Особливості окисно-відновних реакцій в організмі людини. Відмінність окисно-відновних реакцій в живій та неживій природі. Взаємозв’язок енергетичного та пластичного обміну: розкладання вуглеводів в організмі, обмін тригліцеридів, окиснення білків.
Краткое сожержание материала:

23

Міністерство освіти і науки України

Чернігівський державний педагогічний університет імені Т.Г. Шевченка

Хіміко-біологічний факультет

КУРСОВА РОБОТА

Окисно-відновні реакції - основа біохімічних процесів в організмі людини

Чернігів - 2006

Вступ

За зміною ступеня окиснення елементів, які входять до складу вихідних речовин та продуктів реакції, хімічні реакції можна поділити на дві групи.

До першої групи належать реакції, що відбуваються без зміни ступенів окиснення елементів. Це реакції подвійного обміну, або витіснення, комплексоутворення, деякі реакції розкладу, реакції ізомеризації, полімеризації, асоціації тощо:

До другої групи належать реакції, що відбуваються із зміною ступенів окиснення елементів реагуючих речовин та продуктів реакції. Такі реакції називаються окисно-відновними, наприклад:

У процесі цієї реакції ступінь окиснення Цинку змінюється від 0 до +2, а Гідрогену - від +1 до 0. Отже, це окисно-відновна реакція.

Речовини, до складу молекул яких входять атоми, здатні приєднувати електрони, тобто знижувати свій ступінь окиснення, називаються окисниками.

Речовини, до складу молекул яких входять атоми, здатні віддавати електрони, тобто підвищувати свій ступінь окиснення, називаються відновниками.

Речовини, що містять у своєму складі елементи з проміжним ступенем окиснення, можуть бути як окисниками (у разі взаємодії з активнішим, ніж вони, відновником), так і відновниками (у разі взаємодії з активнішим, ніж вони, окисником).

Процеси окиснення завжди супроводжуються процесами відновлення. Один процес не може відбуватися без другого, оскільки вони пов'язані лише з переміщенням матеріальних частинок - електронів, а не з їх знищенням або створенням. Процес віддавання електронів, що супроводжується підвищенням ступеня окиснення елемента, називається окисненням. Процес приєднання електронів, що супроводжується зниженням ступеня окиснення елемента, називається відновленням. На процес окиснення - відновлення значною мірою впливають концентрації окисника і відновника. Із збільшенням концентрації окисника або зменшенням концентрації відновника окиснювальна здатність окисника зростає.

Можливість і характер перебігу окисно-відновного процесу іноді залежить від реакції середовища. Наприклад, у кислому середовищі сильний окисник перманганат-іон МnО₄ ^- відновлюється до Мn²⁺, у лужному - йони Мангану Мn виступають як відновники, окиснюючись до Мn⁺⁴(інколи до Мn⁺⁶). У нейтральному і слабколужному середовищах як у процесі окиснення, так і в процесі відновлення сполук Мангану утворюється тетрагідроксид Мангану - Мn(ОН)₄. У сильнолужному середовищі сполуки Мангану окислюються та відновлюються до манганат-іона МnО₄^-2.

Окисно-відновні реакції мають величезне значення, особливо для підтримування життєдіяльності біологічних систем. Процеси фотосинтезу, дихання, травлення - все це ланцюги окисно-відновних реакцій.

Мета роботи: з'ясувати особливості окисно-відновних реакцій в організмі людини.

Задачі:

- Розглянути відмінність окисно-відновних реакцій в живій та неживій природі.

- Встановити взаємозв'язок енергетичного та пластичного обміну.

1. Відмінність окисно-відновних реакцій в живій та неживій природі

Обмін речовин і енергії є однією з найважливіших і найсуттєвіших ознак живого організму. Живі організми - відкриті системи, для існування яких необхідний постійний двосторонній зв'язок (обмін) з навколишнім середовищем. З навколишнього середовища вони одержують поживні речовини та енергію, перетворюють їх, видозмінюють, використовуючи утворені сполуки для власних потреб, та повертають в навколишнє середовище кінцеві продукти обміну. Вся сукупність процесів поглинання, засвоєння речовин з навколишнього середовища та утворення і виділення кінцевих продуктів - суть обміну речовин.

