik, acidet trikarboksilike) është një seri transformimesh komplekse sekuenciale redoks të shoqëruara nga çlirimi i energjisë, reduktimi i hidrogjenit dhe formimi i produkteve të rëndësishme me peshë molekulare të ulët. Është lidhja kryesore në kata- dhe anabolizëm.
NAD dhe NADH - enzima dehidrogjenazë, do të thotë nikotinamide adenine dinukleotid. Formula e dytë është një molekulë me një hidrogjen të bashkangjitur. NADP - nikotinamid adenine dinukleotid fosfat.
FAD dhe FADN − flavin adenine dinukleotid - koenzimë e dehidrogjenazave.
ATP - acid trifosforik adenozine.
PVC - acid piruvik ose piruvat.
Succinate ose acid succinic, H₃PO₄− acid fosforik.
GTP − guanozinetrifosfat, klasa e nukleotideve purine.
ETC - zinxhiri i transportit të elektroneve.
Enzimat e procesit: peroksidazat, oksigjenazat, oksidazat citokrom, dehidrogjenazat flavin, koenzimat e ndryshme dhe komponime të tjera.

Të gjitha këto komponime janë pjesëmarrës të drejtpërdrejtë në procesin e oksidimit që ndodh në indet (qelizat) e organizmave të gjallë.

Fazat e oksidimit biologjik: tabela

Faza	Proceset dhe kuptimi
Glikoliza	Thelbi i procesit qëndron në ndarjen pa oksigjen të monosakarideve, e cila i paraprin procesit të frymëmarrjes qelizore dhe shoqërohet me një prodhim energjie të barabartë me dy molekula ATP. Formohet edhe piruvati. Kjo është faza fillestare për çdo organizëm të gjallë të një heterotrofi. Rëndësia në formimin e PVC, e cila hyn në kristat e mitokondrive dhe është një substrat për oksidimin e indeve nga oksigjeni. Te anaerobet, pas glikolizës, fillojnë proceset e fermentimit të llojeve të ndryshme.
oksidim piruvat	Ky proces konsiston në shndërrimin e PVC të formuar gjatë glikolizës në acetil-CoA. Ajo kryhet duke përdorur një kompleks enzimë të specializuar piruvat dehidrogjenazë. Rezultati është molekula cetil-CoA që hyjnë në ciklin e Krebsit. Në të njëjtin proces, NAD reduktohet në NADH. Vendi i lokalizimit - krista e mitokondrive.
Zbërthimi i acideve yndyrore beta	Ky proces kryhet paralelisht me atë të mëparshëmkrista mitokondriale. Thelbi i tij është të përpunojë të gjitha acidet yndyrore në acetil-CoA dhe ta vendosë atë në ciklin e acidit trikarboksilik. Kjo gjithashtu rikthen NADH.
cikli i Krebsit	Fillon me shndërrimin e acetil-CoA në acid citrik, i cili pëson transformime të mëtejshme. Një nga fazat më të rëndësishme që përfshin oksidimin biologjik. Ky acid është i ekspozuar ndaj: dehidrogjenim; dekarboksilim; rigjenerim. Çdo proces kryhet disa herë. Rezultati: GTP, dioksidi i karbonit, forma e reduktuar e NADH dhe FADH₂. Në të njëjtën kohë, enzimat e oksidimit biologjik janë të vendosura lirisht në matricën e grimcave mitokondriale.
fosforilim oksidativ	Ky është hapi i fundit në shndërrimin e përbërjeve në organizmat eukariote. Në këtë rast, difosfati i adenozinës shndërrohet në ATP. Energjia e nevojshme për këtë merret nga oksidimi i atyre molekulave NADH dhe FADH₂ që u formuan në fazat e mëparshme. Nëpërmjet tranzicioneve të njëpasnjëshme përgjatë ETC dhe një ulje të potencialeve, energjia përmbyllet në lidhjet makroergjike të ATP.

