Окислительно-восстановительные процессы в биологических системах

Окислительно-восстановительные реакции играют очень большую роль в ряде биологических процессов. Эти процессы имеют существенное значение для сельского хозяйства. Так, установлено, что для нормального развития растений необходимо, чтобы окислительно-восстановительный потенциал почвы лежал в пределах 0,2—0,7 в. Многие технологически важные системы пищевой промышленности являются окислительно-восстановительными. Редокси-потенциал этих систем оказывает большое влияние на протекание многих ферментативных процессов в них и на интенсивность биологического окисления-восстановления ряда биоколлоидов. [c.272]

Важнейший процесс биологического окисления, а именно перенос электронов и протонов с окисляемого субстрата на кислород, осуществляемый в тканях при помощи строго определенного ряда промежуточных ферментов-переносчиков, также представляет собой цепь окислительно-восстановительных процессов. Каждое звено этой цепи соответствует той или иной редокс-системе, характеризующейся определенным редокс-потенциалом [c.55]

Приведите примеры окислительно-восстановительных процессов в биологических системах. [c.95]

Химическая деструкция напоминает некоторые окислительно-восстановительные процессы, иногда сопровождающиеся промежуточным образованием свободных радикалов, и гидролитические реакции, протекающие под действием биологических факторов (природные ферментативные системы, микроорганизмы) при этом существенное значение имеют состав и физико-химическая структура полимерного материала. В то время как многие высокомолекулярные соединения (нитраты целлюлозы, поливинилацетат, казеин, натуральный и некоторые синтетические каучуки) подвергаются биологической коррозии, полиэтилен, полистирол, тефлон и ряд других полимеров устойчивы к ней. [c.626]

Сложность окислительно-восстановительных процессов с участием витамина С не препятствовала проведению многочисленных исследований механизма окисления ь-аскорбиновой кислоты, а также окисления и восстановления дегидроаскорбиновой кислоты и других продуктов окисления. Одной из причин огромного интереса к этой теме является то, что роль витамина С в живых системах несомненно связана с его поведением в окислительновосстановительных реакциях, которое в конечном итоге может дать ключ к пониманию биологического механизма действия витамина С. В этом разделе мы рассмотрим окисление и восстановление витамина С под действием различных реагентов, уделив особое внимание поведению L-аскорбиновой кислоты, в этом отношении являющейся наиболее изученным соединением. [c.147]

Но все остальные основные биологические процессы (синтез белков и нуклеиновых кислот, ферментативные биохимические реакции, деление клеток, мышечное сокращение, распространение нервного возбуждения и т. д.) происходят во тьме, без участия световых квантов. Эти темновые процессы тоже квантовые, ибо это химические процессы. Ясно, что в любой химической реакции происходит перемещение электронов, изменение электронного состояния системы. Окислительно-восстановительные биохимические процессы, составляющие сущность дыхания, наглядно об этом свидетельствуют. [c.325]

Предполагают, что витамины группы Р участвуют в окислительно-восстановительных реакциях, обеспечивая таким образом нормальный ход процессов биологического окисления в организме. Действие витаминов Р и С взаимосвязано каждый из них в присутствии другого обладает гораздо более высоким терапевтическим эффектом, чем в одиночку. Видимо, эти витамины функционируют в окислительно-восстановительных процессах вместе, образуя парное звено в соответствующей системе. [c.173]

Вопрос о наличии свободных радикалов в биологических системах был поднят Михаэлисом в 1936 г., когда он предположил участие свободных радикалов в различных ферментативных окислительно-восстановительных процессах. В последующие годы действительное участие свободных радикалов в подобных реакциях было подтверждено методом электронного парамагнитного резонанса. Магнитный критерий заставляет предполагать образование свободных радикалов в реакции ксантина с кислородом, катализируемой ксантиноксидазой, а также в некоторых метаболически активных тканях животного и растительного происхождения. Установлено, что концентрация свободных радикалов значительно возрастает, когда сухой препарат дрожжей возобновляет свою метаболическую активность. На некоторых примерах установлено также, что ряд лиофилизированных биологических материалов, которые перед замораживанием были метаболически активны, дает интенсивные сигналы ЭПР. Эти сигналы были приписаны чрезвычайно устойчивым радикалам. [c.521]

