Проблема молекулярного кислорода

Проблема молекулярного кислорода [c.113]

Материал настоящего раздела посвящен общей характеристике прокариотных организмов (в основном эубактерий), отличающихся морфологическим и особенно физиологическим разнообразием. В основе морфологического разнообразия лежат различия в размерах и форме отдельных клеток, способах их деления, природе и наборе цитоплазматических включений, строении клеточной стенки и структур, локализованных снаружи от нее, наличии и типе дифференцированных форм, образующихся в процессе жизненного цикла. Всем этим вопросам посвящены главы 4 и 5. В главах 6 — 9 представлена общая картина физиологического разнообразия прокариот, складывающегося из различий в механизмах получения энергии и источниках питания, разного отношения к молекулярному кислороду и другим факторам внешней среды, прежде всего свету, температуре, кислотности среды. В главе 10 обсуждаются генетические механизмы, приведшие в процессе эволюции к структурно-физиологическому разнообразию прокариот. Глава II, посвященная проблемам систематики и описанию основных групп прокариот, иллюстрирует на конкретных примерах материал, представленный в предыдущих главах. Завершает раздел глава 12, в которой излагается наиболее общепринятая гипотеза происхождения жизни на Земле, приведшая к возникновению первичной клетки, и имеющийся в настоящее время экспериментальный материал, подтверждающий эту гипотезу. [c.24]

В предыдущей главе был рассмотрен ряд групп прокариот, относящихся к эубактериям, получающих энергию в реакциях субстратного фосфорилирования и не зависящих от молекулярного кислорода. Их предки появились на Земле, когда в ее атмосфере отсутствовал Оз. Единственным источником свободной энергии, доступным первобытным организмам, была химическая энергия органических молекул, возникших в основном абиогенным путем. Увеличение численности популяций приводило к возрастанию использования органических молекул в окружающей среде, которое на определенном этапе стало превышать их накопление. В результате органические вещества постепенно исчерпывались из среды. Создавалась критическая ситуация, вызываемая нехваткой соединений, которые могли бы служить источником свободной энергии для организмов. Перед ними возникла проблема поиска новых источников углеродного питания и свободной энергии. В энергетическом плане необходимо было найти способ получения энергии за счет постоянно действующего источника. Такой источник энергии представляет собой солнечная радиация. Глобальное значение развившейся способности использовать световую энергию в том, что фотосинтез — единственный процесс, приводящий к увеличению свободной энергии на нашей планете. Таким образом, фотосинтез обязан своим происхождением экологическому кризису, возникшему в результате исчерпания на определенном этапе развития жизни органических ресурсов планеты. [c.262]

Отрицательное действие О2 на азотфиксацию связано с восстановительной природой процесса. Возникшая первоначально у анаэробных прокариот, получающих энергию за счет брожения, способность к азотфиксации проявилась и в фуппах эубактерий с бескислородным фотосинтезом. Благоприятные условия для нее обеспечивались анаэробным типом метаболизма этих фупп. И только цианобактерии столкнулись с проблемой функционирования в клетке двух процессов, один из которых имеет восстановительную природу, а другой сопровождается выделением такого сильного окислителя, как О2. Возникла необходимость защиты или изолирования процесса азотфиксации от молекулярного кислорода. [c.317]

Отдельные закономерности процессов глубокого окисления освещены в монографиях Л. Я. Марголис Гетерогенное каталитическое окисление углеводородов ( Химия , 1967 г.), Окисление углеводородов на гетерогенных катализаторах ( Химия , 1977 г.) и Г. И. Голодца Гетерогенно-каталитические реакции с участием молекулярного кислорода ( Наукова думка , 1977 г.). В 1982 г. вышел сборник Проблемы кинетики и катализа , т. 18, в котором опубликованы обзоры, посвященные различным аспектам процессов глубокого окисления. Однако на основании изложенных в перечисленных книгах сведений трудно получить рекомендации для практического осуществления глубокого окисления. [c.4]

Каталитические свойства этих соединений исследуются в связи с проблемой моделирования действия ферментов. Основные модельные реакции — разложение перекиси водорода [805, 806, 821. 925—932, 935—938] и гидразина [939, 940], а также некоторые процессы окисления молекулярным кислородом [941—946, 956] и окислительной конденсации [867, 947—950], протекающие преимущественно в растворах при низких температурах. [c.1220]

Надо, впрочем, указать, что уже А. Н. Бах допускал возможность соединения кислорода при биологических окислениях не с углеродом окисляемого субстрата, а с водородом воды. Субстрат окислялся в этих случаях остающимся гидроксилом воды. Однако основное значение А. Н. Бах придавал механизму активирования молекулярного кислорода при биологическом окислении. Работы А. Н. Баха по изучению биологического окисления внесли много ценного в понимание этой исключительно важной проблемы. [c.218]

Окисление первичных аминов в оксимы привлекло внимание исследователей в связи с проблемой получения циклогексаноноксима, а из него — капролактама и синтетического волокна капрон. Циклогексиламин удается окислить в оксим не молекулярным кислородом, а перекисными соединениями. Действием перекиси водорода в присутствии катализаторов (молибдаты или вольфра- [c.611]

Выяснение стереохимии и электронной структуры гем-кислородного комплекса в оксигенированной форме гемоглобина и миоглобина остается важной нерешенной проблемой химии гемопротеинов. Хотя наличие гидрофобного окружения гема, создаваемого главным образом боковыми цепями алифатических аминокислот гемового окружения [185], несомненно, существенно, как впервые предположил Ванг [184], необходимы количественные данные для объяснения экзотермичности образования кислородного комплекса гема и эндотермичности окисления его Ре(И)-катиона молекулярным кислородом [1861. Таким образом, значительная термодинамическая устойчивость оксигенированного комплекса [186] не получила объяснения на основе структурных данных. Поскольку в физиологических условиях оксигенированные производные участвуют в транспорте кислорода и запасании его в тканях и поскольку биологическая специфичность взаимодействия гем—кислород может определяться стереохимическими свойствами гем-кис-лородного комплекса, требуются дополнительные исследования для выяснения стереохимии лиганда и электронной структуры связи железо—кислород в гемоглобине и миоглобине. [c.75]

Изучение взаимодействия эластомеров с молекулярным кислородом, озоном и рядом других агрессивных соединений привело к решению важной проблемы защиты каучуков и резин при старении и утомлении (Е. Фармер, Дж. Шелтон, Н. М. Эмануэль, [c.12]

Изложенные в этой статье факты и соображения дают, мне кажется, возможность составить себе более или менее ясное представление о современном состоянии проблемы аутоксидации и активации молекулярного кислорода. [c.132]

После долгого периода мечтаний и дилетантских попыток и неудач достигнут решающий перелом в разработке весьма актуальной проблемы — прямого получения электрической энергии за счет химической энергии окисления водорода и некоторых органических соединений молекулярным кислородом. Это результат углубленного изучения кинетики каталитических процессов в этих необычных фазовых условиях и нахождения хороших катализаторов для раздельно протекающих катодных и анодных процессов. По-видимому, недалеко то время, когда на улицах и дорогах появятся первые электрохимические каталитические автомобили, не выделяющие выхлопных газов и обладающие исключительно высоким коэффициентом полезного действия. [c.4]

Изучению каталитических функций пероксидазы посвящены многие оригинальные исследования советских ученых. Значительное развитие получила эта проблема в работах Рубина и сотр. (1959, 1963, 1966, 1967, 1968). Авторами еще в 1959 г. был выделен из цитоплазмы клеток капусты фермент, который наряду с пероксидазной активностью обладал оксидазным действием он катализировал окисление молекулярным кислородом полифенола— флороглюцина. Вместе с тем в присутствии этого соединения и ионов Мп2+ пероксидаза капусты активно окисляла НАД-Н. [c.208]

Ключ к решению проблемы дает исследование спектра погло-П1,ения малой составляющей атмосферы — озона (О3). Анализ спектра, приведенного на фиг 25, показывает, что озон поглощает ультрафиолетовое излучение с той именно длиной волны, о которой мы все время ведем речь [151. Действительно, оказалось, что в нижних частях стратосферы имеется диффузный слой озона, наличие которого полностью объясняет поглощение солнечного излучения с длиной волны менее 3400 А. Общее количество О3 в этой озоносфере , установленное с помощью ракетных спектрографов, эквивалентно примерно 2 мм рт. ст. [12]. Как предполагают, озоновый экран образуется за счет молекулярного кислорода, присутствующего в верхних слоях стратосферы и в ионосфере, в результате его фотохимического превращения под действием [c.110]

Наиболее примитивную и древнюю группу энергетических процессов составляют процессы брожения, когда органическое вещество служит донором и конечным акцептором электронов, а молекулярный кислород в реакциях окислительной природы участия не принимает. Известны молочнокислое, спиртовое, пропионовокислое, маслянокислое и некоторые другие виды брожения, каждое из которых является специфической формой решения энергетической проблемы и осуществляется группой прокариот, характеризующихся определенными биосинтетическими способностями. Известны прокариотные организмы, получающие энергию за счет процессов неглубокого или полного окисления органического субстрата молекулярным кислородом. [c.96]

Образование молекулярного кислорода в возрастающих количествах сделало возможным протекание окислительных реакций в широких масштабах. Изменился характер атмосферы из восстановительной она стала окислительной. Последнее повлекло за собой существенные изменения в отношении донор-акцепторной проблемы. Если в условиях бескислородной атмосферы доминирующим было решение проблемы акцептора электронов, то в условиях кислородной атмосферы основной становится проблема донора электронов, поскольку с появлением молекулярного кислорода в атмосфере Земли образовался источник превосходного акцептора электронов. [c.293]

Интересная проблема — транспорт молекулярного кислорода по мембранам. Можно указать по крайней мере четыре обстоятельства, благоприятствующие транспорту Ог по внутренней мембране митохондрий. [c.206]

Значение этих исследований JBnTKona и его сотрудников для разрешения проблемы окисления индола и его производных в целом очень велико. Указанные работы полностью охватывают реакции с молекулярным кислородом пероксидазами, кислотой Каро, озоном и надкислотами. Изучение вопроса об окислении некоторых индолов хромовой кислотой [313] является важным дополнением в этой области. [c.51]

Однако окислительно-восстановительный потенциал системы вода — молекулярный кислород равен +820 мВ, из чего следует, что электронная вакансия , возникающая, например, в молекуле бактериохлорофилла реакционного центра зеленых серобактерий при нециклическом транспорте электронов, не может быть заполнена электроном воды (фотоокисленная форма бактериохлорофилла реакционного центра зеленых серобактерий — пигмента П84о — имеет окислительно-восстановительный потенциал порядка +250 мВ). Чтобы использование электронов воды стало возможным, необходимо, во-первых, их оторвать от молекулы Н2О, термодинамически очень невыгодного донора электронов, и, во-вторых, поднять на более высокий энергетический уровень, позволяющий включаться в фотосистему, описанную выше. Природа решила эти проблемы путем создания дополнительной пигментной системы, обозначаемой как фотосистема П. [c.287]

Особо остро стоит проблема защиты от молекулярного кислорода и его производных в клетках цианобактерий. Вероятно, именно они впервые в наибольшей степени ощутили последствия токсических эффектов кислорода. Супероксиддисмутаза найдена у всех цианобактерий. В клетках Ana ystis nidulans (Syne ho o us) Ре-супероксиддисмутаза, составляющая до 90 % от общего количества фермента, локализована в цитозоле клетки, а Мп-содержащая форма — в тилакоидах. Функция последней формы фермента сводится, вероятно, к перехвату ионов О2, возникающих в процессе фотосинтетического электронного транспорта. [c.336]

Основные научные работы посвящены изучению химизма ассимиляции углерода зелеными растениями, проблеме окислительных процессов в живой клетке, учению о ферментах. Дал (1893) объяснение химизма процесса ассимиляции углекислого газа хлорофильиыми растениями с образованием сахара, согласно которому в основе этого процесса лежит сопряженная окис-лительно-восстановительная реакция, происходящая за счет элементов воды. Показал, что источником выделяющегося при ассимиляции молекулярного кислорода являет- [c.41]

