Окисление - восстановление
Взаимопревращение энергии происходит в результате химических реакций, когда энергия, запасенная в одних химических связях, переходит в другие, вновь образуемые химические связи. В подобных реакциях электроны переходят с одного энергетического уровня на другой. Во многих реакциях электроны переходят от одного атома или молекулы к другим. Данные реакции называют окислительно-восстановительными; они имеют большое значение для живых систем.
Потеря электрона это процесс окисления, и атом или молекула, потерявшие электрон, окисляются. Часто в процессе окисления участвует кислород, который обладает большим сродством к электронам и нередко выступает в роли их акцептора. Восстановление это присоединение электрона. Окисление и восстановление происходят синхронно; электрон, потерянный окисленным атомом, присоединяется к другому атому, который восстанавливается.
В окислительно-восстановительных реакциях, как правило, могут участвовать единичные электроны: например, натрий теряет электрон и окисляется до Na+, а хлор присоединяет электрон и восстанавливается до С1_. Однако окисление органических молекул идет с потерей как электронов, так и протонов, а их восстановление с присоединением электронов и протонов. Например, при окислении молекулы глюкозы теряются и электроны, и ионы водорода, которые присоединяются к кислороду:
С6Н1206 + 602 - 60О2 + 6Н20 + энергия.
Электроны переходят на более низкий энергетический уровень, и энергия выделяется. Напротив, в процессе фотосинтеза электроны и ионы водорода переносятся от воды к двуокиси углерода, т. е. происходит восстановление углекислоты с образованием глюкозы:
6С02 + 6Н20 + энергия С6Н1206 + 602.
В этом случае электроны переходят на более высокий энергетический уровень, и для осуществления этой реакции необходим приток энергии. В живых системах к окислительно-восстановительным реакциям относятся фотосинтез (энергия запасается), гликолиз и дыхание (энергия выделяется).
Как уже упоминалось, полное окисление моля глюкозы дает 686 ккал свободной энергии. (Напротив, в результате восстановления двуокиси углерода с образованием одного моля глюкозы в химических связях глюкозы запасается 686 ккал свободной энергии.) Причем, если бы при окислении глюкозы шло быстрое выделение энергии, то большинство этой энергии рассеялось бы в виде тепла.
Естественно, это не только бы не принесло пользу клетке, а способствовало бы гибельному для нее увеличению температуры. Однако в живых системах есть механизмы, которые регулируют многочисленные химические реакции таким путем, что энергия запасается в особых химических связях и затем может выделяться постепенно, по мере необходимости.
П. Рейвн, Р. Эверт, С. Айкхорн, Современная ботаника В 2-х томах, Том 1, Перевод с английского канд. биол. наук В. Н. Гладковой, проф. М. Ф. Даниловой, д-ра биол. наук И. М. Кислюк, канд. биол. наук Н. С. Мамушиной под редакцией акад. А. Л. Тахтаджяна
AOF | 18.11.2020 16:26:31