Особенности процессов окисления в живых системах

Еще Лавуазье в свое время пришел к выводу, что процессы окисления питательных веществ в организме и процессы горения имеют много общего: образуются одинаковые конечные продукты, выделяется одинаковое количество энергии. Поэтому окислительные процессы в организме он назвал «медленным горением», подчеркнув тем самым не только общие черты этих процессов , но и имеющиеся в них различия.

Остановимся подробнее на различиях процессов биологического окисления и окисления в небиологических системах.

Вопервых, конечные продукты окисления далеко не всегда одинаковы. Так, при окислении органических азотсодержащих соединений в клетках процесс не идет до конца и нитраты практически не образуются. В соответствии с этим и количество энергии, выделяющееся при окислении 1 г. белков в организме, составляет 4,1 ккал, тогда как при сжигании того же количества белка в калориметрической бомбе выделяется 5,3 ккал энергии. Вовторых, процессы окисления в клетках идут преимущество путем дегидрирования, тогда как в небиологических системах в присутствии кислорода идет оксигенация.

В третьих, процессы биоокисления идут в мягких условиях: температура 37о, рН около 7,0, давление примерно 760 мм рт. ст., окисление идет в присутствии воды и др. Поэтому для достижения нужной скорости окислительных процессов требуются высокоэффективные катализаторы ферменты.

Все ферменты, участвующие в катализе окислительновосстановительных реакции в организме относятся к классу ОКСИДОРЕДУКТАЗ. В свою очередь, все ферменты этого класса могут быть разделены на 4 группы:

1. Ферменты, катализирующие реакции дегидрирования или дегидрогеназы. В зависимости от характера акцептора отщепляемых от окисляемого субстрата (SH2) атомов водорода различают:

а). Аэробные дегидрогеназы или оксидазы, катализирующие реакции типа:

SH2 + O2 > Sокисл.+ H2O2 б). Анаэробные дегидрогеназы с типовой реакцией:

SH2 + X > Sокисл.+ XH2 , где «Х» первичный акцептор атомов водорода, отличный от О2.

2. Ферменты, катализирующие реакции оксигенирования или оксигеназы. В зависимости от того, один атом кислорода из молекулы кислорода присоединяются к окисляемому веществу в ходе реакции или идет присоединение обоих атомов кислорода, все оксигеназы делят на две подгруппы:

а). Монооксигеназы, катализирующие присоединение к субстрату одного атома кислорода из его молекулы. Второй атом кислорода в ходе монооксигеназной реакции идет на окисление второго соединения косубстрата реакции ( КоН2 ) :

SH + O2 + KoH2 > SOH + Kоокис. + H2O , тем самым предотвращается появление в клетке крайне агрессивного окислителя атомарного кислорода. Иначе ферменты этой подгруппы называются гидроксилазы.

б). Диоксигеназы, катализирующие присоединение к окисляемому субстрату обоих атомов из молекулы кислорода. В ходе реакций в молекуле окисляемого субстрата появляются дополнительные кислородсодержащие группировки, карбонильные или гидроксильные.

Один из вариантов реакции:

SH2 + O2 > HOSOH Д> S=O + H2O

3. Ферменты, катализирующие отщепление электронов от окисляемых субстратов. Эти ферменты носят название цитохромы. Цитохромы, как правило, содержат геминовые группировки, имеющие в своей структуре атомы железы, способные изменять валентность. Принимая электроны от окисляемого субстраты, атомы железа геминовой группировки восстанавливаются, а затем они окисляются, передавая электроны дальше:

4. К оксидоредуктазам относится также группа вспомогательных ферментов, таких как каталаза или пероксидаза. Они играют защитную роль в клетке, разрушая перекись водорода или органические гидроперекиси, образующиеся в ходе окислительных процессов и представляющие собой достаточно агрессивные соединения, способные повреждать клеточные структуры.

В четвертых, существенной чертой процессов биологического окисления является его многоступенчатый характер. Процесс окислительного расщепления соединения оказывается разделенным на ряд стадий, причем на каждой отдельной стадии выделяется небольшая порция свободной энергии. Такое поэтапное выделение энергии предотвращает тепловое повреждение клеточных структур и создает условия для аккумуляции энергии.

В пятых, важной особенностью процессов биологического окисления является их регулируемый характер, причем реализуется один из основных принципов биоэнергетики интенсивность процессов, поставляющих энергию, контролируется интенсивностью процессов, идущих с потреблением энергии ( а не наоборот ).

Дата добавления: 2014-07-14; просмотров: 471; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!