Oksidacijos-Redukcijos Reakcijos ir Reduktorių Vaidmuo

Oksidacijos-redukcijos reakcija - (redokso reakcija) reakcija, kai vienas elementas elektronus atiduoda, o kitas prisijungia. Dvi neatskiriamos, lygiagrečiai vykstančios cheminės reakcijos, kurių metu viena dalelė (atomas, molekulė) iš reaguojančių medžiagų oksiduojasi, kita - redukuojasi. Oksidacijos-redukcijos reakcija - reakcija, kuriai vykstant pakinta elementų oksidacijos laipsniai t. y. vykstant šioms cheminės reakcijos dalis atomų keičia savo oksidacijos laipsnius.

Elektronai pereina iš vienų dalelių į kitas. Juos prisijungiantys atomai, jonai ar molekulės vadinami oksidatoriais, o elektronus atiduodantys - reduktoriais. Oksidatorius prisijungia elektronus, reduktorius atiduoda.

Procesas, kurio metu atomai arba jonai atiduoda (netenka) elektronus, vadinamas oksidacija, o patys atomai arba jonai reduktoriais. Procesas, kurio metu atomai arba jonai prijungia (pritraukia) elektronus, vadinamas redukcija, o patys atomai arba jonai - oksidatoriais.

Oksidacijos laipsniai kinta todėl, kad persigrupuoja elektronai.

Elementas, turintis mažiausią oksidacijos laipsnį, gali būti tik reduktoriumi, pvz.: H2S-2, N-3H3 ir laisvieji metalai. Tarpinius oksidacijos laipsnius turintys elementai gali ir didinti, ir mažinti savo oksidacijos laipsnius, t. y. kuri galimybė pasireikš, priklauso nuo reakcijos sąlygų.

Laisvieji metalai elektronus visada tik atiduoda, t. y. būna tik reduktoriais. Laisvieji nemetalai cheminėse reakcijose gali būti ir oksidatoriais, ir reduktoriais. Kuo aktyvesnis nemetalas, tuo jis labiau linkęs būti oksidatoriumi. Pats aktyviausias nemetalas fluoras F2 visada būna tik oksidatorius, todėl fluorui nebūdingi teigiamieji oksidacijos laipsniai.

Žmogaus organizme biocheminiai procesai vyksta nuolat, jų metu iš reaguojančių medžiagų viena dalelė (atomas, molekulė) oksiduojasi, o kita redukuojasi (viena medžiaga elektrodus atiduoda, kita prisijungia).

Vanadis kaip Reduktorius

Vanadis - cheminis VB grupės elementas; simbolis - V; pereinamasis metalas. Vanadis gali sudaryti įvairius junginius, pvz., oksidus, halogenidus, oksohalogenidus, įvairias druskas, anijoninius kompleksus. Vanadis priskiriamas mineralinėms medžiagoms, kurios aptinkamos žmogaus organizme. 1830 m. švedas N. Sefstriomas rado naują elementą ir pavadino jį skandinavų mitologinės deivės Vanadis vardu.

Vanadžiui būdinga sudaryti mažesnio oksidacijos laipsnio junginius - redukuojant vanadžio druskų tirpalus cinko ir rūgšties mišiniu, vanadis redukuojasi iki oksidacijos laipsnio +2. Su vandeniliu vanadis ir jo analogai, panašiai kaip IVB grupės elementai, sudaro kietuosius hidridus.

Vanadžio Žemės plutoje yra gana daug - 136 ppm, tačiau jo junginiai yra išsklaidyti, retai sudaro didesnius telkinius. Jų, kaip priemaišų, dažniausiai randama silikatinėse bei sulfidinėse rūdose, taip pat Venesuelos naftoje, iš kurios išsiskiria V2O5 pavidalu deginimo procesuose.

Svarbiausi vanadžio pogrupio elementų mineralai: patronitas, sulvanitas, alaitas, vanadinitas. Vanadžio junginių randama geležies rūdose, fosforituose ir apatituose. Apie pusę vanadžio gaunama iš vanadžio-geležies rūdų. Gaminant plieną, išskiriamas geležies vanadatas. Veikiant natrio vanadatą sieros rūgštimi, susidaro V2O5, kuris paskui redukuojamas metalotermiškai.

