जैविक ऑक्सीकरण। ऑक्सीकरण-कमी प्रतिक्रियाएं: उदाहरण

ऊर्जा के बिना, नहीं हैएक जीवित होने का। आखिरकार, हर रासायनिक प्रतिक्रिया, किसी भी प्रक्रिया की उपस्थिति की आवश्यकता होती है। किसी भी व्यक्ति को समझने और महसूस करना आसान है। यदि पूरा दिन नहीं खाता है, तो शाम तक, और शायद पहले, बढ़ी थकान, सुस्ती, और ताकत के लक्षणों में काफी कमी आएगी।

विभिन्न जीवों को ऊर्जा प्राप्त करने के लिए कैसे अनुकूलित किया गया? यह कहां से आता है और सेल के अंदर कौन सी प्रक्रियाएं होती हैं? आइए इस आलेख को समझने की कोशिश करें।

जीवों द्वारा ऊर्जा उत्पादन

प्राणी द्वारा जिस तरह से ऊर्जा का उपभोग किया जाता है,ओवीआर (ऑक्सीकरण-कमी प्रतिक्रियाएं) हमेशा आधार पर झूठ बोलती हैं। उदाहरण अलग दिए जा सकते हैं। प्रकाश संश्लेषण का समीकरण, जो हरी पौधों और कुछ बैक्टीरिया से किया जाता है, भी ओवीआर होता है। स्वाभाविक रूप से, किस तरह के रहने का मतलब है, इस पर निर्भर करता है कि प्रक्रियाएं अलग-अलग होंगी।

तो, सभी जानवर हेटरोट्रॉप्स हैं। यही वह जीव है जो स्वतंत्र रूप से तैयार किए गए जैविक यौगिकों को उनके आगे विभाजन और रासायनिक बंधनों की ऊर्जा को मुक्त करने के लिए तैयार करने में असमर्थ हैं।

इसके विपरीत, पौधे सबसे शक्तिशाली हैंहमारे ग्रह पर कार्बनिक पदार्थ के निर्माता। वे प्रकाश संश्लेषण नामक जटिल और महत्वपूर्ण प्रक्रिया कर रहे हैं, जिसमें एक विशेष पदार्थ - क्लोरोफिल की क्रिया के तहत पानी से ग्लूकोज के गठन में कार्बन डाइऑक्साइड होता है। एक उप-उत्पाद ऑक्सीजन है, जो सभी एरोबिक जीवित प्राणियों के लिए जीवन का स्रोत है।

ऑक्सीकरण-कमी प्रतिक्रियाएं, जिनमें से उदाहरण इस प्रक्रिया को चित्रित करते हैं:

• 6CO₂ + 6 एच₂ओ = क्लोरोफिल = सी₆एच₁₀हे₆ + 6 ओ₂ ;

या

• कार्बन डाइऑक्साइड + वर्णक क्लोरोफिल (एंजाइम प्रतिक्रिया) के प्रभाव में हाइड्रोजन ऑक्साइड + = मोनोसैकराइड मुक्त आणविक ऑक्सीजन।

बायोमास के ऐसे प्रतिनिधि भी हैंग्रह जो अकार्बनिक यौगिकों के रासायनिक बंधनों की ऊर्जा का उपयोग करने में सक्षम हैं। उन्हें हीमोट्रोपिक्स कहा जाता है। उनमें कई प्रकार के जीवाणु शामिल हैं। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन सूक्ष्मजीव जो मिट्टी में सब्सट्रेट अणुओं को ऑक्सीकरण करते हैं। प्रक्रिया सूत्र द्वारा होती है: 2 एच₂+0₂= 2 एच₂0.

जैविक ऑक्सीकरण के बारे में ज्ञान के विकास का इतिहास

प्रक्रिया जो प्राप्त करने की प्रक्रिया को रेखांकित करती हैऊर्जा, आज यह काफी प्रसिद्ध है। यह एक जैविक ऑक्सीकरण है। जैव रसायन ने कार्रवाई के सभी चरणों के सूक्ष्मता और तंत्र का इतना अध्ययन किया है कि लगभग कोई पहेलियों को छोड़ दिया गया है। हालांकि, यह हमेशा मामला नहीं था।

