CATEGORII DOCUMENTE |
Alimentatie nutritie | Asistenta sociala | Cosmetica frumusete | Logopedie | Retete culinare | Sport |
PROCESE REDOX IN ORGANISMUL UMAN
1). Ce sunt reactiile redox ?
Reactii de oxidare-reducere sau redox: reactii prin care se combina substante
chimice care atrag electroni (despre acestea se spune ca sunt reduse) cu
substante chimice care cedeaza usor electroni (se spune despre aceste substante
ca oxideaza). Un exemplu tipic: sodiul este oxidat de
sulf:
Doi atomi de sodiu, fiecare avand un unic electron de valenta slab atras de catre nucleu, cedeaza electronul de pe stratul exterior pentru a completa stratul exterior al unui atom de sulf. Fiecare atom de sodiu este ulterior oxidat, rezultand ioni pozitivi Na+, in timp ce atomul de sulf este redus la un ion negativ S2-. Acesti ioni cu sarcini electrice opuse se combina, rezultand o molecula de sulfat de sodiu.
2). Reactii redox in bioenergetica:
Mecanismele de transfer ale energiei in celulele sunt componente ale cailor
metabolice ale celulelor ce pot fi impartite in
anabolice sau sinteza si catabolice sau de descompunere. Reactiile anabolice
implica o crestere in structura biologica, iar cea de-a doua lege a
termodinamicii are o crestere in entropia sistemului, este
nevoie de energie. In contrast, reactiile catabolice implica o crestere a entropiei si o eliberare de energie.
Prin urmare este posibila directa legare a reactiilor
anabolice si catabolice in organism. Atata timp cat energia eliberata prin
catabolism este mai mare ca cea consumata prin
anabolism, cea de-a doua lege este indeplinita. Dar in majoritatea reactiilor
biologice cele doua aspecte (anabolismul si catabolismul) nu sunt legate direct
si in loc de energie multa este utilizata cea
intermediara. Deci caile catabiloce genereaza metaboliti (amino-acizi, acizi
grasi-glucoza-zahar) si energii mari intermediare ce
sunt cu totii folositi in anabolism. Energia compusilor
fosfati si energia transferului electronilor sunt doua forme de mare energie
intermediara generata de reactiile catabolice.
O forma de energie intermediara puternica comuna in metabolism este potentialul de transfer al electronilor sau potentialul
de reducere al compusilor. Potentialul de reducere este reprezentat cu E0 ; potential de transfer al electronilor este o masura a
afinitatii compusilor pentru electroni. Un potential
de reducere negativ inseamna o mai mica afinitate a compusului pentru electroni
si acestia sunt transferati de la compusii cu afinitate mica la cei cu
afinitate mai pronuntata.
Sunt mai multi termeni importanti ce vor fi frecvent
folositi pentru a ne referi la transferul de electroni. Un
compus organic reduc sau reducator are electroni (i) liberi pentru transfer,
deci poate fi considerat un agent reducator. Un agent
organic oxidat sau oxidant poate accepta electroni (i), deci este un agent
oxidant.
Oxidarea se refera la cedarea de electroni: Fe(2+)
Fe(3+) +e- reducerea se refera la acceptarea de electroni: Fe(3+) +e- Fe(2+).
Dupa definitie numai un compus redus poate fi oxidat
si numai unul oxidat poate fi redus. In reactiile biologice nu exista surse sau
scaderi electronice; prin urmare cand un compus este
redus, altul trebuie sa fie oxidat. Reactiile ce
implica transfer de electroni in perechi sunt reactii redox.
Prin definitie, reactia de reducere a 2H(+) + 2e- H2
la 1 M si 25 C are potentialul standard E = 0mV. Din acest motiv electrodul de
H2 este folosit pentru a masura potentialele
diferitelor celule galvanice.
Electroni pot sa circule intre cele doua celule galvanice prin intermediul
puntii de sare (K,NaNO3, etc.) si daca proba A are o mica afinitate pentru e
decat H2, e vor circula de la proba de referinta, iar un voltmetru va indica
potentialul de reducere a probei A ca fiind negativ (E0<0 mV). Invers, daca
proba A are o mai mare afinitate pentru e decat H, e vor circula de la H2 de
referinta la proba, iar in acest caz E0>0mV. Asadar un
potential standard redox pozitiv inseamna o mai mare afinitate pentru e ce
trebuie sa circule de la afinitate mica la una mare ceea ce reprezinta o
crestere a entropiei.
Intr-o pereche redox transferul de electroni are loc de la un
reducator cu afinitate mica pentr e- la un oxidant cu o afinitate mai mare.
Diferenta de energie este eliberata si disponibila
spre a fi folosita. Energia libera a unui sistem redox se calculeaza prin
Δb=nFΔE .
Nota ΔE este diferenta in potentialul de reducere
al reactiei de oxidare din reactia de reduce, n este nr. de
e- transferati si F este
Similar cu orice alta reactie chimica, valoarea G a
unei celule depinde de concentratia relativa a produsilor si reactantilor.
Depinzand de moleculele organice, transferul de e- poate sa
nu fie insotit si de transfer de p+. O reactie oxidanta insotita de inlaturarea
p+ este catalizata de enzime numite dehidrogenoase.
Cele mai intalnite coenzime in celule sunt NAD+ si FAD.
NAD+ exista in celule intr-o stare fosforica ca NADP+ ce
este similara cu potentialul de reducere. Totusi, cele doua transferuri de e-
ale compusilor sunt recunoscute de enzime diferite, ele fiind folosite pentru cai metabolice diferite. In general NAD este
folosit in reactii catabolice, pe cand NADP+ este folosit in rectii anabolice.
Transformarea NAD+ in NADH: NAD++ 2e-+H- →NADH
Notatii
NADH=nicotinamide ademine dinucleotide
ATP=adenozine trifosfate
3). Respiratia celulara
1. INTRODUCERE
Respiratia celulara este un proces prin care celulele produc energia necesara
pentru a supravietui. In respiratia celulara, celulele folosesc oxigen pentru a
descompune glucoza si pentru a ii retine energia in molecule de adenozintrifosfat(ATP).Respiratia celulara este esentiala
pentru supravietuirea celor mai multe organisme intrucat energia continuta in
glucoza nu poate fi folosita in celule fara a fi stocata in ATP.
Cele doua componente esentiale ale respiratiei sunt
oxigenul si glucoza Animalele obtin glucoza mancand plante.
Respiratia celulara transfera cam 40% din energia glucozei in
ATP. Restul energiei din glucoza este eliberat
sub forma de caldura, pe care omul o foloseste pentru a-si mentine temperatura
corporala. Respiratia celulara este uimitor de eficienta comparata cu alte
procese de conversie a energiei, ca arderea benzinei, la care doar 25% din
energie este utilizata.
2. CUM FUNCTIONEAZA RESPIRATIA CELULARA
Procesul respiratiei celulare apare in patru stadii: glicoliza; stadiul de
tranzitie; ciclul Krebs; si lantul de transport al electronilor.
Glicoliza In organismul animalelor se produce un
proces asemanator fermentatiilor monohazaridelor, si anume fermentatia
monozaharidelor pana la acid lactic. Acest proces este
cunoscut sub numele, de glicoliza. Spre deosebire de fermentatia alcoolica, la
care punctul de plecare este glucoza, in cazul glicolizei, glicogenul, o
polizaharida continuta in muschiul animal, este transformat in eteri fosforici
printr-o reactie de tipul
glicogen + H3 PO4 fosfat de glucoza
Transformarea glicogenului in acid lactic este un
proces exoterm; el da energia necesara producerii travaliului muscular.
Procesul este reversibil: o parte din acidul lactic
sintetizeaza din nou glicogenul, proces care este endoterm. Reformarea
glicogenului se face in muschi, dar mai ales in ficat, unde acidul lactic este adus de sange.
In glicoliza, glucoza este descompusa cu ajutorul
enzimelor si altor molecule ce se afla in citoplasma. Enzimele unesc doua
grupuri fosfat la glucoza pentru a-I mari
reactivitatea. Un grup fosfat are formula P04. O alta enzima imparte glucoza in doua pentru a forma doua
grupuri de trei atomi de carbon, fiecare cu cate o molecula de fosfat.
In urmatorul pas, o enzima indeparteaza un atom de
hidrogen si doi electronidin fiecare molecula. Atomii sunt
transformati in ioni de hidrogen. Un ion si doi
electroni sunt transferati la nicotinamid adenin dinucleotid (NAD+) pentru a
forma doua molecule de NADH.
