Окислительно-восстановительные реакции

Окисли́тельно-восстанови́тельные реа́кции — это химические реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, реализующихся путём перераспределения электронов между атомом-окислителем и атомом-восстановителем.

В процессе окислительно-восстановительной реакции восстановитель отдаёт электроны, то есть окисляется; окислитель присоединяет электроны, то есть восстанавливается.

Причём любая окислительно-восстановительная реакция представляет собой единство двух противоположных превращений - окисления и восстановления, происходящих одновременно и без отрыва одного от другого.

 

Аэробные и анаэробные процессы

 

Энергетические процессы в организмах подразделяются на аэробные и анаэробные в зависимости от участия в них молекулярного кислорода. Аэробное дыхание – энергетический процесс, при котором конечным акцептором электронов окисляемого субстрата является кислород. В анаэробном дыхании конечными акцепторами электронов становятся другие окислители: нитраты, сульфаты, катионы металлов, органические вещества.

 

 

Классификация процессов биологического окисления и их локализация в клетке

Разнообразные реакции биологического окисления ускоряются многочисленными ферментами, относящимися к классу оксидоредуктаз. Это ферменты, как правило, встроены в биологические мембраны, причем очень часто в виде ансамблей. Классификация процессов биологического окисления и их локализация в клетке:

 

1. Свободное окисление. Это окисление не связано с образованием АТФ или других макроэргических соединений. При свободном окислении высвобождающаяся энергия переходит в тепловую и рассеивается. Процессы свободного окисления сосредоточены в цитозоле, в мембранах эндоплазматического ретикулума, в мембранах лизосом, пероксисом и аппарата Гольджи, на внешних мембранах митохондрий и хлоропластов.

 

1) Свободное окисление при участии оксидаз. Оксидазы – ферменты, переносящие электроны на кислород

 

2) Свободное окисление при участии монооксигеназ. Эти ферменты ускоряют включение в окисляемый субстрат одного атома молекулярного кислорода. Характеризуются коферментами флавиновой природы и требуют участия парного донора, от которого поступают атомы водорода на второй атом молекулярного кислорода. Монооксигеназы принимают большое участие в обезвреживании ксенобиотиков,

 

3) Свободное окисление при участии диоксигеназ. Эти ферменты ускоряют включение в окисляемый субстрат двух атомов молекулярного кислорода.

 

2. Окисление, сопряженное с образованием АТФ.

 

1) Субстратное фосфорилирование. Это окисление субстрата, приводящее к образованию макроэргической связи, которая затем передается на фосфатный остаток, используемый для фосфорилирования АДФ. Процесс протекает в цитоплазме. Примерами могут служить реакции гликолиза – окисление 3-фосфоглицеринового альдегида в 1,3-дифосфоглицериновую кислоту, 2-фосфоглицериновой кислоты – в 2-фосфоенолпировиноградную. Однако посредством реакций субстратного фосфорилирования образуется сравнительно небольшое количество АТФ.

 

2) Окислительное фосфорилирование. Это сопряжение окисления с синтезом АТФ на уровне электронотранспортной цепи. Атомы водорода с коферментов дегидрогеназ, принимающих участие в окислении субстратов, передаются в оксидоредуктазную цепь, где сопряжено с переносом протонов и электронов на молекулярный кислород происходит активирование неорганического фосфата и фосфорилирование АДФ. Процесс протекает на внутренней мембране митохондрий.