जीवित प्राणियों के अंदर क्या है इसका पहला उल्लेखजटिल परिवर्तन हैं, जो प्रकृति रासायनिक प्रतिक्रियाओं से हैं, 18 वीं शताब्दी के आसपास दिखाई दिए। इस समय प्रसिद्ध फ्रांसीसी रसायनज्ञ एंटोइन लैवोजियर ने ध्यान दिया कि कैसे जैविक ऑक्सीकरण और दहन समान हैं। उन्होंने श्वसन के दौरान अवशोषित ऑक्सीजन के अनुमानित पथ का पता लगाया और निष्कर्ष निकाला कि ऑक्सीकरण प्रक्रिया शरीर के अंदर होती है, विभिन्न पदार्थों को जलाने के दौरान बाहर की तुलना में केवल धीमी होती है। यही है, ऑक्सीडाइज़र-ऑक्सीजन अणु-कार्बनिक यौगिकों, विशेष रूप से हाइड्रोजन और कार्बन से प्रतिक्रिया करते हैं, और यौगिकों के अपघटन के साथ एक पूर्ण परिवर्तन होता है।

हालांकि, भले ही यह धारणा स्वाभाविक रूप से काफी यथार्थवादी है, फिर भी कई चीजें अस्पष्ट बनीं। उदाहरण के लिए:

• एक बार प्रक्रियाएं समान होती हैं, उनके प्रवाह की स्थितियां समान होनी चाहिए, लेकिन कम शरीर के तापमान पर ऑक्सीकरण होता है;
• कार्रवाई थर्मल ऊर्जा की विशाल मात्रा की रिहाई के साथ नहीं है और कोई लौ गठन नहीं है;
• जीवित प्राणियों में 75-80% से कम पानी नहीं है, लेकिन यह उनमें पोषक तत्वों के "जलने" को रोकता नहीं है।

इन सभी सवालों के जवाब देने और वास्तव में एक जैविक ऑक्सीकरण क्या है, यह समझने में एक वर्ष से अधिक समय लगा।

प्रक्रिया में ऑक्सीजन और हाइड्रोजन के महत्व को इंगित करने वाले विभिन्न सिद्धांत थे। सबसे आम और सबसे सफल थे:

• बाच का सिद्धांत, जिसे पेरोक्साइड कहा जाता है;
• "Chromogens" जैसी अवधारणा के आधार पर, पल्लाडिन का सिद्धांत।

भविष्य में रूस में दोनों वैज्ञानिक अभी भी थे,और दुनिया के अन्य देशों, जो धीरे-धीरे जैविक ऑक्सीकरण के सवाल में जोड़ों और परिवर्तनों को प्रस्तुत करते हैं। हमारे समय की जैव रसायन, उनके कार्यों के लिए धन्यवाद, इस प्रक्रिया की प्रत्येक प्रतिक्रिया के बारे में बता सकते हैं। इस क्षेत्र के सबसे प्रसिद्ध नामों में से निम्नलिखित हैं:

• मिशेल;
• एसवी सेवरिन;
• वारबर्ग;
• वीए Belitser;
• Lehninger;
• वी पी Skulachev;
• क्रेब्स;
• ग्रीन;
• वी। ए Engelhardt;
• केइलिन और अन्य।

जैविक ऑक्सीकरण के प्रकार

दो मुख्य प्रकार हैंप्रक्रिया जो विभिन्न स्थितियों के तहत होती है। इसलिए, कई प्रकार के सूक्ष्मजीवों और कवक के लिए सबसे आम तरीका उनके द्वारा प्राप्त भोजन को बदलने के लिए एनारोबिक है। यह एक जैविक ऑक्सीकरण है जो ऑक्सीजन तक पहुंच के बिना होता है और किसी भी रूप में इसकी भागीदारी के बिना होता है। ऐसी स्थितियां बनाई जाती हैं जहां हवा तक पहुंच नहीं होती है: भूमिगत, सब्सट्रेट्स, मिट्टी, मिट्टी, मार्श और यहां तक ​​कि अंतरिक्ष में घूमने में।

इस प्रकार के ऑक्सीकरण का दूसरा नाम है -ग्लाइकोलाइसिस। यह एक अधिक जटिल और समय लेने वाली अवस्था के चरणों में से एक है, लेकिन ऊर्जावान रूप से समृद्ध प्रक्रिया - एरोबिक परिवर्तन या ऊतक श्वसन। विचाराधीन प्रक्रिया का यह दूसरा प्रकार है। यह सभी एरोबिक जीवित प्राणियों-हेटरोट्रॉफ में होता है, जो श्वसन के लिए ऑक्सीजन का उपयोग करते हैं।

