Виды биохимических окислительно-восстановительных процессов

Значение окислительно-восстановительных реакций (ОВР)

Окислительно-восстановительными реакциями (ОВР) называют химические реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов вследствие переноса электрона от одной частицы к другой.

II. Окислительно-восстановительные реакции

ОВР – основа существования живых систем, снижающих энтропию за счет получения энергии из окружающей среды. Основная часть энергии поступает в организм в процессе питания. Органические соединения пищи окисляются (экзэргонические реакции) и организм получает энергию для эндэргонических реакций синтеза, снижающих энтропию

Окисление – процесс отдачи электронов, восстановление процесс присоединения электронов. Пара соединений, между которыми идет перераспределение электронов называется ред-окс парой.. ОВР самопроизвольно протекают в сторону превращения сильного окислителя (термодинамически менее стабильное соединение) в слабый восстановитель (термодинамически более стабильное соединение) или сильного восстановителя в слабый окислитель. В любом случае этот процесс самопроизвольный, так как сопровождается уменьшением свободной энергии (DG<0). Количественной мерой окислительно-восстановительной способности является величина восстановительного (редокс -) потенциала j Чем выше восстановительный (редокс) потенциал j, тем сильнее окислительные свойства редокс- пары, чем он ниже, тем сильнее восстановительные свойства редокс- пары. (См. Электрохимический ряд напряжения металлов). Потому процесс передачи электронов всегда идет от реагента с меньшим j к реагенту с большим j. Способов измерить абсолютную величину редокс-потенциала нет, поэтому его измеряют относительно эталонной пары 2Н⁺/Н₂⁰ потенциал которой, в стандартных условиях, принят равным нулю j ⁰ =0В. Стандартный окислительно-восстановительный потенциал (стандартный восстановительный потенциал или редокс-потенциал) j⁰, рассчитан, как э.д.с. в вольтах в гальваническом элементе со стандартным водородным электродом (2Н⁺/Н₂). Границы значений j ⁰ от -3,05В (литий) до +2,84В (фтор). В организмах, где рН =7 определяют «нормальный восстановительный потенциал j⁰¢». Он отличается от стандартного, так для пары 2Н^+/Н₂ j ⁰¢ = -0,42В.

А. дегидрогеназная ОВР. Это наиболее распространенный тип ОВР органических соединений. Реакции окисления большинства органических соединений связаны не с уменьшением количества атомов водорода в молекуле, при этом степень окисления углерода повышается. Реакции восстановления – с увеличением атомов водорода.

СН₃ – ОН = Н₂С=О

спирт альдегид

Б. ОВР, связанная с изменением содержания атомов кислорода в молекуле называют оксигеназная ОВР

Н₂С=О + [O] = НСООН

альдегид карбоновая к-та

В. Свободнорадикальное окисление-восстановлениеидет по цепному механизму и не контролируется ферментами.

III. Характерные реакции органических соединений
Основные понятия

Субстрат – вещество, у которого происходит разрыв связи у атома углерода. Определяет тип реакции.

Реагент – вещество (частица), атакующая субстрат (радикал, электрофил, нуклеофил). Определяет механизм реакции.

Образование реагентов

А. Гомолиз, образование радикалов

R- Радикал (свободный радикал) это частица с неспаренным электроном, образуется в результате гомолитического разрыва связи:

Н· СН3· Сl·

Радикал определяет радикальный (цепной) механизм реакции.

II. Характерные реакции органических соединений
Основные понятия

Субстрат – вещество, у которого происходит разрыв связи у атома углерода. Определяет тип реакции.

Образование реагентов

А. радикалы

Н· СН3· Сl·

Радикал определяет радикальный (цепной) механизм реакции.

Б. нуклеофилы и электрофилы

Нуклеофильные реагенты имеют целый или частичный отрицательный заряд, содержат атом с неподеленной электронной парой или p-связь: ОН-, NH₃, H₂O, CH₃OH. Электрофильные реагенты несут целый или частичный положительный заряд: Н⁺, SO₃.