Коферменти які беруть участь у окисно-відновних реакціях. Реакції відновлення в біоорганічній хімії. Реакції відновлення у фотосинтезі та в процесі гліколізу (під час спиртового бродіння). Редокс-потенціал як характеристика окисно-відновних реакцій.
В біоорганічній хімії велике значення мають реакції відновлення, які є складовою частиною різних біохімічних процесів в біологічних системах, а в промисловості використовуються для синтезу цінних біоорганічних сполук. Відновлення - це процес, що супроводжується утворенням нових звязків з гідрогеном і включає в себе перенесення електронів до органічного субстрату. Відновлення є протилежним процесу окиснення, тобто процесу видалення гідрогену з утворенням кратного звязку або нового звязку між атомом вуглецю і гетероатомом, більш електронегативним ніж гідроген, наприклад атомами оксисену, нітрогену, сульфуру. Найбільш загальним способом відновлення ненасичених вуглець-вуглецевих звязків є каталітичне гідрування: В біологічних системах часто протікають реакції відновлення різних азотовмісних сполук, наприклад нітрилів і амідів карбонових кислот, в результаті яких утворюються первині аміни: В деяких яскраво забарвлених харчових продуктах можуть бути барвники на основі аніліну. Промислове добування аніліну з нітробензолу є типовою реакцією відновлення (більш відома як реакція Зініна) : Одним з учасників ферментативних процесів відновлення є похідне 1,4-дигідропиридина - НАДН, що в при відновленні утворює НАД в різних окисно-відновних реакціях у складі таких складних циклах як цикл Кребса, Кальвіна та ін.Окислювально-відновні реакції, поряд з переносом електронів, часто включають перенесення одного або двох протонів. Стандартний потенціал Eo "простетичної групи може значно відрізнятися в залежності від оточення в молекулі ферменту. НАД передає відновлювальний еквівалент з катаболического шляху вдихательная ланцюг і тим самим бере участь в енергетичному обміні. Активною групою обох коферментів є флавін (ізоалоксазіна), що має сполучену систему з трьох кілець, яка може при відновленні приймати два електрони і два протона. Нікотінамідаденіндінуклеотід (НАДН, NADH) - кофермент, присутній у всіх живих клітинах, входить до складу ферментів групи дегідрогеназ, які каталізують окислювально-відновні реакції; виконує функцію переносника електронів і водню, які приймає від окислюваних речовин.Реакції відновлення завжди протікають у складі дуже важливих метаболічних процесів, циклів в біологічних системах.Здатність відновника віддавати електрони окиснику виражається величиною окисно-відновного потенціалу (стандартного відновного потенціалу), або редокс-потенціалу. В умовах значення РН, прийнятого в якості стандарту при біохімічних розрахунках, тобто при РН 7,0, редокс-потенціал (Ео ") водневого електрода (системи Н2 - 2Н ) дорівнює - 0,42 В. Наводимо значення редокс-потенціалу (Ео") для деяких окислювально-відновних пар, що грають важливу роль при переносі електронів в біологічних системах: Відновник Окисник Ео?, В Система з більш негативним редокс-потенціалом має більшу здатність віддавати електрони системі з більш позитивним редокс-потенціалом. Наприклад, пара НАД • Н / НАД , редокс-потенціал якої дорівнює - 0,32 В віддаватиме свої електрони окислювально-відновної парі флавопротеїнів (восстановл.) / флавопротеїнів (окіслен.), що має потенціал-0,12 В, тобто більш позитивний.Реакції відновлення беруть участь в окисно-відновних циклах в процесі фотосинтезу. Загальне рівняння фотосинтезу виглядає так: Темнова фаза фотосинтезу (більш відома як цикл Кальвіну) є складним циклом перетворення. Однією з найважливіших реакцій цього циклу є реакція відновлення дифосфогліцеринової кислоти під дією ферменту тризофосфатдегідрогенази за рахунок НАДФ• Н з утворенням 3-фосфогліцеринового альдегіду: Потім під дією гліцеральдегід-1,3-фосфатдегідрогенази біфосфогліцеринова кислота відновлюється НАД (Ф) · H (у рослин і ціанобактерій; у пурпурних і зелених бактерій відновником є НАД · H) паралельно з відщепленням одного залишку фосфорної кислоти. Утворюється гліцеральдегід-3-фосфат (фосфогліцеральдегід, ФГА, тріозофосфат) Таким чином 3-фосфогліцериновый альдегид в результаті складних реакцій, які каталізуються ферментами іде на синтез фруктозо-6-фосфату (основний продукт фотосинтезу попередник глюкози) та рібулозо-5-фосфату, який в свою чергу перетворюється на рібулозо-1,5-дифосфат, котрий приєднує СО2 і цикл повторюється. Гліколіз - це цикл окисно-відновних реакцій який призводить до перетворення глюкози в піруватз утворенням АТФ та НАДН.В біоорганічній хімії реакції відновлення мають дуже велике значення, так як вони є складовою частиною різних біохімічних процесів в біологічних системах. Відновлення - це процес, що супроводжується утворенням нових звязків з гідрогеном і включає в себе перенесення електронів до органічного субстрату. Відновні реакції в біологічних системах протікають у складі окисно-відновних реакцій. Ці реакції приймають участь у таких важливих для живих організмів метаболічних процесах як гліколіз, спиртове бродіння (як окремий випадок гліколізу, що відбувається в анаеробних умовах), фотосинтез (там реакції відновлення є складовою частиною циклу Кальвіна), цикл Кребса.