Следует отметить, что в функционирующих биологических системах, где происходят интенсивные окислительно-восстановительные процессы, может наблюдаться гибель нитроксильных радикалов. Если при этом гибель радикалов происходит на временах, сравнимых с временами регистрации спектров, то она приведет к искажению их формы что в свою очередь может привести к неправильной интерпретации результатов. Подобная гибель радикалов, например, имеет место в митохондриях, богатых эндогенными субстратами [180, 181]. [c.179]

Гидратация анионов 0Н дает дополнительную энергию, возбуждающую молекулы кислорода. Активация кислорода происходит и при добавлении к кислороду некоторых способных флуоресцировать красителей. Возможно, что часть энергии, обычно испускаемая красителем при флуоресценции, поглощается кислородом и активирует его. Весьма вероятно, что окислительно-восстановительные процессы в биологических системах протекают как раз через стадию образования свободных радикалов. [c.231]

Конечная точка окислительно-восстановительного титрования, как правило, обозначается резким скачком электродного потенциала (разности потенциалов). Если, например, титровать сульфат железа перманганатом калия в разбавленной серной кислоте, то вплоть до полного окисления соли окислительно-восстановительный потенциал будет возрастать медленно, а затем последует скачок. При изучении окислительно-восстановительных процессов в биологических системах часто пользуются методикой, при которой образец помещают в буфер, содержащий заданную смесь ферро-и феррицианидов калия. Нередко процентное содержание восстановленной формы в образце, например для цитохромов, определяют спектроскопическими методами, что, строго говоря, не является титрованием. [c.231]

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ [c.310]

Роль окислительно-восстановительных процессов. Окисли-тельно-восстановительные реакции играют важную роль в природе и технике. В качестве примеров окислительно-восстановительных процессов, протекающих в природных биологических системах, можно привести реакцию фотосинтеза у растений (см. гл.7) и процессы дыхания у животных и человека. Процессы горения топлива, протекающие в топках котлов тепловых электростанций и в двигателях внутреннего сгорания и реактивных двигателях ракет, являются примерами технически важных окислительно-восстановительных реакций. [c.257]

Отсюда следует, что окисление всегда сопровождается восстановлением акцептора электронов. Этот принцип окислительно-восстановительных процессов в равной мере применим к биохимическим системам и характеризует природу процессов биологического окисления. Далее будут приведены примеры, показывающие, что многие процессы биологического окисления идут без участия молекулярного кислорода, например дегидрогеназные реакции. [c.118]

Изменение свободной энергии, характеризующее реакции окисления и восстановления, пропорционально способности реактантов отдавать или принимать электроны. Следовательно, изменение свободной энергии окислительно-восстановительного процесса можно характеризовать не только величиной ЛС° (см. гл. 11), но и величиной окислительно-восстановительного потенциала системы ( ). Обычно окислительно-восстановительный потенциал системы сравнивают с потенциалом водородного электрода, принимая последний за 0,0 В при pH 0. Однако для биологических систем удобнее использовать окислительно-восстановительный потенциал при pH 7,0 (Е о) при таком pH потенциал водородного электрода равен - 0,42 В. Окислительновосстановительные потенциалы некоторых систем. [c.118]

Гуминовые кислоты как окислительно-восстановительная система близки йо свойствам веществам, определяющим протекание процессов дыхания и фотосинтеза в растительной клетке. Они также проявляют ярко выраженную биологическую активность. Под биологической активностью понимают способность вещества усиливать процессы вегетации (роста) растений. [c.24]

