В биохимии термин восстанавливающий эквивалент относится к любому из ряда химических веществ, которые переносят эквивалент одного электрона в окислительно-восстановительных реакциях. [1] Окислительно-восстановительная реакция (окислительно-восстановительная реакция) приводит к изменению степени окисления атомов или ионов из-за фактического или формального переноса электронов. Химические частицы восстанавливаются, когда они получают электроны, и окисляются, когда они теряют электроны. [2] Восстанавливающий эквивалент служит донором электронов в окислительно-восстановительной реакции и окисляется (теряет электроны), когда отдает электрон акцептору электронов. [3]Восстановительный эквивалент может отдавать электрон несколькими способами: в виде одиночного электрона, в виде атома водорода, в виде иона гидрида или путем образования связи с атомом кислорода. [4]
Одинокие электроны [ править ]
В окислительно-восстановительных реакциях с участием ионов металлов неподеленные электроны могут передаваться от донора электронов к акцептору электронов. То есть никакие другие атомы или протоны не переносятся вместе с электроном в окислительно-восстановительной реакции. [5] Например, рассмотрим следующую реакцию между ионами железа и меди:
Ионы железа и меди начинают реакцию с двойным положительным зарядом (2+). В конце реакции заряд меди уменьшился до единственного положительного заряда (1+), в то время как заряд железа увеличился до тройного положительного заряда (3+). Изменение зарядов происходит из-за переноса одного электрона от атома железа к атому меди. [5] В этой реакции железо действует как восстанавливающий эквивалент, потому что отдает один из своих электронов меди. В результате железо окисляется, потому что оно теряет один из своих электронов, что приводит к увеличению положительного заряда. [5]
Атом водорода [ править ]
Нейтральный атом водорода состоит из одного электрона и одного протона. Значение электроотрицательности водорода 2,2 меньше, чем электроотрицательность атомов, с которыми обычно связан водород, таких как кислород, азот, углерод или фтор. [6] Когда атом водорода образует ковалентную связь с более электроотрицательным атомом, более электроотрицательный атом будет иметь большее сродство к электрону и частично оттянет электрон от водорода. [6] Более электроотрицательный атом уменьшается, потому что он формально получает электроны, участвующие в ковалентной связи. И наоборот, когда атом теряет связь с атомом водорода, он окисляется, потому что теряет электроны. [4] Например, рассмотрим реакцию с участием флавинадениндинуклеотида.(FAD) и сукцинат. В этой реакции FAD восстанавливается до FADH 2, потому что он принимает два атома водорода из сукцината. Сукцинат служит эквивалентом восстановления, потому что он отдает электроны FAD в виде атомов водорода и сам окисляется. [7]
Гидрид [ править ]
Ион гидрида - это анион водорода, состоящий из одного протона и двух электронов. [8] Химическое соединение, которое отдает гидрид, является восстанавливающим эквивалентом, потому что оно отдает эквивалент, по крайней мере, одного электрона, независимо от того, находится ли он в форме гидрида. [4] Химические частицы, которые принимают ион гидрида, будут уменьшены, потому что они получают электроны от иона гидрида. [4] Восстановленная форма никотинамидадениндинуклеотида (НАДН) представляет собой восстанавливающий эквивалент, обычно встречающийся в биохимии, который отдает ион гидрида акцептору электронов в комплексе I митохондриальной цепи переноса электронов . [3]
Образование связи с атомом кислорода [ править ]
Химические вещества с более низкой электроотрицательностью, чем кислород, могут служить восстановительным эквивалентом, когда они ковалентно связываются с атомом кислорода. Кислород очень электроотрицателен и будет иметь большее сродство к электронам в ковалентной связи, что приводит к восстановлению атома кислорода. [4] Когда атом с более низкой электроотрицательностью образует связь с кислородом, он окисляется, потому что электроны притягиваются ближе к кислороду и от этого атома. [6] [4] Например, рассмотрим образование карбоновой кислоты в результате окисления альдегида . В этой реакции углерод окисляется за счет образования ковалентной связи с кислородом. [4]
Сокращение эквивалентов в митохондриальной дыхательной цепи [ править ]
Окислительное фосфорилирование - это процесс, приводящий в движение синтез АТФ с помощью энергии O 2 [9], высвобождаемой в результате окисления восстанавливающих эквивалентов. Это происходит в митохондриальной цепи переноса электронов [10] [4], которая расположена на внутренней митохондриальной мембране и состоит из трансмембранных белковых комплексов, которые катализируют окислительно-восстановительные реакции. [11] НАДН и ФАДН 2 представляют собой восстанавливающие эквиваленты, которые отдают электроны комплексам I и II, соответственно. Эти электроны затем переносятся в множественных окислительно-восстановительных реакциях и переносятся в комплексы III и IV. [3] [12]Окисление восстанавливающих эквивалентов в цепи переноса электронов высвобождает протоны в межмембранное пространство митохондрий и поддерживает протонный электрохимический градиент. [3] [4] По мере того, как протоны движутся вниз по электрохимическому градиенту через АТФ-синтазу трансмембранного белка , АТФ генерируется из АДФ и неорганической фосфатной группы. [3] [4] Чтобы поддерживать протонный градиент и генерировать АТФ, восстанавливающие эквиваленты поставляются в цепь переноса электронов из множества процессов, таких как цикл TCA. [13]
См. Также [ править ]
- Восстановитель
Ссылки [ править ]
- ^ Jain JL (2004). Основы биохимии . С. Чанд. ISBN 81-219-2453-7.
- ^ Beiras R (2018-07-19). Загрязнение морской среды: источники, судьба и воздействие загрязнителей в прибрежных экосистемах . Амстердам, Нидерланды. ISBN 9780128137376. OCLC 1045426277 .
- ↑ a b c d e Voet D, Voet JG, Pratt CW (2013). Основы биохимии: жизнь на молекулярном уровне (четвертое изд.). Хобокен, штат Нью-Джерси. ISBN 9780470547847. OCLC 738349533 .
- ^ Б с д е е г ч я J Ленинджера AL, Нельсон Д.Л., Кокс ММ (2017-01-01). Принципы биохимии Ленингера (седьмое изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. ISBN 9781464126116. OCLC 986827885 .
- ^ a b c Проклятый Х.С., Голдвин AJ, Томас Калифорния (1966). Справочник по биохимии и биофизике . Кливленд, Огайо: Всемирная издательская компания. С. 400–415.
- ^ a b c Аткинс П. У., Джонс Л., Лаверман Л. (21 декабря 2012 г.). Химические принципы: поиски понимания (6-е изд.). Нью-Йорк. ISBN 978-1429288972. OCLC 819816793 .
- ^ Страйер L, Тимочко JL, Берг JM (2002). «Цикл лимонной кислоты окисляет двухуглеродные единицы» . Биохимия. 5-е издание : раздел 17.1.8.
- ^ Stenesh J (1975). Словарь по биохимии . Нью-Йорк: Вили. ISBN 0471821055. OCLC 1530913 .
- ^ Шмидт-Рор, К. (2020). «Кислород высокоэнергетической Молекулы Powering комплекса многоклеточный: Основные поправки к традиционной биоэнергетике» ACS Omega 5 :. 2221-2233 http://dx.doi.org/10.1021/acsomega.9b03352
- ^ Кехрер JP, Lund LG (июль 1994). «Клеточные восстановительные эквиваленты и окислительный стресс». Свободная радикальная биология и медицина . 17 (1): 65–75. DOI : 10.1016 / 0891-5849 (94) 90008-6 . PMID 7959167 .
- Перейти ↑ Begley TP (2009). Энциклопедия химической биологии Wiley . Хобокен, Нью-Джерси: Джон Уайли и сыновья. ISBN 9780471754770. OCLC 243818536 .
- Перейти ↑ Ahern K, Rajagopal I, Tan T (2018). Биохимия - бесплатно для всех . Creative Commons. п. 432.
- ↑ Montano-Herrera L, Laycock B, Werker A, Pratt S (март 2017 г.). «Эволюция полимерной композиции во время накопления PHA: значение уменьшения эквивалентов» . Биоинженерия . 4 (1): 20. DOI : 10.3390 / bioengineering4010020 . PMC 5590436 . PMID 28952499 .