В таком кратком введении нельзя дать исчерпывающего списка гемопротеинов. По-видимому, аналогичные или близкие структуры имеют и другие ферменты, например некоторые оксидазы и так называемые цитохромы, однако они еще не так хорошо охарактеризованы и по взаимоотношению их с перекисью водорода проведено лишь небольшое число исследований. При описании структуры гемопротеинов нужно подчеркнуть возможность занятия перекисью водорода одного из координационных положений при центральном атоме группы протопорфирина железа. Как указывает Роулинсон [371], атом железа в этих гемопротеинах является центром активности протеиновая же и протопор-фирииовая части молекулы выполняют функцию приспосабливания железа к этой роли, часто весьма специфическим образом, в среде, где более простые производные железа были бы совершенно инертны или не специфичны. Именно это связывание перекиси водорода с железом способствует активации перекиси, делая ее чувствите.пьной к разложению или к реакции с другими молекулами. Проблема изучения механизма реакции перекиси водорода с ферментами сводится, таким образом, в значительной мере к выяснению природы и судьбы этих комплексов. Эти процессы можно сравнить с теми, которые происходят с другими веществами, присоединяющимися к ферментам, например с окисью углерода, и особенно с другими кислородными соединениями, родственными перекиси водорода,—молекулярным кислородом, гидроксильным ионом и водой. [c.351]

Прямой синтез а-окисей из ненасыщенных соединений и молекулярного кислорода дает хорошие результаты только для окиси этилена. Это объясняется тем, что при радикально-цепном окислении гомологов этилена атака направляется на аллильный атом углерода и получается смесь продуктов окисления, в которых а-окиси содержатся в небольших количествах (см. схему окисления олефинов на стр. 499). Косвенный метод эпоксидирования, состоящий из синтеза и последующего щелочного дегидрохлорирования хлоргидринов, связан с большим расходом хлора и щелочи. Эти причины обусловили усиленную разработку методов окислительного эпоксидирования ненасыщенных веществ, прежде всего для решения проблемы бесхлорного синтеза окиси пропилена и глицерина. [c.557]

Часть 2 посвящена основам катализа металлоферментами. Здесь сделана попытка уяснить, каким образом присутствие белков влияет на реакционную способность комплексов переходных металлов. На трех примерах детально рассматривается, как белок может влиять на термодинамику отдельных стадий процесса [например, на константу равновесия координационного связывания молекулярного кислорода с железом (П) в гемоглобине и мио-глобиие], на кинетику отдельных стадий (например, в реакциях железа, находящегося в составе пероксидазы и каталазы) и на термодинамику всего процесса в целом (как, например, при эндотермическом восстановлении молекулярного азота в гидразин за счет другой термодинамически выгодной реакции). Изложение не ограничено только железом и молибденом. Приведены данные об изо-меразных реакциях витамина В12. Несколько ранее в этой части отмечается, что кофактором, с которым координационно связывается молекулярный кислород, может быть не только железо-порфириновый комплекс, но и негемовое железо, медь и даже ванадий природа испробовала различные пути решения проблемы координационной химии — проблемы связывания кислорода. [c.9]

В качестве сырья для комбинированных окислительных процессов можно использовать как индивидуальные углеводороды, так и смеси органических веществ, ореагентами Могут служить соединения, содержащие азот, галогены, серу и другие гетероатомы. Исключительно важная роль принадлежит окислителю, функции которого эффективнее всего выполняет молекулярный кислород даже при синтезе бескислородных веществ степенью участия кислорода определяются и направление и глубина суммарной реакции. Выход и селективность образования проме ку-тОЧных и конечных продуктов в подавляющем- бoльщин tвe случаев зависят от активности и избирательности гетерогенного катализатора. Разработка эффективных приемов управления селективностью таких сложных процессов во многом предопределяется уровнем изученности их механизма, и хотя в ряде случаев здесь достигнуты большие успехи, в целом эта проблема остается наиболее актуальной. [c.5]

Интерес к этой системе отчасти возникает из-за способности oil (His) 2 образовывать оксигенированные производные, из которых можно снова получить молекулярный кислород [76, 107— 109], но эта проблема здесь обсуждаться не будет. Измерения контактных сдвигов в ПМР-спектрах растворов Со(II) — гистидин [c.184]

Так как образование недеятельного кислорода из атомов сопряжено с выделениед энергии, то обратный процесс, т. е. переход кислорода в деятельное состояние, может иметь место лишь при затрате энергии. В процессах быстрого с1 орания это активирование кислорода происходит за счет теплоты, первоначально доставленной извне, и идет дальше беспрепятственно под влиянием высокой температуры реакции. Напротив того, при мсдлениом сгорании первоначальная энергия, необходимая для выведения кислорода из его недеятельного состояния, может быть доставлена лишь самими окисляющимися веществами. Другими словами, вещества, окисляющиеся при обыкновенной температуре, обладают способностью активировать свободный, молекулярный кислород. Мы подходим тут к узловому пункту проблемы дыхания к механизму активирования кислорода. История развития наших знаний по этому вопросу является очень поучительной, и для лучшего понимания современных взглядов я считаю нужным сделать очень краткий обзор следовавших одна за другой теорий активирования кислорода. [c.52]

Механизму окисления в живой природе посвящено огромное число работ. Так возникла проблема механизма окисления органических веществ в живом организме или проблема биологического окисления. Окисление веществ может осуществляться путем присоединения кислорода к субстрату, потери или отнятия от субстрата водорода, отдачи субстратом электрона. В живых клетках встречаются все перечисленные типы окислительных реакций, катализируемые соответствующими ферментами. В настояще время под окислением стали понимать все химические реакции, при которых происходит отдача электронов, сопровождающаяся увеличением положительных валентностей, но одновременно с окислением одного вещества должно происходить и восстановление, т. е. присоединение электронов к другому веществу. Исходя из этих представлений, следует иметь в виду, что если прямое присоединение кислорода к какому-либо веществу не сопровождается переброской электронов с тех или иных атомов окисляемого вещества иа молекулу кислорода, то эту реакцию нельзя рассматривать как окисление. Например, молекулярный кислород легко присоединяется к железу гемоглобина и образует оксигемоглобин (НЬОг). Последний не так стоек и при изменении парциального давления легко диссоциирует на кислород и гемоглобин. Кислород при этом отщепляется, а валентность железа не изменяется оно остается двухвалентным как в гемоглобине, так и в оксигемоглобине. Следовательно, окислительно-восстановительная реакция возможна в том слу- [c.355]

Важной проблемой при проведении реакций присоединения бромистого водорода является выбор условий, благоприятствующих или полярному, или радикальному процессу. Первому благоприятствуют слабоосновные полярные растворители, или, если реакция проводится в неполярном растворителе, опа, по-видимому, имеет высокий порядок но галоидоводородной кислоте [И, 12], в связи с чем желательны высокие концентрации последней. Кроме того, чтобы подавить радикальный процесс, следует соблюдать разумные предосторожности избежать присутствия воздуха, использовать реагенты, свободные от перекисей, и добавлять ингибитор. В качестве ингибитора часто применяли гидрохинон, катехол, дифениламин и тиофенол. Их действие, вероятно, в значительной степени сводится к подавлению образования перекиси за счет процесса автоокислепия, катализированного НВг (раздел 38, в). Несмотря на то что радикальное присоедипение, по-видимому, идет в любом растворителе, который фактически не мешает расзгространеппю радикальной цени, неполярные растворители, вероятно, благоприятствуют радикальному процессу, поскольку они уменьшают конкуренцию реакции нормального присоедипепия. В ранних работах в качестве инициаторов, как правило, использовались случайные перекиси, аскарпдол или молекулярный кислород. Предполагали [4], что кислород действует по следующему механизму [c.236]

В последнее время для определения содержания микропримесей получили распространение спектральные методы анализа, обладающие высокой селективностью, а в ряде случаев, и высокой чувствительностью [3]. Среди многообразия спектральных методов, изучающих молекулярный магнетизм веществ, метод электронного парамагнитного резонанса ЭПР имеет наивысшую чувствительность. Однако использование этого метода в каждом конкретном случае для измерения концентраций магнитных молекул требует детального рассмотрения. Ниже обсуждаются проблемы анализа кислорода в газовых смесях методом ЭПР. [c.49]

Основные положения Юрп сводятся к следующему поскольку водород, несомненно, является самым распространенным элементом в космосе (табл. 7), газовая фаза плаиетезималей, а также примитивной атмосферы полностью сфор.мированной Зе.млн содержала избыток молекулярного водорода. Поэтому если достигалось равновесие, то углерод, азот и кислород должны были восстанавливаться до СН4, МНд и Н О. Молекулярный водород, вероятно, рассеялся в межпланетном пространстве до того, как образовалась Земля ведь, как мы знаем, иа протяжении гипотетической планетезималыюй стадии происходила потеря гораздо более тяжелых газов, таких, как Ме, Хе н Кг. Однако, но оценке Юри, давление водорода на конечной стадии консолидации земной массы составляло но крайней мере 10 атм (в настоящее время 10 атм) [171. Это свое заключение Юри обосновывает целым комплексом данных, в том числе данными о скорости потери На в верхних слоях современной атмосферы, об общем количестве Н2, утерянного на протяжении геологического времени (исходя из парциального давления молекулярного кислорода в настоящее время, причем принимается, что весь этот кислород первоначально находился в виде Н2О), и о состоянии окио/чения С, N и Ре в настоящее время. На вопрос о том, как долго могло существовать такое давление водорода, дать ответ крайне трудно, и это вносит большую долю неопределенности в наши рассуждения о длительности процесса эволюции атмосферы [91. Позже мы еще вернемся к этой фундаментальной проблеме.. [c.120]

В настоящее время в результате изучения чистых культур стало ясно, что способность к азотфиксации широко распространена среди цианобактерий. Вегетативные клетки многих изученных культур обнаруживают нитрогеназную активность в анаэробных и микроаэробных условиях. Только для единичных культур, например представителей рода Gloeothe e, показана способность вегетативных клеток к азотфиксации в аэробных условиях. В целом же проблема фиксации N2 в аэробных условиях значительной частью цианобактерий решена путем сформирования дифференцированных клеток определенного типа — гетероцист, в которых чувствительный к молекулярному кислороду аппарат фиксации молекулярного азота отделен от Ог-выделяющего фотосинтетического аппарата с помощью определенных ультраструктурных и биохимических перестроек. Таким образом, способность подавляющего большинства цианобактерий к азотфиксации в аэробных условиях связана с гетероцистами. [c.281]

Особо остро стоит проблема защиты от молекулярного кислорода и его производных в клетках фотосинтезирующих прокариот, выделяющих Ог, — цианобактерий. Вероятно, именно они впервые в наибольшей степени ощутили последствия токсических эффектов кислорода. Супероксиддисмутаза найдена в клетках всех изученных к настоящему времени цианобактерий. Более детальное изучение, проведенное у А. nidulans (Syne ho o us), обнаружило в клетках две формы фермента, содержащие атомы Fe и Мп. Fe-супероксиддисмутаза, составляющая до 90% от общего количества фермента, локализована в цитозоле клетки, а Мп-содержащая форма — в тилакоидах. Функция последней формы фермента сводится, вероятно, к перехвату ионов 0 , возникающих в результате автоокисления первичного акцептора электронов I фотосистемы. [c.301]

Как уже отмечено, использование молекулярного кислорода как самого дешевого и экологически чистого окислителя представляется весьма перспективным для создания высокоселективных процессов окисления органических соединений и, в том числе, олефинов. Однако, радикально-цепные процессы окисления олефинов молекулярным кислородом приводят (за редким исключением, например, при окислении норборнена [50]) к образованию большого числа различных кислородсодержащих продуктов — эпоксидов, спиртов, кетонов, кислот. В связи с этим проблемы поиска и исследования каталитических систем, обеспечивающих высокую селективность образования целевых продуктов, в частности эпоксидов, привлекают внимание многочисленных исследователей. Наибольший интерес с этой точки зрения представляет использование монооксигеназ и их химических моделей, а также некоторых кислородсодержащих комплексов металлов переменной валентности, в присутствии которых эпоксидирование молекулярным кислородом протекает в мягких условиях по нерадикальному механизму [7]. [c.30]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология