Уменьшающий эквивалент - Reducing equivalent

В биохимии термин уменьшающий эквивалент относится к любому из ряда химические вещества которые передают эквивалент одного электрон в редокс реакции.[1] Редокс-реакция (окислительно-восстановительная реакция) приводит к изменению степень 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] Восстановительный эквивалент служит донором электронов в окислительно-восстановительной реакции и окисляется (теряет электроны), когда отдает электрон акцептору электронов.[3] Восстанавливающий эквивалент может отдавать электрон несколькими способами: как одиночный электрон, как атом водорода, как гидрид-ион, или путем образования связи с атомом кислорода.[4]

Одинокие электроны

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:

Редокс-реакция с ионами железа и меди. Ион железа служит восстановительным эквивалентом, поскольку отдает электрон иону меди.

Ионы железа и меди начинают реакцию с двойным положительным зарядом (2+). В конце реакции заряд меди уменьшился до единственного положительного заряда (1+), а 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

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 Флавин аденин динуклеотид (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]

Снижение FAD до FADH2 за счет акцептирования двух атомов водорода из сукцината.
Восстановление эквивалентного НАДН, отдавшего гидрид акцептору электронов FMN в комплексе I транспортной цепи электронов.

Гидрид

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 он получает электроны от иона гидрида.[4] Приведенная форма Никотинамид аденин динуклеотид (НАДН) представляет собой восстановительный эквивалент, обычно встречающийся в биохимии, который отдает ион гидрида акцептору электронов в комплексе I митохондриальной электронная транспортная цепь.[3]

Образование связи с атомом кислорода

Химические частицы 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 формирование карбоновая кислота от окисления альдегид. В этой реакции углерод окисляется за счет образования ковалентной связи с кислородом.[4]

Образование карбоновой кислоты путем окисления альдегида.

Восстанавливающие эквиваленты в дыхательной цепи митохондрий

Окислительного фосфорилирования это процесс, управляющий синтезом АТФ с помощью энергии O2 [9] высвобождается в результате окисления восстанавливающих эквивалентов. Это происходит в митохондриальной цепи транспорта электронов,[10][4] который расположен в внутренняя митохондриальная мембрана и состоит из трансмембранных белковых комплексов, которые катализируют окислительно-восстановительные реакции.[11] НАДН и ФАД2 представляют собой восстанавливающие эквиваленты, которые отдают электроны комплексам I и II, соответственно. Эти электроны затем передаются 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] Поскольку протоны движутся вниз по электрохимическому градиенту через трансмембранный белок АТФ-синтаза, АТФ образуется из АДФ и неорганической фосфатной группы.[3][4] Чтобы поддерживать протонный градиент и генерировать АТФ, восстанавливающие эквиваленты поставляются в цепь переноса электронов из нескольких процессов, таких как цикл TCA.[13]

Восстанавливающие эквиваленты НАДН и ФАДН2 отдавая электроны в цепи переноса электронов для окислительного фосфорилирования.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Джейн JL (2004). Основы биохимии. С. Чанд. ISBN  81-219-2453-7.
  2. ^ Бейрас Р. (19.07.2018). Загрязнение морской среды: источники, судьба и воздействие загрязнителей в прибрежных экосистемах. Амстердам, Нидерланды. ISBN  9780128137376. OCLC  1045426277.
  3. ^ а б c d е Воет Д., Воет Дж. Г., Пратт К. В. (2013). Основы биохимии: жизнь на молекулярном уровне (Четвертое изд.). Хобокен, штат Нью-Джерси. ISBN  9780470547847. OCLC  738349533.
  4. ^ а б c d е ж грамм час я j Ленингер А.Л., Нельсон Д.Л., Кокс М.М. (01.01.2017). Принципы биохимии Ленингера (Седьмое изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. ISBN  9781464126116. OCLC  986827885.
  5. ^ а б c Проклятый ХК, Голдвин А.Дж., Томас Калифорния (1966). Справочник по биохимии и биофизике. Кливленд, Огайо: Всемирная издательская компания. С. 400–415.
  6. ^ а б c Аткинс П.В., Джонс Л., Лаверман Л. (21 декабря 2012 г.). Химические принципы: поиски понимания (6-е изд.). Нью-Йорк. ISBN  978-1429288972. OCLC  819816793.
  7. ^ Страйер L, Тимочко JL, Берг JM (2002). «Цикл лимонной кислоты окисляет двухуглеродные единицы». Биохимия. 5-е издание: Раздел 17.1.8.
  8. ^ Стенеш Дж (1975). Словарь по биохимии. Нью-Йорк: Вили. ISBN  0471821055. OCLC  1530913.
  9. ^ Шмидт-Рор, К. (2020). «Кислород - это высокоэнергетическая молекула, питающая сложную многоклеточную жизнь: фундаментальные поправки к традиционной биоэнергетике» СКУД Омега 5: 2221-2233. http://dx.doi.org/10.1021/acsomega.9b03352
  10. ^ Керер Дж. П., Лунд Л. Г. (июль 1994 г.). «Клеточные восстановительные эквиваленты и окислительный стресс». Свободная радикальная биология и медицина. 17 (1): 65–75. Дои:10.1016/0891-5849(94)90008-6. PMID  7959167.
  11. ^ Бегли Т.П. (2009). Энциклопедия химической биологии Wiley. Хобокен, штат Нью-Джерси: John Wiley & Sons. ISBN  9780471754770. OCLC  243818536.
  12. ^ Ахерн К., Раджагопал И., Тан Т. (2018). Биохимия бесплатно для всех. Creative Commons. п. 432.
  13. ^ Montano-Herrera L, Laycock B, Werker A, Pratt S (март 2017 г.). «Эволюция полимерной композиции во время накопления PHA: важность уменьшения эквивалентов». Биоинженерия. 4 (1): 20. Дои:10.3390 / bioengineering4010020. ЧВК  5590436. PMID  28952499.