ТОВ. Это вещество участвует во многих реакциях биологического окисления, поэтому его рассмотрение можно было бы с равным успехом включить в раздел, посвященный окислительно-восстановительным системам. Фундаментальная роль АТР состоит в том, что энергия, которая выделяется при гидролизе имеющихся в его молекуле пирофосфатных связей, служит движущей силой различных биохимических процессов. [c.213]

Биологическая роль. Витамин С, вероятнее всего, участвует в окисли-тельно-восстановительных процессах, хотя до сих пор не выделены ферментные системы, в состав простетических групп которых он входит. Предполагают, что витамин С участвует в реакциях гидроксилирования пролина и лизина при синтезе коллагена, синтезе гормонов коры надпочечников (кортикостероидов), аминокислоты триптофана и, возможно, в других реакциях гидроксилирования. Имеются доказательства необходимости участия витамина С в окислительном распаде тирозина и гемоглобина в тканях. [c.239]

В открытых системах окислительный потенциал наряду с термодинамическим значением приобретает роль кинетического фактора среды. К таким относятся системы, в которых протекают химические реакции, как правило необратимые, при непрерывном, поступлении исходных веществ и удалении продуктов реакции. Открытыми системами являются все биологические системы, в которых идет непрерывный обмен веществ, как-то бактериальные культуры, ткани животных и человека, в ряде случаев почвы и т. п. К ним относятся также многие промышленные среды при непрерывном ведении технологического процесса. В каталитических окислительно-восстановительных реакциях, протекающих в открытых системах, максимальная скорость процесса связана с определенной величиной окислительного потенциала. В результате этого в среде на каком-то отрезке времени устанавливается стационарное состояние, характеризуемое определенной величиной потенциала. Изменение величины окислительного потенциала, например, в бактериальной культуре, может вызвать изменение направления биохимических процессов. Включение или выключение той или иной ферментативной системы вследствие изменения окислительного потенциала может привести к преимущественному протеканию какой-либо одной реакции из множества возможных параллельных реакций. Экспериментальные подтверждения этого положения приведены в 18. [c.45]

Загрязнение водоема токсичными примесями или любое нарушение целостности этой системы способствует замедлению или полному прекращению процесса самоочищения. Активность биологического самоочищения зависит от воздействия факторов внешней среды, но способность к самоочищению не безгранична. Факторами, определяющими протекание процесса самоочищения, являются кислородный режим водоема, pH и окислительно-восстановительный потенциал. При концентрации кислорода менее 0,1—0,5 мг/л изменяется направленность биохимических процессов. [c.246]

Окислительно-восстановительные реакции имеют очень большое значение в биологических системах. Фотосинтез, дыхание, пищеварение — все эхо цепи окислительно-восстановительных реакций. В техвшке значение окислительновосстановительных реакций также очень велико. Так, вся металлургическая про.мышленность основана на окислительно-восстановительных процессах, в ходе которых металлы выделяются из природных соединений. [c.262]

Особенно сложны и трудно интерпретируемы процессы установления потенциала в биологических и многих органических окислительно-восстановительных системах. Действительно, в литературе уже давно отмечалось, что, например, в бактериальных культурах окислительный потенциал (как аэробный, так и анаэробный) обусловлен кинетическими [c.23]

Под действием слабых восстановителей, таких, как сернистая кислота, хиноны превращаются в соответствующие дигидрофенолы (гндрохиноны). Известно немало биологических веществ, в которых содержится хиноидная система. Установлено, что некоторые из них участвуют в важных окислительно-восстановительных стадиях биологических процессов. В этих случаях особенность хиноидной структуры заключается в том, что она в результате легко протекающего обратимого процесса может восстанавливаться в бензоидную структуру [c.140]

Биологическая функция каталазы состоит в освобождении клетки от избытка перекиси водорода, образующейся при многих окислительно-восстановительных процессах, как, например, при действии ксантиноксидазы, уриказы, оксидазы -а-аминокислот, диаминооксидазы, и при ряде других ферментативных процессов. Образующаяся перекись водорода или расходуется в процессах, катализируемых пероксидазой, или же разрушается каталазой, причем образующийся кислород снова может быть использован в окислительных реакциях клетки. Таким образом, каталаза является важным элементом общей окислительно-вос-становительной системы клетки. [c.66]

