Snížení ekvivalentu - Reducing equivalent

V biochemii, termín redukční ekvivalent odkazuje na kteroukoli z řady chemické druhy které přenášejí ekvivalent jednoho elektron v redox reakce.[1] Redoxní reakce (oxidačně-redukční reakce) má za následek změnu oxidační stav atomů nebo iontů v důsledku skutečného nebo formálního přenosu elektronů. Chemická látka se redukuje, když získává elektrony, a oxiduje se, když ztrácí elektrony.[2] Redukční ekvivalent slouží jako donor elektronů v redoxní reakci a oxiduje se (ztrácí elektrony), když daruje elektron akceptoru elektronů.[3] Redukční ekvivalent může darovat elektron několika způsoby: jako osamělý elektron, jako atom vodíku, jako hydridový ion nebo tvorbou vazby s atomem kyslíku.[4]

Osamělé elektrony

Při redoxních reakcích zahrnujících ionty kovů mohou být jednotlivé elektrony přenášeny z donoru elektronů na akceptor elektronů. To znamená, že při redoxní reakci nejsou spolu s elektronem přenášeny žádné další atomy nebo protony. [5] Zvažte například následující reakci mezi ionty železa a mědi:

Redoxní reakce s ionty železa a mědi. Ion železa slouží jako redukční ekvivalent, protože daruje elektron měděnému iontu.

Ion železa a mědi zahajuje reakci dvojitým kladným nábojem (2+). Na konci reakce se náboj na mědi snížil na jeden kladný náboj (1+), zatímco náboj na železu se zvýšil na trojitý kladný náboj (3+). Změna nábojů je způsobena přenosem jediného elektronu z atomu železa na atom mědi.[5] V této reakci působí železo jako redukční ekvivalent, protože daruje jeden ze svých elektronů mědi. Ve výsledku je železo oxidováno, protože ztrácí jeden ze svých elektronů, což vede k většímu kladnému náboji.[5]

Atom vodíku

Neutrální atom vodíku se skládá z jednoho elektronu a jednoho protonu. Hodnota elektronegativity vodíku 2,2 je menší než elektronegativita atomů, na které je vodík běžně vázán, jako je kyslík, dusík, uhlík nebo fluor.[6] Když atom vodíku vytvoří kovalentní vazbu s elektronegativnějším atomem, bude mít elektronegativnější atom větší afinitu k elektronu a částečně odtrhne elektron od vodíku.[6] Čím více elektronegativní atom je redukován, protože formálně získává elektrony zapojené do kovalentní vazby. Naopak, když atom ztratí vazbu na atom vodíku, oxiduje se, protože ztratí elektrony.[4] Zvažte například reakci zahrnující Flavinadenindinukleotid (FAD) a sukcinát. V této reakci se FAD redukuje na FADH2 protože přijímá dva atomy vodíku ze sukcinátu. Sukcinát slouží jako redukční ekvivalent, protože daruje elektrony FAD ve formě atomů vodíku a sám je oxidován.[7]

Snížení FAD na FADH2 přijetím dvou atomů vodíku ze sukcinátu.
Snížení ekvivalentního NADH darujícího hydrid akceptoru elektronů FMN v komplexu I elektronového transportního řetězce.

Hydrid

Hydridový iont je vodíkový aniont skládající se z jednoho protonu a dvou elektronů.[8] Chemická látka, která daruje hydrid, je redukčním ekvivalentem, protože daruje ekvivalent alespoň jednoho elektronu, bez ohledu na to, zda je ve formě hydridu.[4] Chemické druhy, které přijímají hydridový ion, budou redukovány, protože získávají elektrony z hydridového iontu.[4] Snížená forma Nikotinamid Adenin Dinukleotid (NADH) je redukční ekvivalent běžně pozorovaný v biochemii, který daruje hydridový iont akceptoru elektronů v komplexu I mitochondriálního elektronový transportní řetězec.[3]

Tvorba vazby s atomem kyslíku

Chemická látka s nižší elektronegativitou než kyslík může sloužit jako redukční ekvivalent, když se kovalentně váže na atom kyslíku. Kyslík je vysoce elektronegativní a bude mít větší afinitu k elektronům v kovalentní vazbě, což povede ke snížení atomu kyslíku.[4] Když atom s nižší elektronegativitou vytvoří vazbu s kyslíkem, je oxidován, protože elektrony jsou přitahovány blíže ke kyslíku a od tohoto atomu.[6][4] Zvažte například vytvoření a karboxylová kyselina z oxidace an aldehyd. V této reakci byl uhlík oxidován vytvořením kovalentní vazby s kyslíkem.[4]

Tvorba karboxylové kyseliny oxidací aldehydu.

Snižování ekvivalentů v mitochondriálním dýchacím řetězci

Oxidační fosforylace je proces pohánějící syntézu ATP pomocí energie O2 [9] uvolňovaný oxidací redukčních ekvivalentů. Vyskytuje se v mitochondriálním transportním řetězci elektronů,[10][4] který se nachází na vnitřní mitochondriální membrána a skládá se z transmembránových proteinových komplexů, které katalyzují redoxní reakce.[11] NADH a FADH2 snižují ekvivalenty, které darují elektrony v komplexech I a II. Tyto elektrony jsou poté přeneseny do několika redoxních reakcí a jsou přeneseny do komplexů III a IV.[3][12] Oxidace redukujících ekvivalentů v elektronovém transportním řetězci uvolňuje protony do mezimembránový prostor mitochondrií a udržuje protonový elektrochemický gradient.[3][4] Jak se protony pohybují dolů elektrochemickým gradientem přes transmembránový protein ATP syntáza, ATP je generován z ADP a anorganické fosfátové skupiny.[3][4] Za účelem udržení protonového gradientu a generování ATP jsou redukční ekvivalenty dodávány do řetězce transportu elektronů z více procesů, jako je cyklus TCA.[13]

Snižování ekvivalentů NADH a FADH2 darování elektronů v transportním řetězci elektronů pro oxidativní fosforylaci.

Viz také

Reference

  1. ^ Jain JL (2004). Základy biochemie. S. Chand. ISBN  81-219-2453-7.
  2. ^ Beiras R (2018-07-19). Znečištění moří: zdroje, osud a účinky znečišťujících látek v pobřežních ekosystémech. Amsterdam, Nizozemsko. ISBN  9780128137376. OCLC  1045426277.
  3. ^ A b C d E Voet D, Voet JG, Pratt CW (2013). Základy biochemie: Život na molekulární úrovni (Čtvrté vydání). Hoboken, NJ. ISBN  9780470547847. OCLC  738349533.
  4. ^ A b C d E F G h i j Lehninger AL, Nelson DL, Cox MM (01.01.2017). Lehningerovy principy biochemie (Sedmé vydání). New York, NY. ISBN  9781464126116. OCLC  986827885.
  5. ^ A b C Sakra HC, Goldwyn AJ, Thomas CA (1966). Příručka biochemie a biofyziky. Cleveland, Ohio: The World Publishing Company. 400–415.
  6. ^ A b C Atkins PW, Jones L, Laverman L (21. prosince 2012). Chemické principy: hledání vhledu (6. vydání). New York. ISBN  978-1429288972. OCLC  819816793.
  7. ^ Stryer L, Tymoczko JL, Berg JM (2002). „Cyklus kyseliny citronové oxiduje dvouuhlíkové jednotky“. Biochemie. 5. vydání: Oddíl 17.1.8.
  8. ^ Stenesh J (1975). Slovník biochemie. New York: Wiley. ISBN  0471821055. OCLC  1530913.
  9. ^ Schmidt-Rohr, K. (2020). „Kyslík je vysokoenergetická molekula pohánějící složitý mnohobuněčný život: základní opravy tradiční bioenergetiky“ ACS Omega 5: 2221-2233. http://dx.doi.org/10.1021/acsomega.9b03352
  10. ^ Kehrer JP, Lund LG (červenec 1994). "Buněčné redukční ekvivalenty a oxidační stres". Radikální biologie a medicína zdarma. 17 (1): 65–75. doi:10.1016/0891-5849(94)90008-6. PMID  7959167.
  11. ^ Begley TP (2009). Wileyova encyklopedie chemické biologie. Hoboken, N.J .: John Wiley & Sons. ISBN  9780471754770. OCLC  243818536.
  12. ^ Ahern K, Rajagopal I, Tan T (2018). Biochemie zdarma pro všechny. Creative Commons. p. 432.
  13. ^ Montano-Herrera L, Laycock B, Werker A, Pratt S (březen 2017). „Vývoj složení polymerů během akumulace PHA: význam snižování ekvivalentů“. Bioinženýrství. 4 (1): 20. doi:10,3390 / bioinženýrství4010020. PMC  5590436. PMID  28952499.