: Главная arrow Клетка и ее структура arrow Окислительно-восстановительный потенциал  

Окислительно-восстановительный потенциал

Печать E-mail
 

Транспорт водорода и транспорт электронов-процессы эквивалентные. Дыхательная цепь может рассматриваться как цепь переноса электронов. Компоненты ды­хательной цепи переходят попеременно из окисленного состояния в вос­становленное и обратно, т. е. ведут себя как типичные окислительно-вос­становительные катализаторы. Они обладают окислительно-восстано­вительным потенциалом, который может быть измерен непосредствен­но (у цитохромов) или косвенно (у NAD, FAD).

Окислительно-восстановительный потенциал служит количественной мерой способности тех или иных соединений или элементов отдавать электроны. Этот потенциал отсчитывается относительно потенциала молекулярного водорода. Согласно определению, водородный полуэле­мент - платинированный или платиновый электрод, погруженный в раствор кислоты и обтекаемый газообразным Н2 при давлении 1,013 бар и рН 0, имеет потенциал, равный нулю:

Н2^;2Н++2е"        (pH0;p   =1,D136ap)

н2

Подобно химическим элементам, биологические вещества также можно расположить в ряд по величине их окислительно-восстанови­тельного потенциала при степени восстановления 1/2 (равные концен­трации окисленной и восстановленной форм); эту величину обозначают Е0. В биохимии пользуются величиной Е„, приведенной к рН 7. При этом рН водородный электрод имеет потенциал £„', равный - 0,42 В. На рис. 7.10, Л показана зависимость потенциала, отнесенного к потен­циалу водородного полуэлемента, от величины рН. Из уравнения Нернста

следует, что зависимость измеряемого потенциала окислительно-восста­новительной системы Е' от концентраций окисленной и восстановлен­ной форм выражается формулой

 

Image

Значение Е' тем более отрицательно, чем меньше отношение концентра­ции окисленной формы к концентрации восстановленной формы (рис. 7.10, Б).

Окислительно-восстановительный потенциал служит мерой макси­мальной полезной работы, которую может выполнить система, т.е. ме­рой изменения свободной энергии (AG0) в данной реакции. По разности окислительно-восстановительных потенциалов двух реагирующих друг с другом систем Д£0 можно вычислить изменение свободной энергии при данной реакции:

AG0 = -n-F- Д£0 = - п  96,5 • Д£0 (кДж/моль)

Значения £0' отдельных компонентов дыхательной цепи лежат в пределах от - 0,32 В для NADH2/NAD [ - 0,08 В для флавопротеина (FADH2/FAD); - 0,04 В для цитохрома Ъ (Fe2 + /Fe3 +)] до + 0,81 В для О2 ~ /'/гОг- Можно также привести значения £„' для ряда субстратов: лактат/пируват - 0,186 В; малат/оксалоацетат - 0,166 В; сукцинат/фу-рамат   - 0,03 В.

 

Image

Поскольку разность между величинами Е$ для Н2 и 02 составляет - 0,42-0,81 = - 1,23 В, изменение свободной энергии в реакции грему­чего газа AG0' должно быть равно - 2-96,5-1,23 = - 237,4 кДж/моль. В клетке при переносе водорода от NADH2 разность потенциалов со­ставляет только [( + 0,81 В) - ( - 0,32 В)] = 1,13 В, т. е. AG0 = = - 218 кДж/моль. Аналогичным образом по разности потенциалов можно вычислить соответствующий выход энергии для любых двух переносчиков электронов в дыхательной цепи (табл. 7.4).

 
« Пред.   След. »