Розглядаючи життя як вищу форму руху живої матерії, як спосіб існування біополімерних тіл та систем, здатних до самооновлення і самовідтворення в умовах постійного взаємозв'язку з навколишнім середовищем, незаперечним є те, що обмін речовин є основою всіх проявів життєдіяльності. Припинення обміну речовин рівнозначне припиненню життя. Обмін речовин відбувається і в неживій природі, однак цей процес значно відрізняється від обміну в живих системах. Ця відмінність зумовлена насамперед тим, що обмін речовин у живих організмах забезпечує постійне самооновлення та самовідтворення його складових частин і здійснюється завдяки злагодженій дії численних систем та специфічних факторів, що забезпечують процеси життєдіяльності. У неживій природі обмін відбувається в одному напрямі, що призводить до видозміни, а часто і руйнування неживих тіл. Оскільки обмін речовин між організмом та навколишнім середовищем зумовлює всі прояви життєдіяльності, його можна розглядати як своєрідну норму реагування організму на зміну умов середовища, тобто в процесі еволюції в живих організмах виникли і вдосконалились специфічні функції, що забезпечили виживання та їх розвиток. Отже, обмін речовин в живих організмах має багато суттєвих ознак. Насамперед для обміну речовин у живих організмах характерним є скоординованість біохімічних перетворень у просторі і часі, завдяки чому різні процеси, інколи прямо протилежні, здійснюються одночасно, не заважаючи один одному. Це значною мірою забезпечується за рахунок кампартменізації - окремі біохімічні перетворення відбуваються на певних ділянках клітин чи в специфічних органелах клітин. Досить важливим є і те, що перебіг процесів проходить у суворо визначеній послідовності, при цьому кожна попередня реакція створює умови для здійснення наступної. В цьому важлива роль належить біологічним каталізаторам - ферментам, які мають багато специфічних властивостей і забезпечують складні біохімічні перетворення численних субстратів та спряженість цих перетворень на метаболічному та енергетичному рівнях. Це створює умови для забезпечення саморегуляції та підтримання гомеостазу - необхідної умови існування живих організмів. [2, с. 322-325]

2. Взаємозв'язок енергетичного та пластичного обміну

2.1 Розкладання вуглеводів в організмі

Вуглеводи займають дуже важливе місце в харчуванні людини і тварин. Вони складають більшу частину харчового раціону людини і є основним джерелом енергії.

Джерелом вуглеводів для людини є продукти рослинного походження - мука, крупи, картопля. Основним вуглеводом їх є крохмаль. З фруктами, ягодами і харчовими цукрами людина одержує переважно сахарозу і фруктозу.

Полісахариди, що надходять із їжею, попередньо підлягають розщепленню в травному каналі під дією певних ферментів. У результаті розщеплення утворюються моносахариди, які потім легко асимілюються тканинами організму.

Перетворення вуглеводів, головним чином глюкози, у тканинах людини і вищих тварин може відбуватися двома шляхами - анаеробним і аеробним.

Найпростішим шляхом окиснення органічних речовин, в основному вуглеводів, є бродіння - окиснення глюкози у безкисневому середовищі, тобто в анаеробних умовах. Акцептором електронів у цьому процесі виступає органічна молекула, що утворюється під час самого бродіння. Тому з хімічної точки зору бродіння - внутрішній окисно-відновний процес.

Найбільш важливу роль відіграють два тісно пов'язані між собою процеси.

1. Молочнокисле бродіння, при якому з молекули глюкози як кінцевий продукт утворюються дві молекули молочної кислоти. Молочнокисле бродіння звичайно називають гліколізом.

2. Спиртове бродіння супроводжується розщепленням молекули глюкози на дві молекули етилового спирту і дві молекули оксиду вуглецю (IV) СО₂.

Гліколіз і глікогеноліз. Механізм цих процесів на цей час добре вивчений. Встановлено послідовність окремих стадій, виділено в чистому вигляді ферменти, установлені пункти окиснення і спряжене з ними фосфорилювання АДФ з утворенням АТФ, та енергетика цих процесів.

Гліколіз складається з двох стадій.

Перша стадія гліколізу характеризується утворенням тріозофосфорних ефірів. На цій стадії не відбувається ніяких окислювальних реакцій і не виділяється енергія.

Друга стадія гліколізу починається реакцією окиснення гліцеральдегід-3-фосфату. Ця реакція є одним з найбільш важливих етапів гліколізу, оскільки в результаті окиснення альдегідної групи гліцеральдегід-3-фосфату звільняється енергія, що зберігається у формі високоенергетичного окисненого продукту цієї реакції 1,3-дифосфогліцерату. Процес окиснення гліцеральдегід-3-фосфату й утворення АТФ складається з декількох етапів.

Спочатку:

Утворена при цьому нестійка макроергічна сполука взаємодіє з фосфатною кислотою:



У результаті цієї реакції енергія карбоксил-тіолового макроергічного зв'язку зосереджується в карбоксил-фосфатному макроергічному зв'язку 1,3-дифосфогліце...