Дискутируется вопрос о месте первого в электрон-транспорт-ной системе фотосинтеза и о месте второго в электрон-транспорт-ной системе дыхания. Как видно из опытов, эти вещества по функциональным группам идентичны п-бензохинону, образующемуся в результате окисления гидрохинона. Не исключено, что гидрохинон в цитохромоксидазной системе и и-бензохинон в реакции Хилла действуют как аналоги естественных веществ. Выше были указаны примеры, когда при применении в системах вместо простых фенолов более сложных фенольных веществ из растений получались аналогичные результаты. Все это свидетельствует о том, что опыты с простыми экзогенными веществами приносят пользу в деле познания окислительно-восстановительных процессов црирод-ных фенольных веществ в организмах. Возникает вопрос, в чем конкретно состоит биологическое значение рассмотренных здесь систем. Еще в начале нашего века Палладии [26] высказал предположение, что фенольные вещества в растениях выполняют функции переноса водорода с субстратов дыхания на молед улярный кислород. Изложенные здесь факты являются экспериментальным подтверждением этого предположения. Обнаружено, в том числе и нами [2], что полифенолоксидаза концентрируется в наружных частях растений. Так как растения дышат поверхностью, то не исключено, что система полифенолоксидаза — фенольное вещество выполняет важную роль в питании растений кислородом. Как сле- [c.144]

В которых один неспаренный электрон приходится на каждый атом металла. Предполагается, что это связано с димеризацией комплекса с образованием связи между двумя атомами металла. Уильямс [21 ] отметил, что ё-электроны и с1-орбитали элементов с небольшим числом (З-электронов, по-видимому, легко доступны для лигандов, что в случае соединений Мо(У) приводит к димеризации. Эту склонность к образованию димеров нужно учитывать при обнаружении по спектрам ЭПР низкоспинового состояния восстановленной ксантиноксидазы. Было высказано предположение, что интенсивность спектра ЭПР, соответствующая всего 37% полного содержания молибдена, объясняется существованием равновесия между парамагнитным мономером и диамагнитным димером. В модельных комплексах Мо(У) в водном растворе число неспаренных электронов, обнаруживаемых методом ЭПР, еще меньше (менее 1 %). Отсюда следует, что биологические системы способны стабилизировать мономерные комплексы Мо(У). Специфические эффекты стабилизации могут также регулировать баланс между состояниями окисления. Такая регуляция имеет существенное значение, если молибденсодержащие ферменты эффективно функционируют как электрон-транспортные реагенты, поскольку процессы переноса электрона между молекулами, протекающие с низкими энергиями активации, возможны только в случае подходящих соотношений между окислительно-восстановительными потенциалами компонентов. Данные, полученные Уильямсом и Митчеллом [18], показывают, каким образом достигается регуляция окислительно-восстановительных потенциалов в случае молибдена. Эти авторы обнаружили специфическую стабилизацию Мо(1У) цианид-ионами, повышение устойчивости Мо(У1) по сравнению с Мо(111) при наличии гидроксила в качестве лиганда и примерно одинаковую устойчивость Мо(1П) и Мо(У) в присутствии хлорида и тиоцианата. При нейтральных рн окислительно-восстановительные потенциалы пар Мо(У1)/Мо(У) и Мо(У)/Мо(1П) находятся в интервалах от —0,2 до —0,4 В и от —0,6 до —1,0 В соответственно. Таким образом, первая пара близка по своему окислительно-восстановительному потенциалу к флавиновьш системам (около 0,25 В), тогда как вторая пара имеет потенциал, выходящий за пределы обычных окислительно-восстановительных потенциалов биологических систем. Однако способность меркаптоуксусной кислоты ( около —0,30 В) восстанавливать Мо(У) до Мо(1П) показывает, каким образом окислительно-восстановительный потенциал молибденовой пары может быть смещен в область, в которой протекают биологические реакции, путем преимущественной стабилизации состояния с меньшей степенью окисления ([21], см. также гл. 15). [c.267]

