Окисление органических соединений

Алканы	Спирты
Алкены	Альдегиды, кетоны
Арены	Фенолы
Амины	Тиолы
В организме (окислительное дезаминирование):

 

Ферменты оксидоредуктазы представляют собой сложные белки, состоящие из белковой части (апофермента) и небелковой части, которая может быть двух типов. Это либо катионы переходных металлов Fe, Cu, Mn, Mo (кофакторы), образующие с белком комплексное соединение, либо сложные органические соединения – коферменты (НАД⁺, НАДФ⁺, ФАД, ФМН), прочно связанные с белком. В ОВ-реакциях принимает участие только небелковая часть.

Дегидрогеназное окисление (от слова«дегидрирование» - «потеря водорода») субстрата кислородом в организме осуществляется в митохондриях клеток. За счёт этого типа окисления питательных веществ организм получает >90% всей энергии.

Рассмотрим этот тип реакции сначала in vitro на примере окисления этанола оксидом меди (II):

При окислении спирта увеличивается степень окисления атома углерода, при этом субстрат теряет 2Н, что можно рассматривать как отщепление двух электронов и двух протонов: 2Н = 2ē + 2Н⁺. Они отщепляются от двух соседних атомов и между ними образуется двойная связь:

В организме (in vivo) на первой стадии окислителем органического субстрата является окисленная форма кофермента оксидоредуктазы НАД⁺ либо ФАД. Принимая два электрона, коферменты переходят в восстановленную форму НАДН+Н⁺ или ФАДН₂, а субстрат окисляется.

Система НАД^+– НАДН+Н^+
структура кофермента НАД+	Механизм работы активного центра НАД+
Схема окисления с участием НАД+

 

С участием системы НАД⁺– НАДН+Н⁺ окисляются спирты до альдегидов и кетонов, альдегиды в карбоновые кислоты, амины в имины, и восстанавливаются альдегиды и кетоны до спиртов, имины до аминов:

 

Система ФАД– ФАДН2
структура кофермента ФАД	Механизм работы активного центра ФАД
Схема окисления с участием ФАД

С участием системы ФАД – ФАДН₂ осуществляются реакции дегидрирования карбоновых кислот от α- и β-атомов углерода и обратные им реакции восстановления, а также окисление первичных аминов до иминов.

Система убихинона (хинон-гидрохинон):

Убихинон (кофермент Q6) участвует в переносе электронов в дыхательной цепи.

Система тиол-дисульфид:

Таким путём происходит образование и расщепление дисульфидных мостиков в белках.

 

Дегидрогеназное окисление питательных веществ кислородом в митохондриях происходит ступенчато. Окислитель – кислород отнимает электроны от субстрата с помощью посредников – системы оксидоредуктаз с их коферментами и кофакторами. Оксидоредуктазы, осуществляющие перенос электронов и протонов на кислород называют цитохромами. Они расположены в определённой последовательности по мере увеличения их ОВ-потенциала и уменьшении энергии Гиббса и образуют электрон-транспортную или дыхательную цепь.

Многоступенчатость окисления обеспечивает постепенное выделение энергии (вспомните: 2Н₂ + О₂ → взрыв!).

За счет энергии, выделяемой при окислении субстрата, на каждую пару электронов, переданных по дыхательной цепи, синтезируется 3 молекулы АТФ. Поэтому процесс называется окислительным фосфорилированием.