इस प्रकार, जैविक ऑक्सीकरण के प्रकार इस प्रकार हैं।

1. ग्लाइकोलिसिस, एनारोबिक मार्ग। ऑक्सीजन की उपस्थिति की आवश्यकता नहीं है और किण्वन के विभिन्न रूपों के साथ समाप्त होता है।
2. ऊतक श्वसन (ऑक्सीडेटिव फॉस्फोरिलेशन), या एरोबिक उपस्थिति। आण्विक ऑक्सीजन की उपस्थिति की आवश्यकता है।

प्रक्रिया में प्रतिभागियों

आइए हम खुद की विशेषताओं पर विचार करें, जिसमें जैविक ऑक्सीकरण शामिल है। मुख्य कनेक्शन और उनके संक्षेपों को परिभाषित करें, जिनका हम भविष्य में उपयोग करेंगे।

1. Acetylcoenzyme-A (एसिटिल-कोए) - ट्राइकार्बोक्साइकिक एसिड चक्र के पहले चरण में गठित कोलेज़ेम के साथ ऑक्सीलिक एसिड और एसिटिक एसिड का एक संघनन।
2. क्रेब्स चक्र (साइट्रिक एसिड का एक चक्र, त्रिकोणीयएसिड) - जटिल अनुक्रमिक ऑक्सीकरण-कमी परिवर्तनों की एक श्रृंखला, ऊर्जा की रिहाई के साथ, हाइड्रोजन की बहाली, महत्वपूर्ण कम आणविक उत्पादों का गठन। यह काटा और अनाबोलिज्म का मुख्य लिंक है।
3. एनएडी और एनएडी * एच - एंजाइम डीहाइड्रोजनेज, जो निकोटिनमाइड एडेनाइन डिन्यूक्लियोटाइड के लिए खड़ा है। दूसरा सूत्र हाइड्रोजन संलग्न के साथ एक अणु है। एनएडीपी - निकोटिनमाइड एडेनाइन डिनुक्लाइड-फॉस्फेट।
4. एफएडी और एफएडी * एच - फ्लैविन एडिनिन डिन्यूक्लियोटाइड - कोएनजाइम डीहाइड्रोजेनेसिस।
5. एटीपी - एडेनोसाइन ट्राइफॉस्फोरिक एसिड।
6. पीवीके - पायरूविक एसिड या पाइरूवेट।
7. उत्तराधिकारी या सैकिनिक एसिड, एच₃आरओ₄ फॉस्फोरिक एसिड।
8. जीटीपी - गुआनोसाइन ट्राइफॉस्फेट, शुद्ध न्यूक्लियोटाइड का एक वर्ग।
9. ईटीसी एक इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला है।
10. प्रक्रिया के एंजाइम: पेरोक्साइड, ऑक्सीजन, साइटोक्रोम ऑक्सीडेस, फ्लैविन डीहाइड्रोजनेस, विभिन्न कोएनजाइम और अन्य यौगिकों।

ये सभी यौगिक जीवित जीवों के ऊतकों (कोशिकाओं) में होने वाली ऑक्सीकरण प्रक्रिया में प्रत्यक्ष प्रतिभागियों हैं।

जैविक ऑक्सीकरण के चरण: तालिका

मंच	प्रक्रियाओं और अर्थ
ग्लाइकोलाइसिस	प्रक्रिया का सार एनोक्सिक हैमोनोसाक्राइड्स का विभाजन, जो सेलुलर श्वसन की प्रक्रिया से पहले है और एटीपी के दो अणुओं के बराबर ऊर्जा की रिहाई के साथ है। Pyruvate भी बनाया गया है। यह किसी भी जीवित जीव हेटरोट्रॉप के लिए प्रारंभिक चरण है। पीवीके के गठन में मूल्य, जो माइटोकॉन्ड्रिया के संकट में प्रवेश करता है और ऑक्सीजन द्वारा ऊतक ऑक्सीकरण के लिए एक सब्सट्रेट है। ग्लाइकोलिसिस के बाद एनारोब्स के बाद विभिन्न प्रकार के किण्वन होते हैं।
पाइरूवेट का ऑक्सीकरण	इस प्रक्रिया में पीवीसी को परिवर्तित करने में शामिल है,एसिटिल-कोए में ग्लाइकोलिसिस के दौरान गठित किया गया। यह एक विशेष एंजाइम जटिल pyruvate dehydrogenase की मदद से किया जाता है। परिणाम cetyl-CoA के अणु हैं, जो क्रेब्स चक्र में प्रवेश करते हैं। इसी प्रक्रिया में, एनएडी को एनएडीएच में बहाल कर दिया गया है। स्थानीयकरण की साइट माइटोकॉन्ड्रियल क्रिस्टे है।
बीटा फैटी एसिड का विघटन	यह प्रक्रिया समानांतर में की जाती हैमाइटोकॉन्ड्रिया के क्रिस्टल पर पिछले। इसका सार एसिटिल-कोए में सभी फैटी एसिड को संसाधित करना और इसे ट्राइकार्बोक्साइकिक एसिड के चक्र में रखना है। यह एनएडीएच को भी बहाल करता है।
क्रेब्स चक्र	यह एक नींबू में एसिटिल-कोए के रूपांतरण के साथ शुरू होता हैएसिड, जो आगे परिवर्तनों से गुजरता है। सबसे महत्वपूर्ण चरणों में से एक, जिसमें जैविक ऑक्सीकरण शामिल है। इस एसिड के अधीन है: निर्जलीकरण; डिकार्बोजाइलेशन; उत्थान। प्रत्येक प्रक्रिया कई बार किया जाता है। परिणाम: जीटीपी, कार्बन डाइऑक्साइड, एनएडीएच और एफएडीएच का कम रूप2। इस मामले में, जैविक ऑक्सीकरण के एंजाइम मुक्त रूप से माइटोकॉन्ड्रियल कणों के मैट्रिक्स में स्थित होते हैं।
ऑक्सीडेटिव फॉस्फोरिलेशन	यौगिकों को परिवर्तित करने का यह अंतिम चरण हैयूकेरियोट्स के जीव। इससे एडेनोसाइन डिफॉस्फेट को एटीपी में परिवर्तित किया जाता है। इसके लिए आवश्यक ऊर्जा उन एनएडीएच और एफएडीएच अणुओं के ऑक्सीकरण के दौरान ली जाती है2, जो पिछले चरणों में गठित किए गए थे। ईटीसी के माध्यम से लगातार संक्रमण और संभावित रूप से कमी के कारण, एटीपी के मैक्रोर्जिक बॉन्ड में ऊर्जा का उत्पादन होता है।

ये सभी प्रक्रियाएं हैं जो साथ हैंऑक्सीजन की भागीदारी के साथ जैविक ऑक्सीकरण। स्वाभाविक रूप से, वे पूरी तरह वर्णित नहीं हैं, लेकिन केवल संक्षेप में, क्योंकि विस्तृत विवरण के लिए पुस्तक के पूरे अध्याय की आवश्यकता है। जीवित जीवों की सभी जैव रासायनिक प्रक्रिया बेहद बहुमुखी और जटिल हैं।

प्रक्रिया की ऑक्सीकरण-कमी प्रतिक्रियाएं

ऑक्सीकरण-कमी प्रतिक्रियाएं, जिनमें से उदाहरण सब्सट्रेट ऑक्सीकरण की उपर्युक्त वर्णित प्रक्रियाओं को चित्रित कर सकते हैं, निम्नानुसार हैं।

1. ग्लाइकोलिसिस: मोनोसैक्साइड (ग्लूकोज) + 2 एडी⁺ + 2 एडीपी = 2 पीवीके + 2 एटीपी + 4 एच⁺ + 2 एच₂ओ + एनएडीएन।
2. पाइरूवेट का ऑक्सीकरण: पीवीके + एंजाइम = कार्बन डाइऑक्साइड + एसीटाल्डेहाइड। फिर अगला कदम: एसीटाल्डेहाइड + कोएनजाइम ए = एसिटिल-कोए।
3. क्रेब्स चक्र में साइट्रिक एसिड के बहुत अनुक्रमिक परिवर्तन।

ये ऑक्सीकरण-कमी प्रतिक्रियाएं,जिनके उदाहरण ऊपर दिए गए हैं, केवल सामान्य रूप में होने वाली प्रक्रियाओं के सार को प्रतिबिंबित करते हैं। यह ज्ञात है कि प्रश्न में यौगिक उच्च आणविक वजन के होते हैं या बड़े कार्बन कंकाल होते हैं, इसलिए सभी पूर्ण सूत्रों को चित्रित करना संभव नहीं है।

ऊतक श्वसन के ऊर्जा उत्पादन

उपर्युक्त विवरणों से यह स्पष्ट है कि ऊर्जा द्वारा सभी ऑक्सीकरण की कुल उपज की गणना करना मुश्किल नहीं है।

1. एटीपी के दो अणु ग्लाइकोलिसिस देते हैं।
2. एटीपी के 12 अणुओं के पाइरूवेट का ऑक्सीकरण।
3. 22 अणु tricarboxylic एसिड के चक्र के लिए खाते हैं।

निष्कर्ष: किसी एरोबिक पथ के साथ पूर्ण जैविक ऑक्सीकरण 36 एटीपी अणुओं के बराबर ऊर्जा उपज देता है। जैविक ऑक्सीकरण का महत्व स्पष्ट है। यह वह ऊर्जा है जिसका उपयोग जीवन और कार्य करने के लिए जीवित जीवों के साथ-साथ अपने शरीर, आंदोलन और अन्य आवश्यक चीजों को गर्म करने के लिए किया जाता है।

सब्सट्रेट के एनारोबिक ऑक्सीकरण

दूसरा प्रकार का जैविक ऑक्सीकरण एनेरोबिक है। यही वह है जो हर किसी द्वारा किया जाता है, लेकिन जिस पर कुछ प्रजातियों के सूक्ष्मजीव बंद हो जाते हैं। यह ग्लाइकोलिसिस, और यह उसके साथ एरोब और एनारोब के बीच पदार्थों के आगे परिवर्तन में स्पष्ट रूप से स्पष्ट अंतर है।

इस पथ के साथ जैविक ऑक्सीकरण के चरण कम हैं।

1. ग्लाइकोलिसिस, यानी, ग्लूकोज अणु का ऑक्सीकरण पाइरूवेट करने के लिए।
2. एटीपी पुनर्जन्म की ओर अग्रसर किण्वन।

किण्वन उन जीवों के आधार पर विभिन्न प्रकार के हो सकते हैं जो इसे बाहर ले जाते हैं।

लैक्टिक किण्वन

यह लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया, साथ ही साथ कुछ कवक द्वारा किया जाता है। नीचे की रेखा पीवीसी को लैक्टिक एसिड में बहाल करना है। इस प्रक्रिया का उपयोग उद्योग में प्राप्त करने के लिए किया जाता है:

• किण्वित दूध उत्पाद;
• मसालेदार सब्जियां और फल;
• जानवरों के लिए silage।

इस प्रकार की किण्वन मानव जरूरतों में सबसे अधिक उपयोग में से एक है।

मादक किण्वन

पुरातनता से लोगों के लिए जाना जाता है। प्रक्रिया का सार इथेनॉल के दो अणुओं और दो कार्बन डाइऑक्साइड में पीवीसी का रूपांतरण है। इस उत्पाद उपज के कारण, इस प्रकार की किण्वन प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है:

• रोटी;
• शराब;
• बीयर;
• कन्फेक्शनरी और अन्य चीजें।

जीवाणु प्रकृति के खमीर और सूक्ष्मजीव अपने कवक को पूरा करते हैं।

Butyric किण्वन

इसके बजाय संकीर्ण विशिष्ट किण्वन। क्लॉस्ट्रिडियम जीनस के बैक्टीरिया से बाहर निकाला गया। निचली पंक्ति पाइरूवेट को ब्यूटरीक एसिड में बदलना है, जो भोजन को गंध की गंध और लापरवाही स्वाद देता है।

इसलिए, जैविक ऑक्सीकरण की प्रतिक्रियाएं जा रही हैंइस रास्ते के साथ, उद्योग में लगभग कभी भी इस्तेमाल नहीं किया जाता है। हालांकि, ये बैक्टीरिया स्वयं अपनी गुणवत्ता को कम करने, भोजन और नुकसान बोते हैं।