utlenianie

Utleniania to reakcje chemiczne ze zużyciem tlenu. W organizmie są szczególnie ważne w związku z wytwarzaniem energii podczas glikolizy. Własne utlenianie organizmu wytwarza odpady oksydacyjne, które są związane z procesami starzenia i różnymi chorobami.

Co to jest utlenianie?

Chemik Antoine Laurent de Lavoisier ukuł termin utlenianie. Nazwą tą posłużył się do opisania połączenia pierwiastków lub związków chemicznych z tlenem. Termin ten został później rozszerzony na reakcje odwodornienia, w których atom wodoru jest usuwany ze związków. Odwodnienie jest ważnym procesem w biochemii.

Na przykład w procesach biochemicznych atomy wodoru są często usuwane ze związków organicznych przez koenzymy, takie jak NAD, NADP lub FAD. W biochemii reakcja przeniesienia elektronów jest ostatecznie nazywana utlenianiem, w którym środek redukujący uwalnia elektrony do środka utleniającego. W ten sposób środek redukujący zostaje „utleniony”.

Utleniania w organizmie człowieka są generalnie związane z reakcjami redukcji. Zasada ta jest opisana w kontekście reakcji redoks. Dlatego redukcje i utleniania należy zawsze rozumieć tylko jako częściowe reakcje zwykłej reakcji redoks. Zatem reakcja redoks odpowiada kombinacji utleniania i redukcji, która przenosi elektrony ze środka redukującego do środka utleniającego.

W węższym sensie każda reakcja chemiczna, która powoduje zużycie tlenu, jest uważana za utlenianie biochemiczne. W szerszym sensie utlenianie to każda reakcja biochemiczna z przeniesieniem elektronów.

Funkcja i zadanie

Utlenianie odpowiada uwolnieniu elektronów. Redukcja to pobór danych elektronów. Wszystkie te procesy znane są jako reakcja redoks i stanowią podstawę każdego rodzaju wytwarzania energii. Utlenianie uwalnia energię, która jest pochłaniana podczas redukcji.

Glukoza jest łatwym w przechowywaniu dostawcą energii i jednocześnie ważnym elementem budulcowym komórek. Cząsteczki glukozy tworzą aminokwasy i inne ważne związki. W biochemii termin glikoliza opisuje utlenianie węglowodanów. Węglowodany rozkładane są w organizmie na poszczególne elementy budulcowe, tj. Na cząsteczki glukozy i fruktozy.

W komórkach fruktoza jest stosunkowo szybko przekształcana w glukozę. W komórkach glukoza o wzorze cząsteczkowym C6H12O6 jest wykorzystywana do wytwarzania energii poprzez zużywanie tlenu o wzorze cząsteczkowym O2, dzięki czemu powstaje dwutlenek węgla o wzorze cząsteczkowym CO2 i woda o wzorze H2O. To utlenianie cząsteczki glukozy dostarcza w ten sposób tlenu i rozkłada wodór.

Celem każdego tego rodzaju utleniania jest uzyskanie dostawcy energii ATP. W tym celu opisane utlenianie zachodzi w cytoplazmie, plazmie mitochondrialnej oraz w błonie mitochondrialnej.

W wielu kontekstach utlenianie jest określane jako podstawa życia, ponieważ gwarantuje produkcję własnej energii organizmu. W mitochondriach zachodzi tak zwany łańcuch utleniania, który ma kluczowe znaczenie dla metabolizmu człowieka, ponieważ całe życie jest energią. Żywe istoty wykorzystują swój metabolizm do wytwarzania energii, a tym samym do przetrwania.

W przypadku utleniania w mitochondriach oprócz energii produktu reakcji występują również odpady utleniania. Te śmieci odpowiadają chemicznie aktywnym związkom, które są uważane za wolne rodniki i są kontrolowane przez organizm przez enzymy.

Choroby i dolegliwości

Utlenianie, w sensie rozpadu związków wysokoenergetycznych do związków niskoenergetycznych, zachodzi w organizmie człowieka w sposób ciągły podczas wytwarzania energii. W tym kontekście utlenianie jest wykorzystywane do wytwarzania energii i zachodzi w mitochondriach, zwanych również małymi elektrowniami komórkowymi. Związki bogate w energię organizmu są magazynowane w organizmie jako ATP po tego typu utlenianiu.

Źródłem energii do utleniania jest żywność, do której konwersji potrzebny jest tlen. Ten typ utleniania wytwarza agresywne rodniki. Organizm normalnie przechwytuje te rodniki za pomocą mechanizmów ochronnych i neutralizuje je. Jednym z najważniejszych mechanizmów ochronnych w tym kontekście jest aktywność nieenzymatycznych przeciwutleniaczy. Bez tych substancji rodniki atakowałyby tkankę ludzką, a przede wszystkim powodowałyby trwałe uszkodzenie mitochondriów.

Wysoki stres fizyczny i psychiczny zwiększa metabolizm i zużycie tlenu, co prowadzi do zwiększonego tworzenia się rodników. To samo dotyczy stanu zapalnego w organizmie lub narażenia na czynniki zewnętrzne, takie jak promieniowanie UV, promienie radioaktywne i kosmiczne lub toksyny środowiskowe i dym papierosowy.

Ochronne przeciwutleniacze, takie jak witamina A, witamina C, witamina E i karotenoidy czy selen, nie są już w stanie absorbować szkodliwych skutków utleniania rodników, gdy są narażone na zwiększoną ekspozycję na rodniki. Ten scenariusz jest związany zarówno z naturalnym starzeniem się, jak i procesami patologicznymi, takimi jak rozwój raka.

Niedożywienie, spożycie trucizn, narażenie na promieniowanie, uprawianie sportu, stres psychiczny oraz ostre i przewlekłe choroby tworzą więcej wolnych rodników, niż organizm jest w stanie znieść. Wolne rodniki mają o jeden elektron za dużo lub za mało. Aby to zrekompensować, próbują pobierać elektrony z innych cząsteczek, co może prowadzić do utleniania własnych składników organizmu, takich jak lipidy w błonie.

Wolne rodniki mogą powodować mutacje w DNA jądra komórkowego i DNA mitochondrialnego. Oprócz raka i procesu starzenia są one związane z miażdżycą, cukrzycą, reumatyzmem, stwardnieniem rozsianym, chorobą Parkinsona, chorobą Alzheimera i niedoborami odporności, czy też zaćmą i nadciśnieniem.

Wolne rodniki sieci [białka], cukrowo-białkowe i inne podstawowe składniki substancji między sobą utrudniają usuwanie kwaśnych produktów przemiany materii. Środowisko staje się coraz bardziej korzystne dla patogenów, ponieważ szczególnie tkanka łączna „zakwasza”.