Kadangi gryną vanadį gauti sunku, tai daugiausia gaminama jo lydinio - ferovanadžio. Jis gaunamas redukuojant ferosiliciu kalcio vanadatą arba vanadžio, geležies ir kalcio oksidų mišinį. Vanadis kaip grynas metalas yra pilkas, sunkiai lydosi, paramagnetinis, grynas metalas yra labai atsparus mechaniškai; veikiamas oro deguonies ir net vandens lengvai pasyvuojasi, todėl yra labai atsparus chemiškai.

Sieros Junginiai ir Jų Savybės

Sulfidai - neorganinėje chemijoje tai yra sieros junginiai su metalais (taip pat su kai kuriais nemetalais В, Si, Р, As). Kaitinama siera jungiasi beveik su visais elementais. Metalams reaguojant su siera, gaunami sulfidai - daugiausia vandenyje netirpios medžiagos. Kai kurie jų reaguoja su stipriosiomis rūgštimis (pavyzdžiui, druskomis), tada gaunamas vandenilio sulfidas H2S.

Vandenilio sulfidas - bjauriai dvokiančios (supuvusio kiaušinio kvapo), nuodingos dujos; susidaro vykstant biologiniams procesams: pūvant maistui, dumblui, mėšlui ir kt; jo visada yra atmosferoje. Vandenilio sulfidas - silpnoji rūgštis; jis gali reaguoti su baziniais oksidais. Vandenilio sulfido rūgšties metalų druskos vadinamos metalų sulfidais.

Tai daugelis svarbiausių gamtoje randamų metališkųjų elementų mineralai ir rūdos, todėl labai svarbu yra iš jų išgauti metalus. Degant metalų sulfidams, susidaro metalų oksidai arba sulfatai. Taigi, sulfidai chemijoje gali būti nagrinėjami kaip vandenilio sulfido rūgšties druskos. Sulfidų savybės priklauso nuo metalų, kurie įeina į jų sudėtį; bendra formulė M2S (M - vienvalentis metalas).

Organinėje chem. Sieros rūgštis - stipri neorganinė rūgštis; cheminė formulė - H2SO4. Gryna sieros rūgštis yra bespalvis aliejingas skystis. Tankis 1,83 g/cm³. Verda 338 °C temperatūroje. Pramonėje daugiausia gaminama 96-98 % koncentruota sieros rūgštis. Sieros rūgštis yra labai stipri rūgštis. Sieros rūgštis nepaprastai gerai sugeria vandenį, atskelia iš junginių vandenilio ir deguonies atomus ir sudaro vandenį.

Atskėlusi iš celiuliozės (C6H10O5)n vandenį suanglėja. Koncentruota sieros rūgštis yra stiprus oksidatorius (ypač karšta). Geležis koncentruotoje sieros rūgštyje pasyvinasi (azoto rūgštis), todėl gali būti transportuojama geležinėje taroje. Išlieta koncentruota sieros rūgštis negaruoja, o sugeria iš oro vandens garus, todėl jos tūris didėja. Norint iš koncentruotos H2SO4 gauti mažesnės koncentracijos tirpalą - rūgštis pilama į vandenį (bet ne atvirkščiai!), kadangi skiedžiant rūgštį, išsiskiria labai daug šilumos.

Sieros rūgštis gaunama reaguojant vandeniui su sieros trioksidu (kietoji, bespalvė medžiaga). SO3 gaunamas kataliziškai deguonimi oksiduojant sieros dioksidą. Be to, sieros rūgštyje gali tirpti jos anhidridas sieros trioksidas. Tai lemia didžiulę sieros rūgšties formų įvairovę. Sieros rūgšties druskas - sulfatus gali sudaryti beveik visi žinomi metalai. Rūgščiąsias druskas vandenilio sulfatus (jonas HSO4-) sudaro šarminiai metalai. Sieros rūgštis yra nebrangi rūgštis. Jos labai daug sunaudojama chemijos pramonėje (metinė apyvarta ~160 mln tonų.) H2SO4 labai reikalinga laboratorijoms ir pramonei. Didelis H2SO4 kiekis sunaudojamas mineralinių trąšų gamybai. Dėl žmonių taršos atmosferoje atsiradusio SO2 lietaus vandenyje randama sieros ir sulfito rūgščių.

MSM - metilsulfonilmetanas, tai organinės sieros junginys, turintis priešuždegiminių savybių. Šis junginys natūraliai aptinkamas kai kuriuose augaluose ir nedideliais kiekiais įvairiuose maisto produktuose. MSM naudojamas kaip maistinis papildas, kuris skirtas gydyti ir stiprinti sąnarius ir sausgysles. Dažnai kombinuojamas su papildais sąnariams, kuriuose yra chondroitino arba gliukozamino sulfatai.