В дальнейшем в связи с повышением чувствительности спектрометров ЭПР стало возможным исследовать этим методом биологические объекты без предварительного высушивания. Были исследованы окислительно-восстановительные ферментативные системы в нативных тканях и их компонентах, модельные ферментативные системы с изолированными ферментами и свободные радикалы, образующиеся при неферментативном ступенчатом окислении биохимических субстратов и активных коферментных групп. При неферментативном окислении биохимических субстратов и коферментов типа флавинмоно-нуклеотида возникает сигнал ЭПР с АЯу г 30 5 и протонной СТС [41]. В то же время при ферментативных окислительно-восстановительных процессах с участием флавиновых ферментов наблюдаются более узкие (АЯ1/. = 13 э) сигналы без СТС. Многочисленными кинетическими экспериментами было показано [42—44], что возникновение сигнала ЭПР обусловлено образованием комплекса фермента с субстратом. Форма и ширина сигнала ЭПР свидетельствуют, однако, что хотя источником неспаренного электрона является низкомолекулярный свободный радикал, адсорбированный на белке—ферменте, плотность неспаренного электрона распределена по значительно большему пространству. Действительно, сигналы ЭПР, наблюдающиеся при ферментативном восстановлении, характеризуются не только исчезновением СТС (что могло бы быть объяснено уширением индивидуальных компонент СТС за счет меньшей подвижности белковых молекул), но и уменьшением суммарной ширины, что может быть понято только при допущении делокализационных или обменных эффектов (см. главу III). [c.214]

Из литературы известно, что во многих органических, а тем более в биологических системах, время установления потенциала на электроде может исчисляться не только часами, но иногда сутками [1- 9]. В приводимых выше работах [5, 6, 8, 9] нами неоднократно отмечалось влияние кинетики установления потенциала на его величину и было показано, что конечное значение потенциала в ряде систем зависит от способа предварительной обработки электродов. Кроме того, нами [10—12] была найдена зависимость между скоростью установления потенциала и изменением его каталитических свойств. Однако, ввиду сложности окислительно-восстановительных процессов, наличия побочных реакций на электроде и в растворе, отсутствия достаточных сведений о механизме реакций, пдотекаюших на электроде и в растворе, в настоящее время не представляется возможным получить количественные зависимости, которые учитывали бы многообразные кинетические факторы, а также каталитическое действие электродов. [c.22]

Многие кофакторы ферментов являются производными витамршов. Так, окислительно-восстановительные процессы в биологических системах осуществляются при участии производных витамина РР (никотипамид-ных коферментов), витамина Вг (флавиннуклеотидов), витаминов С, Е и К. Различные превращения аминокислот катализирует фосфат витамина Вб — пиридоксальфосфат. Кофактор ацилирования (кофермент А) содержит остаток пантотеновой кислоты — одного из витаминов группы В. В процессах карбоксилирования и декарбоксилирования участвуют биотин (витамин Н) и тиаминпирофосфат — производное витамина В . Превращения и перенос одноуглеродных остатков катализируют ферменты, кофакторами которых служат производные фолевой кислоты и витамина В з. Витамин А играет роль в зрительном процессе. [c.249]