In fazele finale ale glicolizei, doi atomi de hidrogen sunt inlaturati din
fiecare grup cu trei atomi de carbon si se leaga de atomii de Oxigen liber din
citoplasma, rezultand apa. La urmatorul pas al
respiratie celulare, sub actiunea unei enzime, grupul PO4 este eliberat din
grupul cu 3 atomi de carbon si se combina cu o molecula de ADP. Asadar ADP este compus din grupul din 3 atomi de carbon si restul a
doua grupuri fosfat. Prin adaugarea unui al treilea grup
fosfat se obtine ATP. Aici se obtin doua molecule ATP.
In momentul in care consumul de energie al moleculei creste, o alta enzima inlatura al treilea grup fosfat, eliberand
energie ce alimenteaza celula. Simultan ATP devine ADP care poate fi folosit
din nou in respiratia celulara pentru a produce mai mult ATP.
Cand cele doua grupuri cu 3 atomi de carbon sunt separate de grupurile fosfat,
sunt transformate in doua molecule piruvat C3O3H3 . La
incheierea glicolizei au aparut produse necesare in etapele ulterioare ale
respiratiei celulare: doua molecule de NADH si doua molecule de piruvat. Cele
doua molecule de ATP aparute in cursul glicolizei sunt folosite pentru reactii
celulare ce necesita energie.
Faza de tranzitie Moleculele de piruvat se muta din citoplasma in structuri
specializate ale celulei numite mitocondrii unde au loc celelalte faze ale respiratiei celulare. Fiecare mitocondrie este acoperita cu o membrana care este infasurata de multe
ori. Aceasta membrana intinsa este acoperita cu sute
de mii de enzime care dirijeaza respratia celulara. Numeroasele enzime permit
ca o mare cantitate de ATP sa fie podusa simultan
intr-o mitocondrie. Faza de tranzitie reprezinta un
scurt pasaj biochimic intre glicoliza si ciclul Krebs. In
aceasta scurta faza enzimele transfera ioni de hidrogen si electroni din cele
doua molecule de piruvat la doua molecule NAD+ pentru a forma inca doua
molecule NADH.
O alta enzima inlatura CO2 din fiecare molecula de
piruvat. Acest dioxid de carbon, un prim deseu al
respiratiei celulare, este difuzat in afara celulei. In urma
acestor reactii, fiecare molecula de piruvat se transforma intr-un grup acetil.
Cele doua molecule acetil impreuna cu doua molecule de coenzima A intra in asa numitul ciclu al lui Krebs.
Ciclul Krebs Serie de reactii chimice produse in celule al caror rezultat final
este descompunerea moleculelor din hrana in energie,
apa si dioxid de carbon. Se manifesta la toate animalele, la
plantele superioare si in cele mai multe bacterii. In organismele ale
caror celule au nucleu, ciclul are loc in mitocondrii, structura deseori numita
uzina energetica a celulei.
Inainte ca hrana sa intre in ciclul acidului citric,
ea este sfaramata in grupuri acetil CH3CO. La initierea ciclului, fiecare grup
acetil se combina cu o molecula de oxaloacetat, rezultand acid citric C3H4OH.
In celelalte faze ale ciclului, molecula de acid citric pierde doi dintre
atomii sai de carbon, eliminati sub forma de CO2. Se elibereaza de asemenea
patru electroni, care circula in celula de-a lungul unei serii de molecule
purtatoare, aparand o molecula bogata in energie numita adenosintrifosforic
(ATP), inainte de a se combina cu oxigenul si a forma apa. Un
alt produs al ciclului este o alta molecula purtatoare de energie, numita
guanosintrifosfat (GTP). Moleculele de ATP si GTP sunt
utilizate pentru procesele consumatoare de energie ale celulei. O alta molecula energizata, creatinfosfatul, este folosita
pentru a furniza energie suplimentara celulelor musculare si nervoase. La
incheierea ciclului, molecula de oxaloacetat este
regenerata. Aceasta molecula se poate combina cu un
alt grup acetil pentru a initia inca un ciclu de reactii care produce mai multa
energie pentru acoperirea nevoilor organismului.
In ciclul lui Krebs se consuma apa si se elimina CO2
si H. Dioxidul de carbon format se elimina la respiratie, hidrogenul format
este oxidat enzimatic printr-un proces insotit de eliberarea unei cantitati
mari de energie.