MSM buvo aptiktas maždaug 1940 metais ir buvo gautas iš karvės pieno. Gydytojas Stanley Jacob pastebėjo, kad MSM naudojimas esant kaulų pažeidimams gali sumažinti skausmą. Teigiama, kadangi siera pagal paplitimą organizme yra ketvirtas elementas, tai jos gali reikėti vartoti ir papildų formoje. MSM sudėtyje yra apie 34 % sieros, todėl šis papildas laikomas geru gamtiniu jos šaltiniu žmogaus organizmui. MSM padeda organizmui sintetinti gliukozaminą, kuris padeda sutepti sąnarius ir sumažina tarp jų trintį, taipogi naudojamas esant galūnių ir jų audinių ligoms. Verta atkreipti dėmesį į tai, kad čia ne MSM reklama. Šio preparato vaistinės ir gydomosios savybės nėra pakankamai gerai ištyrinėtos, visą tai kas pasireikš arba ne po jo vartojimo yra jūsų pačių atsakomybei.

Yra teigiama, nors dar reikia papildomų šio preparato tyrimų, bet yra pastebėtas teigiamas poveikis mažinant uždegiminius procesus, kurie yra susiję su sąnariais. Tyrimai rodo, kad ši medžiaga padeda greičiau atsigauti po treniruočių ir išsaugoti raumenis nuo nykimo; sumažinti skausmo pojūtį sąnariuose ir sausgyslėse, o pašalinis poveikis nepastebimas.

Siera - cheminis VIA grupės elementas; simbolis -S; nemetalas; geltonos spalvos, kieta kristalinė medžiaga; atominė masė - 32,065(5) a. m. v.; netirpstanti vandenyje, naudojama tam tikriems medikamentams gaminti ir dažnai paplitusi gyvojoje gamtoje. Žemės plutoje sieros yra apie 340 ppm. Sieros oksidacijos laipsniai: -2, +4 ir +6. Siera yra žinoma nuo seniausių laikų. Kaip ir kiti nemetalai, blogai praleidžia elektros srovę ir šilumą.

Siera gali turėtu daug alotropinių atmainų ir jų yra daugiau ir sudėtingesnių nei kitų elementų. Junginiuose su vandeniliu ir deguonimi įeina į įvairių anijonų sudėtį, sudaro daug rūgščių ir druskų. Daugelis sieros turinčių druskų prastai tirpsta vandenyje. Siera dega melsva liepsna. Tada susidaro sieros dioksidas, kuris toliau perdirbamas į sieros rūgštį. Sierai būdingos oksidacinės ir redukcinės savybės.

Siera labai paplitusi gamtoje - elemento (sieros kloduose), dujinių sieros vandenilio ar sieros dioksido pavidalais, pirituose ar kituose sulfidų mineraluose (pavyzdžiui: molibdenite, chalkozine, arba vario blizgyje, sfalerite arba cinko blizgyje, cinoberyje), sulfatuose (pvz., anhidrite). Jos randama žalioje naftoje ir anglyse, kaip H2S gamtinėse dujose. Iš šių gamtinių išteklių ji ir išgaunama. Deginant šį kurą, neišvengiamai susidaro sieros(IV) oksidas. Elementinės, t. y. laisvosios, sieros galima rasti netoli ugnikalnių kraterių, ten ji susidaro jiems išsiveržus iš vandenilio sulfido H2S ir sieros (IV) oksido SO2. Šiems junginiams būdingas specifinis kvapas.

Kaitinama siera jungiasi beveik su visais elementais. Metalams reaguojant su siera, gaunami sulfidai - daugiausia vandenyje netirpios medžiagos.

Glutationas ir Jo Svarba

Glutationo peroksidazė - (EC 1.11.1.9) svarbus fermentas, užtikrinantis aktyviųjų deguonies formų aktyvumo mažinimą, kuris katalizuoja vandenilio ir lipidų peroksidų redukciją. Glutationo peroksidazė katalizuoja peroksidų redukciją naudojant tripeptidą glutationą (γ-glutamilcisteinilgliciną). Šis fermentas oksiduoja glutationo (GSH) -SH grupes, kurios yra elektronų donorė, susidaro oksiduotas glutationas (GSSG).

2GSH+H2O2 → GS-SG + 2H2O GS-SG yra oksiduota glutationo forma, kurią redukuoja fermentas glutationo reduktazė. T. y. GSH regeneruojamas katalizuojant šiam fermentui (glutationo reduktazei), kuri redukuoja GSSG panaudodama kaip reduktorių NADPH, susidariusį pentozių fosfato kelio metu.

GS-SG + NADPH + H+ → 2 GSH + NADP+ Kadangi pentozių fosfatų kelias šiai reakcijai tiekia NADPH, todėl sumažėjus jo aktyvumui, sutrinka antioksidacinė ląstelės apsaugos sistema.

Glutationo peroksidazės cisteino sieros atomas merkaptogrupėje yra pakeistas selenas Se. Stingant seleno, silpnėja antioksidacinės organizmo sistemos, daugėja aktyviųjų deguonies formų. Šio fermento aktyvumas labai priklauso nuo seleno kiekio maiste. Dauguma multivitaminų preparatų turi seleno priedų, nes mūsų maiste ne visada pakanka šio mikroelemento.

Šiuo metu yra žinoma keletas genų, kurie koduoja kiek skirtingas glutationo peroksidazės formas. Skirtingose chromosomose yra aptinkama jau žinomos 8 fermento izoformos, besiskiriančios baltymo struktūra, katalizinėmis savybėmis, audinio ir organo specifiškumu. Vandenilio peroksidą redukuojančios glutationo peroksidazės yra aptinkama beveik visuose žinduolių audiniuose. Kiek kitokios fermento izoformos yra aptinkama žarnų enterocituose ir neląstelinėje terpėje.

Glutationas - (GSH; γ-glutamilcisteinilglicinas; L-γ-glutamil-L-cisteinil-L-glicinas) biologiškai aktyvus tripeptidas. Glutationas randamas visų rūšių gyvuosiuose organizmuose. Žmogaus organizme jis sintetinamas iš aminorūgščių L-cisteino, L-glutamo rūgšties ir glicino.

Tai yra biologiškai aktyvus junginys, kuriame N-galo glutamo rūgštis ir cisteinas tarpusavyje sujungti ne α-, o γ-peptidiniu ryšiu. Glutationas dalyvauja įvairiose oksidacijos-redukcijos reakcijose, apsaugo baltymus ir peptidus, turinčius laisvąsias merkaptogrupes (-SH), nuo oksidacijos, padeda susidaryti disulfidiniams ryšiams (-S-S-) daugelyje baltymų ir peptidinių hormonų molekulių, dalyvauja skaidant kenksmingą vandenilio peroksidą, ksenobiotikų metabolitų konjugacijos reakcijose, kai kuriose izomerizacijos reakcijose.

Taigi, glutationas svarbus užtikrinant oksidacinę redukcinę ląstelės pusiausvyrą, mažina aktyviųjų deguonies formų kiekį, todėl jo reikšmė ląstelės antioksidantinėse savybėse yra pakankamai svarbi. Glutationas nėra nepakeičiama medžiaga ir yra sudarytas iš γ-glutamato, cisteino ir glicino. Glutationą geba sintetinti visos organizmo ląstelės, bet daugiausiai jo sintetina kepenų hepatocitai. Glutationo sintezę valdo fermentas γ-glutamilcisteino sintetazė, kurią grįžtamojo slopinimo būdu valdo glutationas, taip ląstelėje garantuojama reikiama glutationo koncentracija. Glutationo koncentracija hepatocituose yra apie 5 mM.

Sintetinant GSH, ATP aktyvina glutamato y-karboksigrupę. Acilfosfato tarpininkas yra atakuojamas cisteino α-aminogrupės. Per kitą kondensacijos reakciją glicinas reaguoja su aktyvintu γ-glutamilcisteinu ir susidaro glutationas (žr. pav.). Glutationas yra labai svarbus palaikant ląstelės redukcijos potencialą. Redukuotas glutationas GSH lengvai ir grįžtamai oksiduojasi, susidaro oksiduotas glutationas GSSG. Ši jo savybė lemia biologinę GSH funkciją. Taigi, organizme glutationo aptinkama redukuota (GSH) ir oksiduota (GSSG) formomis.

Glutationo oksidacijos-redukcijos schema

Fagocitozė ir Oksigenazės

Fagocitozė (gr. phagos - ėdikas+kytos - ląstelė) - (endocitozės procesas) aktyvus organizmo gebėjimas paglemžti ir suvirškinti yrančių audinių liekanas, į jį patekusius svetimkūnius, mikroorganizmus. Fagocitai gali būti įvairios ląstelės, bet ypač reikšmingi neutrofilai, monocitai ir histiocitai.

Fagocitozę galima apibūdinti kaip procesą, kurio metu specialiai tam pritaikytos kraujo ir organizmo audinių ląstelės (fagocitai) pačiumpa (apgaubia, praryja) ir suvirškina kietas daleles. Neutrofilai fagocituoja mikrobus, todėl vadinami mikrofagais, o monocitai ir histiocitai - makrofagais (suvirškina ir stambesnes daleles).

Fagocitozė susideda iš kelių fazių. Fagocito citoplazminė membrana apsupa fagocituojamą dalelę ir ją apgaubia. Citoplazmoje apgaubta membranos dalis atsiskiria ir susidaro vakuolė-fagosoma. Prie jos priartėja lizosomos ir, susiliejusios su ja, sudaro fagolizosomą. Lizosominiai hidroliziniai fermentai suardo fagocituotas daleles, vyksta tarpląstelinis virškinimas.

Pirminės lizosomos, sudarytos iš Goldžio aparato, granulėse turi daug hidrolazių (proteazės, fosfatazės, esterazės, DNRazės, RNRazės), kurios rūgščioje fagolizosomų aplinkoje gali hidrolizuoti daugelį organinių molekulių. Fagosomų viduje esantis žemas pH turi baktericidinį poveikį ir sudaro optimalią aplinką lizosomų hidrolazių aktyvumui.

Pvz., fagocitinių ląstelių membranose yra fermentas NADPH oksidazė, patekę į organizmą mikroorganizmai aktyvina minėtą fermentą, kuri sintetina superoksidą. Susidaręs superoksidas naikina mikroorganizmus ir taip apsaugo ląsteles nuo infekcijos. Tokia fagocitozė vadinama užbaigta. Šie fermentai ardo mikroorganizmų polimerų molekules ir išlaisvina aminorūgštis, monosacharidus, nukleotidus, kurie patenka į ląstelių citozolį ir ten yra panaudojami. Didelė membranos komponentų dalis ir nesuvirškintos medžiagos telkiasi liekamuosiuose kūneliuose, kurie egzocitozės būdu grįžta į fagocitų paviršiaus plazminę membraną.

Fagocitai - bendras daugialąsčio organizmo judrių ląstelių, gebančių naikinti svetimkūnius, pavadinimas. Žmogaus ir daugialąsčių gyvūnų organizmo ląstelės (pvz., makrofagai ir mikrofagai, taipogi baltieji kraujo kūneliai - leukocitai), gebančios pagriebti ir naikinti (absorbuoti) į organizmą patekusius svetimkūnius, bakterijas, organizmo žuvusias ir yrančių audinių liekanas. Fagocitinė gynyba pradeda veikti bakterijai patekus į organizmą (pvz., atsiradus žaizdai).

Fagocitai atkeliauja (kraujagyslėmis ir kapiliarais) iki pat žaizdos užuomazgos ir ten patekę (pro kraujagyslių sieneles ir tarpląstelinį audinių skystį) ima naikinti pasiruošusias daugintis bakterijų ląsteles. Naikinimo procesas vyksta maždaug taip - fagocitai apglėbia bakteriją ir įtraukia į savo vidų, kur tam tikri fermentai jas suskaido. Nuo svetimkūnių naikinimo greičio priklauso ar kils infekcija, procesui užsitęsus žaizdoje kaupiasi mirusių bakterijų ir baltųjų kraujo kūnelių bei audinių skysčio mišinys (prasideda uždegimas, susidaro pūlių, gali pakilti kūno temperatūra).

Tokiu momentu stiprus imunitetas turi svarbią reikšmę, bet yra tokių virusų (pvz., ŽIV), kuris patekęs į organizmą puola pačią imuninę sistemą, o ne ląsteles.

Oksigenazės -fermentai, katalizuojantys O2 įjungimą į molekulę. Tai yra oksidoreduktazių klasės (EC 1) fermentai. Oksigenazės yra dviejų tipų, kurie skirstomi į du poklasius: monooksigenazės (EC 1.14) ir dioksigenazės (EC 1.13). Monooksigenazės (arba mišrių funkcijų oksidazės) katalizuoja reakcijas, kurių metu vienas deguonies atomas kaip hidroksilgrupė prijungiam...

tags: #kokie #jonai #gali #buti #reduktoriais