Këto janë të gjitha procese që shoqërojnë oksidimin biologjik me pjesëmarrjen e oksigjenit. Natyrisht, ato nuk përshkruhen plotësisht, por vetëm në thelb, pasi për një përshkrim të hollësishëm nevojitet një kapitull i tërë i librit. Të gjitha proceset biokimike të organizmave të gjallë janë jashtëzakonisht të shumëanshëm dhe kompleks.

oksidimi biologjik nëpjesëmarrja e oksigjenit

Reaksionet redoks të procesit

Reaksionet redoks, shembuj të të cilave mund të ilustrojnë proceset e oksidimit të substratit të përshkruara më sipër, janë si më poshtë.

Glikoliza: monosakarid (glukozë) + 2NAD⁺ + 2ADP=2PVC + 2ATP + 4H⁺ + 2H ₂O + NADH.
Oksidimi i piruvatit: PVC + enzimë=dioksid karboni + acetaldehid. Pastaj hapi tjetër: acetaldehid + koenzimë A=acetil-CoA.
Shumë transformime të njëpasnjëshme të acidit citrik në ciklin e Krebs.

Këto reaksione redoks, shembujt e të cilëve janë dhënë më sipër, pasqyrojnë thelbin e proceseve të vazhdueshme vetëm në terma të përgjithshëm. Dihet se komponimet në fjalë janë ose me peshë të lartë molekulare ose kanë një skelet të madh karboni, kështu që thjesht nuk është e mundur të përfaqësohet gjithçka me formula të plota.

Dalja e energjisë e frymëmarrjes indore

Nga përshkrimet e mësipërme, është e qartë se nuk është e vështirë të llogaritet rendimenti total i energjisë i të gjithë oksidimit.

Glikoliza prodhon dy molekula ATP.
Oksidimi i piruvatit 12 molekula ATP.
22 molekula për cikël të acidit citrik.

Përfundimi: oksidimi i plotë biologjik përmes rrugës aerobike jep një prodhim energjie të barabartë me 36 molekula ATP. Rëndësia e oksidimit biologjik është e dukshme. Është kjo energji që përdoret nga organizmat e gjallë për jetën dhe funksionimin, si dhe për ngrohjen e trupit të tyre, lëvizjen dhe gjëra të tjera të nevojshme.

Oksidim anaerobik i substratit

Lloji i dytë i oksidimit biologjik është anaerobik. Domethënë, ai që kryhet nga të gjithë, por mbi të cilin ndalojnë mikroorganizmat e specieve të caktuara. Kjo është glikoliza, dhe nga ajo gjurmohen qartë ndryshimet në transformimin e mëtejshëm të substancave midis aerobeve dhe anaerobeve.

Ka disa hapa oksidimi biologjik përgjatë kësaj rruge.

Glikoliza, domethënë oksidimi i një molekule glukoze në piruvat.
Fermentimi që çon në rigjenerimin e ATP.

Fermentimi mund të jetë i llojeve të ndryshme, në varësi të organizmave të përfshirë.

Fermentimi i acidit laktik

Kryhet nga bakteret e acidit laktik dhe disa kërpudha. Në fund të fundit është rivendosja e PVC në acid laktik. Ky proces përdoret në industri për të marrë:

produkte qumështi të fermentuara;
perime dhe fruta të fermentuara;
silos kafshësh.

Ky lloj fermentimi është një nga më të përdorurit në nevojat e njeriut.

fermentimi i alkoolit

I njohur për njerëzit që nga lashtësia. Thelbi i procesit është shndërrimi i PVC në dy molekula etanol dhe dy dioksid karboni. Për shkak të rendimentit të këtij produkti, ky lloj fermentimi përdoret për të marrë:

bukë;
verë;
birrë;
embëlsira dhe më shumë.

Kryhet nga kërpudhat, majaja dhe mikroorganizmat e natyrës bakteriale.

Fermentim butirik

Një lloj fermentimi mjaft specifik. Kryer nga bakteret e gjinisë Clostridium. Në fund të fundit është shndërrimi i piruvatit në acid butirik, i cili i jep ushqimit një erë të pakëndshme dhe shije të thartë.

Prandaj, reaksionet biologjike të oksidimit që ndjekin këtë rrugë praktikisht nuk përdoren në industri. Megjithatë, këto baktere mbjellin vetë ushqimin dhe shkaktojnë dëm, duke ulur cilësinë e tyre.