Типы реакций биологического окисления.

При обмене веществ в орга­низме человека протекают окислительно- восстановительные реакции. Выделяют аэробные и анаэробные реакции биологического окисления веществ. Если акцептором водорода является кислород — это аэробный, или дыхательный тип окис­ления. Протекает он с участием ферментов оксидаз. Если акцептором водорода является не кислород, а какое-либо орга­ническое вещество, то такой тип окисления является анаэробным. В анаэробных реакциях участвуют ферменты дегидрогеназы.Кроме этих реакций в клетках протекают окислительно-восстанови­тельные реакции с изменением валентности атомов железа, как это имеет место при передаче водорода на кислород в системе дыхательной цепи митохондрий:

Fe²⁺- е~-> Fe³⁺(окисление) ^:

Fe³⁺ + е~ -> Fe²⁺ (восстановление)

Выделяют также свободное и сопряженное окисление.

Свободное окисление не взаимосвязано с переходом энергии биоло­гического окисления в энергию макроэргических соединений. Выделяю­щаяся энергия рассеивается в виде тепла. Этот вид энергообразования в клетках важен для теплорегуляции и детоксикации вредных продуктов об­мена веществ. Наблюдается он при отдельных видах мышечной деятель­ности и интенсивной разминки.

Сопряженное окисление связано с переходом свободной энергии, вы­деляющейся в процессе биологического окисления, в доступную для ис­пользования форму энергии — макроэргические связи АТФ или другие ви­ды энергии, например ионный градиент. Различают такие виды сопряжен­ного окисления, как субстратное фосфорилирование и окислительное фосфорилирование.

Субстратное фосфорилирование — это синтез АТФ за счет перено­са высокоэнергетического ортофосфата от окисляемого субстрата на АДФ. Такое фосфорилирование происходит в основном в мышцах при анаэробном окислении глюкозы с участием высокоспецифических фер­ментов. За счет реакций субстратного фосфорилирования образуется сравни­тельно небольшое количество АТФ в клетке.

Окислительное фосфорилирование — это синтез АТФ за счет энергии, которая выделяется при переносе электронов по дыхательной цепи от окисляемых питательных веществ к атомарному кислороду. Окислительное фосфорилирование является основным механизмом образования АТФ в аэробных условиях.

Цикл лимонной кислоты — центральный путь аэробного окисления питательных веществ

Цикл лимонной кислоты (или цикл трикарбоновых кислот), является центральным путем ме­таболизма ("котлом сгорания") углеводов, жиров и аминокислот, а также извлечения энергии из окисляемых веществ. Протекает он в ми­тохондриях и включает 8 основных реакций, в ходе которых происходит постепенное окисление ацетил-КоА (активная форма уксусной кислоты) до образования конечного продукта обмена СО₂ с накоплением энергии. Цикл лимонной кислоты функционирует только в аэробных условиях. Поэтому его работа зависит от скорости поступления кислорода в орга­низм и скорости его утилизации клетками. Важную роль в регуляции цикла лимонной кислоты играют активность и количество ферментов и коферментов, при этом изменяется концентрация ацетил-КоА и ряда промежуточных продуктов обмена. Так, дополнительное поступление ацетил-КоА и таких промежуточных продуктов окисления, как цитрат, сукцинат, фумарат, повышает скорость реакций этого цикла и об­щую скорость потребления кислорода. В состав многих ферментов входят витамины, поэтому наличие их в клетке в необходимых количествах также существенно влияет на скорость реакций этого цикла. Многие катионы (Fe²⁺, Mn²⁺, Mg²⁺, Cu²⁺), являясь активаторами ферментов митохондрий, также влияют на скорость реакций цикла лимонной кислоты.