Intre ciclul acidului citric si metabolismul proteinelor
exista o interdependenta. De asemenea, exista o
stransa legatura intre ciclul Krebs si ciclul acizilor grasi. Prin
urmare, ciclul acidului citric are o deosebita importanta pentru sinteza si
degradarea hidratilor de carbon, a grasimilor si proteinelor din organism.
Lantul de transport al electronilor. Reactiile lantului de transport al electronilor apar in cateva molecule apropiate din membrana mitocondriala. Actionand ca agenti de transport, moleculele de NADH si FADH2 isi depun incarcatura de electroni si ioni de hidrogen langa moleculele ce formeaza lantul. Prima molecula din lant atrage electronii, dar urmatoarea molecula are o atractie mai puternica si ii atrage catre ea. Electronii trec de-a lungul lantului pana gasesc O2, aflat in ultima molecula din lant. Oxigenul are cea mai mare afinitate pentru electroni din lant si de aceea el retine electronii, care sunt insotiti de ionii de hidrogen. Combinatia de electroni, ioni de hidrogen si oxigen formeaza apa, utilizata de celula in alte reactii. Dupa ce NADH si FADH2 cedeaza electronii si ionii de hidrogen, ele sunt convertite la NAD+ si FAD2+, ceea ce ofera celulei o resursa stabila de astfel de molecule pentru a realiza respiratia celulara.
Pe masura ce electronii avanseaza pe lantul de
transport, ei elibereaza energie care este utilizata de o enzima pentru a sintetiza
ATP din ADP si grupuri de fosfati din mitocondrie. In cele
mai multe celule, lantul produce 32 molecule de ATP. Impreuna cu cele
doua molecule ATP produse in cursul glicolizei si cele patru molecule generate
in ciclul lui Krebs, rezulta 38 molecule de ATP pentru fiecare molecula de
glucoza procesata.
Milioane de molecule de ATP sunt sintetizate in fiecare
secunda. Unele dintre ele raman in celula pentru a-i
oferi energia necesara, dar majoritatea se deplaseaza in citoplasma, unde sunt
folosite la activitatea celulara. Se estimeaza ca o
singura celula din creierul uman foloseste 10 milioane de molecule de ATP in
fiecare secunda.
Cu toate ca glucoza este principala sursa pentru
sintetizarea ATP, celulele pot produce ATP pornind si de la alte molecule. Respiratia
celulara este in legatura cu alte sisteme metabolice
care pot ceda respiratiei celulare molecule in diferite momente ale ciclului.
Abilitatea de a utiliza molecule alternative pastreaza
activa productia de ATP chiar daca se epuizeaza glucoza.
4). Monozaharide
Monozaharidele pot fi considerate produse de oxidare a unor alcooli
polihidroxilici.Dupa cum a fost oxidata o grupa de alcool primar sau de alcool
secundar rexzulta o grupa aldehidica sau o grupa cetonica adica
hidroxi-aldehide sau hidroxi-cetone.Ca urmare se deosebesc monozaharide cu
grupa aldehidica , numite aldoze, si monozaharidecu
grupa cetonica , numite cetoze.
Dupa numarul de atomi de carbon din molecula, monozaharidele se impart in
bioze, trioze, tetroze, pentoze, hexoze, heptoze, etc.
Monozaharidele sunt foarte raspandite in natura, atat in
stare libera, cat si in forma combinata. Produsele
naturale -fructele- contin cantitati importante de glucoza, fructoza, etc.
Zaharul , amidonul, celuloza, sunt produse de
condensare a monozaharidelor, din care acestea se pot obtine prin hidroliza. Glicozidele, foarte raspandite substante, de exemplu alcooli si
fenoli. O clasa de derivati ai monozaharidelor sunt substantele tanante
din categoria galotaninurilor.
Toate monozaharidele sunt substante neutre, cristaline, solubile in apa, mai greu solubile in alcool si insolubile in eter,
cloroform etc. Ele au gust dulce; exista insa monozaharide
fara gust sau cu gust amarui. Solutiile
monozaharidelor naturale prezinta activitate optica. O
Prin incalzire, monozaharidele se caramelizeazasi apoi se
carbonizeaza.
In organismele vii au loc variate reactii in urma carora din substante cu
molecule mai simple rezulta substante cu molecule mai complicate sunt transformate
in substante cu molecule mai simple.
Monozaharide mai importante:
Triozele nu se gasesc libere in natura. Mai
importante sunt glicerinaldehida si dihidroxiacetona .
Glicerin aldehida se prepara cu greutate. In forma racemica se poate obtine prin oxidarea moderata a
glicerinei, insa in amestec cu alti compusi. Racemicul este o substanta cu gust dulce, cristalizata acicular care
dimerizeaza usor. Glicerinaldehida racemica se paote scinda in enantiomeri,
substante siropoase, care se dimeriziaza de asemenea cu usurinta.
Dihidroxiacetona se poate obtine din glicerina prin oxidare
cu brom sau pe cale fermentativa. Este o substanta cu gust dulce,
cristalina, care se topeste la 72C. In stare solida este
dimerizata, ca si glicerinaldehida. In solutie da toate
reactiile caracteristice grupei carboxil.
Tetrozele sunt mai putin importante; ele nu se intalnesc in natura, ci rezulta prin reactii de degradare a pentozelor.
Pentozele se gasesc in natura sub forma unor polizaharide, pentozanii. Acestia apar in regnul vegetal in lemn, in paie , in coji de seminte,etc. prin hidroliza dau pentoze. De asemenea, se cunosc glicozide in a caror structura se gasesc pentoze. Exista patru perechi de stereoizomeri ai aldo-pentozelor, cum si doua perechi de stereoizomeri ai cetopentozelor. Dintre stereoizomerii aldo-pentozelor sunt mai importanti: L (+)-arabinoza, D(+)-xiloza si D (-)-riboza.
Hexozele sunt foarte raspandite in natura, mai putin in stare libera, mai mult sub forma de polizaharide si glicozide. Dintre hexoze, cele mai importante sunt : D (+)-glucoza, D (+)-manoza, D (+)-galactoza si D (-)-fructoza.
D (+)-Glucoza, sau zaharul de struguri, este foarte
raspandita in regnul vegetal, fie ca atare in sucul de fructe dulci sau in
flori, fie sub forma de dizaharide (lactoza, zaharoza, maltoza, celobioza) sau
polizaharide (amidon si celuloza). De asemenea se gaseste in
stare combinata, sub forma de glicozide. In cantitati mici se mai
gaseste in sange limfa, urina, etc. ( La bolnavii de
diabet cantitatea de glucoza din urina si sange este marita).
Glucoza se obtine prin hidroliza a oligo- si
polizaharidelor, cum si a glicozidelor. Industrial se prepare din amidon, pri
hidroliza cu acid clorhidric diluat, sub presiune mica, 2 atm.
In forma stabila, glucoza are structura piranozica, si anume este
o alfa-piranoza. Din solutie apoasa cristalizeaza in mod obisnuit in forma alfa
cu o molecula de apa. In stare anhidra se topeste la
146C.
Prin oxidare, D-glucoza trece intai in acid D-gluconic, apoi
in acid D-zaharic; prin reducere trece in alcoolul hexahidroxilic D-sorbitol.
Prin fermentarea glucozei cu drojdie de bere se btin ca
produse principale bioxid de carbon si etanol.
Glucoza este intrebuintata ca inlocuitor de zahar in
cofetarie si la prepararea lichiorurilor. Avand proprietati reducatoare, este folosita la fabricarea oglinzilor. De
asemenea, se mai utilizeaza in industria textila (vopsitorie, imprimerie si ca
apret).
D (-)-fructoza este cea mai importanta ceto-hexoza.
Ea se gaseste alaturi de glucoza in fructe dulci si miere.
De asemenea, impreuna cu glucoza intra in compozitia
dizaharidei zaharoza. In aceste combinatii, fructoza
se gaseste sub forma furanozica; in stare libera se gaseste insa sub forma
piranozica.
Fructoza se obtine, odata cu glucoza, prin hidroliza
zaharozeisau prin hidroliza inulinei. Se topeste la 103 C si este solubila in apa. Ea este
puternic levogira, desi apartine seriei D. De aceea inainte se numea levuloza.
Prin reducerea fructozei se obtin doi hexitoli :
D-manitol si D-sorbitol.
Heptozele sunt mai putin importante. In natura exista doua heptoze, si anume doua ceto-heptoze. Aldo-heptoze au fost obtinute pe cale de sinteza pornind de la hexoze.
Politica de confidentialitate | Termeni si conditii de utilizare |
Vizualizari: 2886
Importanta:
Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2024 . All rights reserved