План
Зміст
1. Реакції відновлення в біоорганічній хімії
2. Коферменти (відновники) які беруть участь у окисно-відновних реакціях в біологічних системах
2.1 Окислювально-відновні коферменти
2.2 НАДН
2.3 НАДФ • H
2.4 Флавінаденіндинуклеотид (ФАДН2)
3. Реакції відновлення у складі окисно-відновних процесів в біологічних системах
3.1 Редокс-потенціал як основна характеристика окисно-відновних реакцій в біологічних системах
3.2 Реакції відновлення у фотосинтезі
3.3 Реакції відновлення у процесі гліколізу (під час спиртового бродіння)
Висновки
Контрольні запитання
Тестові завдання
Відповіді на тестові запитання
Перелік використаної літератури
1. Реакції відновлення в біоорганічній хімії
Вывод
В біоорганічній хімії реакції відновлення мають дуже велике значення, так як вони є складовою частиною різних біохімічних процесів в біологічних системах.
Відновлення - це процес, що супроводжується утворенням нових звязків з гідрогеном і включає в себе перенесення електронів до органічного субстрату. Відновні реакції в біологічних системах протікають у складі окисно-відновних реакцій. Основною характеристикою окисно-відновних реакцій є редокс-потенціал. Основними окисно-відновними реагентами є коферменти.
Ці реакції приймають участь у таких важливих для живих організмів метаболічних процесах як гліколіз, спиртове бродіння (як окремий випадок гліколізу, що відбувається в анаеробних умовах), фотосинтез (там реакції відновлення є складовою частиною циклу Кальвіна), цикл Кребса.
Контрольні запитання
1. Що представляють собою реакції відновлення у біоорганічній хімії?
2. Які сполуки утворюються при відновленні моносахаридів у біологічних системах?
3. Що таке коферменти ?
4. Які коферменти є відновниками в біохімічних реакціях, що протікають у живих організмах?
5. Що представляє собою НАД • Н і чим цей кофермент відрізняється від ФАДН2?
6. Яка роль кофермента Q в реакціях відновлення, що протікають в біологічних системах?
7. Що таке редокс-потенціал і як він характеризує окисно - відновні реакції біологічних систем?
8. Які відновні реакції протікають під час фотосинтезу?
9. Який кофермент бере участь у відновних реакціях у циклі Кальвіна?
10. Яка відновна реакція відбувається під час спиртового бродіння глюкози?
Тестові завдання
1. Реакції відновлення - це хімічний процес що полягає у : А) приєднанні водню;
Б) приєднанні води;
В) приєднанні кисню.
2. Які сполуки утворюються при відновленні амідів і нітрилів?
А) уреїди;
Б) діазосполуки;
В) аміни.
3. Який кофермент є основним відновником у біологічних системах?
А) ФАД;
Б) НАДН;
В) НАДФН.
4. Яке кільце зумовлює властивості ФМН та ФАД?
А) пуринове;
Б) акридинове;
В) ізоалоксазінове.
5. Основною характеристикою окисно - відновних реакцій є
А) різниця потенціалів;
Б) резистентність;
В) редокс-потенціал;
6. Цикл Кальвіну це складова частина: А) гліколізу;
Б) фотосинтезу;
В) хемосинтезу.
7. На якому етапі циклу Кальвіна відбувається відновлення
А) на першому;
Б) на другому;
В) на третьому;
8. Яка сполука утворюється з 3-фосфогліцеринової кислоти у реакції відновлення в циклі Кальвіна
А) 3-фосфогліцериновий альдегід;
Б) 3-фосфогліцериновий спирт;
В) 3-фосфогліцериновий кетон.
9. Який кофермент бере участь у реакціях відновлення в циклі Кальвіна
А)ФАДН2;
Б) НАДФ• Н;
В) НАДН;
10. В ході гліколізу в окисно - відновних реакціях використовується кофермент: А)НАДН;
Б) НАДФ• Н;
В) ФАД.
Відповіді на тестові запитання
1. А)
2. В)
3. Б)
4. В)
5. В)
6. Б)
7. Б)
8. А)
9. Б)
10. А)
Перелік використаної літератури
1. Тюкавкіна Н.А. Бауков Ю. І. "Біоорганічна хімія", Москва "Дрофа" 2004 - 244с .
2. Тюкавкіна Н. А., Артемєва Н.Н. "Керівництво до лабораторних робіт з біоорганічної хімії", Москва, "Дрофа" 2008 - 318с.