Практическая и теоретическая ценность такого рода I работ значительно усиливается при условии сохранения в Р исследованиях физиологического подхода. Дело в том, что I представл ия о механизмах, регулирующих окислительный метаболизм в клетке, касающиеся биоэнергетических аспектов, основаны на данных, полученных главным образом на субклеточном уровне, т. е. в условиях дифференци-I ации живой системы. Учитывая, что любые воздействия, [- в том числе и химические, при приложении их к изолиро-е ванным микроструктурам клетки могут иметь иную конеч-I ную направленность, нежели в целой клетке, становится очевидной необходимость проведения исследований в более физиологических условиях. Тем не менее систематические сведения о закономерностях интегрирующего влияния сложных биологических систем на направленность окислительно-восстановительных процессов на уровне клетки, органа, и, наконец, целого организма отсутствуют. Следовательно, изучение внутриклеточной регуляции кислородзависимых процессов в функционирующей клетке требует создания адекватных методов исследования. Важнейшими из них являются те, которые позволяют изучать физико-химические процессы, протекающие непосредственно в живой клетке и ее органеллах. Поэтому на первый план выдвигаются быстрорегистрирующие высокочувствительные, практически безинерционные методы, позволяющие получать кинетические характеристики ответных реакций объекта на внешние воздействия. Успех их применения может быть достигнут лишь в случае комплексного проведения исследований на различном организменном уровне. Так, изучение реакций субклеточных частиц (митохондрий, микросом, пероксисом и пр.) необходимо для понимания молекулярных механизмов регуляции окислительно-восстановительных процессов, для установления закономерностей работы дыхательной цепи и внемитохонд-риальных путей окисления при тех или иных воздействиях. [c.5]

Большая ароматическая молекула порфиринов имеет несколько близко-лежащих заполненных и вакантных МО, способных одинаково легко приобретать и терять 71-электроны, превращаясь в анион-радикальные, анионные, катион-радикальные и катионные окислительно-восстановительные (ре-докс) формы. В связи с тем, что этот процесс может иметь место при фотосинтезе в зеленом листе растений, в дыхательных биологических системах (с участием цитохромов, каталаз и пироксидаз) человека, животных и растщий, а также в техническом катализе окислительно-восстановительных реакций с участием металлопорфиринов, его познание имеет громадное научное значение. [c.309]

Завершающим этапом биологического окисления является тканевое дыхание, в результате которого происходит перенос водорода (протонов электронов) от субстрата (НАД-Н или сукцината) на молекулярный кис-лород. Этот процесс осуществляется при каталитическом участии системы коферментов, входящих в электроно-транспортную дыхательную цепь ми- I тохондрий животных тканей, последовательно осуществляющих реакции окислительно-восстановительных превращений. [c.559]

Можно предполагать наличие подобного биоэлектрокаталитп-ческого механизма не только в модельных, чисто электрохимических, но и в нативных биологических системах, где поляризующее воздействие могут оказывать электроповерхностные явления и окислительно-восстановительные ферменты. Следовательно, интенсификация анодного растворения золота в присутствии белковых остатков и, очевидно белков, может быть по праву отнесена к биоэлектрокаталитическим реакциям — явлению, связанному с ускорением электрохимических реакций в присутствии катализаторов биологической природы. Интерес к этому направлению в электрохимических исследованиях стимулируется перспективами создания принципиально новых технологических процессов. В литературе давно отмечалось, что биокаталитическое воздействие является определяющим для протекания многих процессов растворения и осаждения рудных компонентов в земной коре [41, с. 256]. [c.59]

Если учитывать положительные качества и недостатки топливных элементов редокс-системы по сравнению с другими типами топливных элементов, то весьма заманчивым представляется использование их технологической схемы, но для транспорта активных веществ к электродам необходи о применять не обычные окислительно-восстановительные реагенты, а вещества, присоединяющие кислород или соответственно водород или другие виды топлива лабильно, без существенной потери химической энергии. Замечательным примером такого вещества является биологический переносчик кислорода — гемоглобин. Это вещество обладает способностью к так называемому процессу оксигенации — обратимому присоединению молекулярного кислорода, протекающему без разрушения молекулы кислорода и без изменения валентности атома железа, входящего в состав гемоглобина [1] [c.162]

Больше возможности открывает метод ЭПР для исследований биологических процессов, включаюгцих окислительно-восстановительные реакции, протекающие через стадию радикалов и ион-радикалов органических соединений — компонентов реагирующей системы [4]. [c.438]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология