Recuperare - este procesul însoțită de formarea de noi legături cu hidrogen, și include transferul de electroni la substrat organic. Recuperarea procesului de oxidare oppositely, adică un proces de eliminare a hidrogenului, pentru a forma o legătură multiplă sau o nouă legătură între atomul de carbon și un heteroatom mai electronegativ decât hidrogen, cum ar fi oxigen, azot, sulf. Procesele redox schimbarea stării de oxidare a atomilor de carbon.
Reacțiile de reducere în domeniul chimiei Bioorganic
Bioorganic Chimia de mare importanță pentru reacția de reducere, care fac parte din diferite procese biochimice în sistemele biologice și sunt utilizate în industrie pentru sinteza compușilor bio-organice.
Pentru recuperarea compușilor organici pot fi folosiți aproape toți agenții de reducere. folosesc cel mai adesea hidrogen (H2) în prezența catalizatorilor eterogeni, hidruri metalice și din metal activ (Na sau Zn). In sistemele biologice, un rol jucat de o varietate de coenzime donor de hidrogen, cum ar fi NADH, NADPH și FADN2.
Cea mai comună metodă de recuperare a legăturilor nesaturate carbon-carbon este o hidrogenare catalitică.
In sistemele biologice adesea procedează reacția de reducere a diferiților compuși conținând azot, cum ar fi nitrili și amide ale acizilor carboxilici, care sunt formate ca urmare a aminelor primare:
N - o triplă legătură în molecula de nitril.
Unii coloranți alimentari viu colorate pot fi bazate pe anilină. Consumul constant al acestor alimente poate duce la consecințe grave, ca anilină - pronuntat reducătorul are o activitate biochimică ridicată; oxidată aceasta formează la om, o varietate de compuși toxici. Producția industrială de anilină cu nitrobenzen este o reacție tipică de reducere (cunoscut mai bine ca reacție Zinin):
Unul dintre participanții la procesele enzimatice de recuperare este un derivat de 1,4-dihidropiridina - NADH în reducerea NAD + pentru a forma diferite reacții redox din compoziție, cum ar fi ciclul complex al ciclului Krebs, Calvin, etc. De exemplu, cu participarea NADH are loc in vivo. reacția de conversie a aldehidelor la alcooli:
In general, reducerea compușilor carbonilici (aldehide, cetone, esteri) conduce la formarea alcoolii corespunzători:
Rolul de lider în restaurarea Chimie Bioorganic ia monozaharide (aldozelor, cetozele). La restaurarea aldozelor obținut numai un poliol, cetoza - un amestec de doi polioli. De exemplu, reducerea D-fructoză cu borohidrură de sodiu (NaBH4) format D-glucitol (sorbitol) și D-manitol.
reacție importantă aminare reductivă care are loc în organism în timpul biosintezei-aminoacizi. Procesul se desfășoară în conformitate cu schema-clivaj și atașamentul este de a produce α-aminoacizi din aldehide și cetone, pentru a forma un produs intermediar - iminei care este apoi redus la amina:
Tsgo a doua etapă a procesului într-un mediu industrial necesită un catalizator - Ni, în organismele vii, această reacție necesită NAD coenzima și NADP H2 H:
coenzime redox
Toate oxidoreductaze necesită coenzime. Ele pot funcționa într-o formă solubilă (F) sau o grupare prostetică (P). Reacțiile redox, împreună cu transferul de electroni implică adesea transferul unuia sau a doi protoni. De aceea, de obicei, pentru a vorbi despre transferul de reducere a echivalentelor. grupare prostetică standard potențial Eo“poate varia foarte mult în funcție de mediul în molecula de enzimă.
Piridina nucleotid NAD + (NAD +) și NADP + (NADP +) ca o coenzima dehidrogenaze pe scara larga. Ei poartă un ion de hidrură (2e 1 și H + + și acționează întotdeauna într-o formă solubilă. Transmite NAD + reducere echivalentă cu calea catabolic în lanțul respirator și, astfel, implicat în metabolismul energetic. HADF + dimpotrivă, este cel mai important în biosinteza reducator. NADH
Nicotinamida (NADH, NADH) - coenzima care este prezentă în toate celulele vii, o parte a grupelor de enzime dehidrogenază care catalizează reacții redox; Acesta îndeplinește funcția de electroni purtătoare și hidrogen, care primește de la substanțe oxidabile. formă redusă (NADH) este capabil de a le transfera la alte substanțe. Deosebească de alte coenzima importante]] în - nicotinamid adenin dinucleotid fosfat sau NADP, în care acesta din urmă conține în restul de acid fosforic unul molecula, legat de atomul de carbon 21 de riboză.
NADFH- oxidaza sau NADPH-oxidazei (NOX), nicotinamid adenin dinucleotid fosfat - celula legată de membrană enzimă multimolecular complex, localizat la nivelul membranei plasmatice și în anumite organite. În particular îmbogățit cu aceste celule fagocitare enzimă, cum ar fi macrofage. Aceste oxidaze sunt implicate in sistemul de protectie antimicrobiana celulelor, precum și în proliferarea celulară, diferențierea și reglarea expresiei genice. Există un întreg grup de NADPH - oxidazei, care diferă în compoziția subunităților, specificitatea celulei, reglarea și alți parametri.
Flavin coenzime FMN și FAD găsit în dehidrogenaze, oxidaze, și monooxygenases. De obicei, ambii compuși sunt legate covalent cu enzime. Ambele grup activ este flavin coenzime (izoaloksazina) având un sistem conjugat de trei inele, care poate lua reducerea a doi electroni și doi protoni. FMN flavin atașat de poliol ribitoI fosforilată. FAD de la FMN constă asociat cu AMP. Ambii compuși sunt coenzime apropiate funcțional.
Centrul funcției redox acid lipoic realizează o punte disulfidică intramoleculară. acid lipoic activ legat covalent de lizină (R „) moleculă de enzimă. acidul lipoic se implică în principal decarboxilarea oxidativa a 2 acizi cetonici. Bisulfura pod din peptida conține, de asemenea, coenzima glutation
Funcția de ubiquinone (coenzima Q4) ca purtător al unui reducător echivalent în lanțul respirator este esențială pentru organismele vii. Când restaurarea este transformată într-o chinonă aromatică, hidrochinonă (Ubiquinol). Un astfel de sistem chinonă / hidrochinona sunt implicate în reacțiile de fotosinteză. Această clasă de sisteme redox includ vitaminele E și K.
grup hem este un cofactor redox în lanț respirator, fotosinteza, și poate fi, de asemenea, compus din monooxigenazică și peroxidazei. Spre deosebire de hemoglobina în aceste cazuri ionul de fier schimbă valență.
Redoxpotențialul ca principala caracteristică a reacțiilor de oxidare-reducere in sistemele biologice
Capacitatea unui agent de reducere pentru a da electroni oxidant exprimat prin valoarea redox potențial (potențialul standard de reducere), sau potențial redox. Ca un standard peste tot în lume, a adoptat potențialul redox al reacției
care, la o concentrație de ioni de hidrogen gazos la o presiune de 1 atmosferă H + de 1 mol / l (care corespunde la pH = 0) și la 25 ° C adoptate în mod convențional pentru zero. Condițiile de pH, adoptate ca standard pentru calcule biochimice, adică la pH 7,0, potențialul redox (Eo „) un electrod de hidrogen (H2 sistem - 2H +) este - 0,42 V.
Noi da valorile potențialului redox (Eo „) pentru unele cupluri redox, joacă un rol important în transferul de electroni în sisteme biologice:
Sistem cu potențial redox mai negativ are o capacitate mai mare de a dona electroni la sistem cu un potențial redox mai pozitiv. De exemplu, o pereche de NAD H / NAD +, al cărui potențial redox este - 0,32 în renunțarea la electroni flavoproteinelor perechi redox (restaurat.) / Flavoproteina (oxidat.) Cine are potențialul de -0.12 V, adică mai pozitiv . magnitudine mare potențial redox pozitiv al oxidării - reducerea pereche de apă / oxigen (0,82 V) indică faptul că abilitatea de a dona electroni la această pereche (adică, capacitatea de a forma oxigen molecular) este exprimat foarte slab.
reacție Reducerea fotosinteză
Reacțiile de reducere implicate în ciclurile de oxidare-reducere în timpul fotosintezei. Fotosinteza - procesul de sinteză a compușilor organici din bioxid de carbon și apă, folosind energia luminoasă și cu participarea pigmenților fotosintetici. Ecuația generală a fotosintezei este după cum urmează:
Faza întunecată a fotosintezei (mai frecvent cunoscut ca ciclul Calvin) este un ciclu complex de conversie. Ciclul Calvin constă în trei etape:
CO 2 Regenerarea acceptor
Una dintre cele mai importante reacții din această serie este reacția acidului difosforglitserinovoi de recuperare enzima trizofosfatdegidrogenazy din cauza NADP H pentru a da fosforglitserinovogo 3-aldehidă:
Notă: P> - reziduu de acid fosforic
Sub acțiunea fosfat 1,3-gliceraldehidei acidului difosfoglitserinovaya dehidrogenază este redusă NAD (P) H (în plante și cianobacterii, în bacterii violet si verde agent de reducere este NAD H), în paralel cu scindarea unui reziduu de acid fosforic. glyceraldehyde a format 3-fosfat (fosfoglitseraldegid, PHA, fosfat triose) Astfel 3-fosfogliceraldehid prin reacții complexe catalizate de enzime este sinteza de fructoză-6-fosfat (principalul produs al fotosintezei precursor al glucozei) și ribulozo-5-fosfat, care în rândul său convertit la ribulozo-1,5-difosfat, care adaugă CO2 și ciclul se repetă.
reacția de reducere în procedeul glicolizei (pentru fermentație alcoolică)
Glycolysis - un ciclu de oxidare - reacții de reducere, care are ca rezultat conversia glucozei în piruvat cu formarea de ATP si NADH. Ecuația generală a glicolizei este:
Un caz special de glicoliză are loc într-un sistem biologic de drojdie în condiții anaerobe este fermentarea alcoolică. În timpul fermentației alcoolice a digestiei glucozei începe mod glicolitice (cu exceptia bacteria Zymomonas mobilis, în care glucoza este metabolizat de către Entner-Dudorova). Reacțiile glicolitice este scindată și oxidat glucoza la două molecule de piruvat, are loc fosforilarea substratului a două molecule de ADP pentru a forma ATP si NADH sunt reduse la două molecule de NAD +. În condiții aerobe NADH este oxidată a da din nou electroni printr-o serie de intermediari în oxigen molecular și poate fi apoi folosit din nou în procesul de glicoliza. În condiții anaerobe, regenerarea NAD + are loc în etapele finale de fermentație în care acceptor de electroni este piruvat însuși sau derivații acesteia în cazul fermentației alcoolice - acetaldehidă.
Acetaldehida este format prin decarboxilarea piruvatului (eliminarea dioxidului de carbon), care este catalizată de piruvat decarboxilazei. Această enzimă necesită prezența ionilor de Mg 2+ și cuprinde atașată covalent pirofosfat coenzima tiamina.
Reacția majoră în acest ciclu este restaurarea alcoolului etilic la acetaldehida prin transferarea unui ion de hidrură de NADH formată în glicolizei. Reacția are loc cu participarea alcool dehidrogenază enzimă, care conține ionul de zinc situs activ care polarizează gruparea carbonil a substratului facilitează hidrură atașament: