Биология в 3 томах. Tом 3 - Тейлор Д.
ISBN 5-03-003687-3
Скачать (прямая ссылка):
Низкий pH
HPO42- + H+ , H2PO4-
Гидрофосфат Высокий pH Дигидрофосфат
Некоторые органические соединения, в частности белки, способны действовать как буферы; это их качество особенно важно для крови.
П. 1.2. Окисление и восстановление
Все биологические процессы связаны с потреблением энергии, поэтому биологам приходится изучать различные реакции, способные служить источником этой энергии. Реакции, при которых энергия высвобождается, называются экзотермическими или экзергоническими, а реакции, в которых энергия расходуется, называются эндотермическими или эндергоническими. Процессы синтеза (анаболические процессы) принадлежат к эндерго-ническим (примером может служить фотосинтез), а процессы распада (катаболические процессы) — к экзер-гоническим (примером может служить дыхание). Совокупность катаболических и анаболических реакций, протекающих в клетке в любой данный момент, составляет ее метаболизм.
Большую часть необходимой энергии клетка получает за счет окисления питательных веществ в процессе дыхания. Окисление определяют как утрату электронов. Противоположный процесс — присоединение электронов — называется восстановлением. Эти два процесса
БОТАНИКА
ММА им. И.М. Сеченова
Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. БИОЛОГИЯ, т. 3
370
Приложения
всегда происходят одновременно: электроны передаются от донора электронов, который таким образом окисляется, к акцептору электронов, который при этом восстанавливается. Реакции этого типа называются окислительно-восстановительными реакциями; в химических процессах, протекающих в биологических системах, они весьма распространены. Существует несколько различных механизмов окисления и восстановления; с ними мы и ознакомимся в последующих разделах.
П. 1.2. 1. Окисление
Окисление данного вещества может происходить непосредственно путем присоединения кислорода к этому веществу, и тогда эту реакцию так и называют — окислением:
Л + O2 — AO2
Цитохромы, в состав которых входит железо, функционируют в митохондриях, перенося электроны (поступающие от водородных атомов, разделившихся на ионы водорода и электроны) вдоль электронтранспортной цепи. Здесь электроны передаются от менее электроотрицательных атомов к более электроотрицательным. Продукты таких реакций обладают меньшей потенциальной энергией, чем исходные вещества, и количество энергии, соответствующее этой разности, выделяется и используется в той или иной форме. В конце электронтранспортной цепи стоит цитохром, содержащий помимо железа еще и медь, которая непосредственно передает электроны на атмосферный кислород, окисляясь при этом:
2Cu+ - 2с-2H+ + 2е- +
O2
- 2Cu^+ H2O
2H++ 2Cu++ 5 O2?=* Cu2+ + H7O
Однако самой распространенной формой биологического окисления является отнятие водорода (дегидрирование):
ли d ДегиДрирование
АН2 + В Дегидрогеназа" Л + #Н2
В данном случае А окислилось, а В восстановилось.
В клетке содержится целый ряд веществ, называемых переносчиками водорода, которые действуют как В в приведенном выше примере. Всякое дегидрирование катализируется специфической дегидрогеназой. Переносчики водорода располагаются в определенной последовательности — таким образом, что уровень их потенциальной энергии (разд. П. 1.6.2) снижается от одного конца ряда (того, на котором в процесс включается водород) к другому его концу. Сказанное означает, что всякий раз, когда водородные атомы передаются от одного переносчика к другому, обладающему меньшей потенциальной энергией, этот переход сопровождается высвобождением небольшого количества энергии. В определенных случаях эта энергия может запасаться в виде АТФ.
В некоторых реакциях каждый атом водорода (его можно рассматривать как ион водорода, или протон, H+, плюс один отрицательно заряженный электрон, er) передается не в виде единого целого. Такой процесс включает только перенос электронов. Например:
2FeCl2+ Cl2
Хлорид железа (II)
2FeCl3
Хлорид железа (III)
Ионы железа(И) окисляются до железа(Ш) в результате утраты электронов, по одному на каждый ион:
Fe
Восстановл.
Fe* + Є
Окисл.
Электроны переносятся на молекулу хлора, которая в результате этого восстанавливается, превращаясь в два хлорид-иона. Так что полное ионное уравнение имеет вид
2Fe24 + Cl2
Восстановл. Окисл.
2Fe3+
Окисл.
+ 2СГ
Восстановл.
П. 1.2.2. Восстановление
Восстановление имеет место тогда, когда от какого-нибудь вещества отщепляется молекулярный кислород, когда к веществу присоединяются атомы водорода или когда вещество присоединяет электроны.
П. 1.3. Изотопы
Атомы некоторых элементов существуют в нескольких формах. Эти разные формы атома называются его изотопами (от греч. isos — одинаковый; topos — место, т. е. занимающие одно и то же место в периодической системе элементов). Все изотопы данного элемента имеют одинаковое число протонов и электронов (один и тот же атомный номер), а значит, и одинаковые химические свойства; различаются же они по числу нейтронов в их ядрах, т. е. имеют разные атомные массы. Для того чтобы изотопы можно было различать, к символу элемента добавляется массовое число; в природе встречаются, например, три изотопа кислорода: 16O, 17O и 18O. Один из изотопов присутствует обычно в большем количестве, чем другие; для кислорода, в частности, соотношение его изотопов — 16O : 17O : 18O - равно 99,759% : 0,037% : 0,204%.
