Реакции активации кислорода

Активация кислорода происходит по двум различным механизмам: под воздействием физических или химических (ферментативных или спонтанных) стимулов.

Физическая активация

1. Физическая активация - это поглощение молекулой O2 достаточного количества энергии, чтобы изменить спин одного из неспаренных электронов. При этом образуется синглетный кислород.

Когда кислород находится в основном, триплетном состоянии, его электроны имеют параллельные спины. Если триплет кислорода поглощает энергию, достаточную для изменения спина одного из своих неспаренных электронов, он превращается в синглетную форму, в которой оба электрона имеют противоположные спины.

Синглетный кислород может уже участвовать в реакциях с одновременной передачей двух электронов. Поскольку спаренные электроны распространены в органических молекулах, синглетный кислород гораздо более реакционноспособен, чем его триплетный аналог.

Активация молекулы кислорода
Два способа активации кислорода 

Химическая активация

2. При наличии химических источников молекула кислорода получает электроны.

В многочисленных реакциях восстановления молекулы O2 в качестве промежуточных метаболитов появляются активные формы кислорода и его радикалы. В конце восстановительного пути кислород превращается в воду. 

Восстановление молекулы кислорода
 Общая схема процесса восстановление кислорода до воды 

Реакции одноэлектронного восстановления кислорода

Принимая первый электрон, молекула кислорода превращается в супероксид анион-радикал О2ꜙ ,  при дальнейшем восстановлении происходит присоединение либо иона H+ с появлением гидропероксид радикала HO2, либо электрона с образованием пероксид аниона O22–. В следующем шаге восстановления, наоборот, присоединяется либо электрон, либо ион H+ и образуется гидропероксид анион HO2, который далее восстанавливается до пероксида водорода H2O2.

Восстановление кислорода до активных радикалов
Пошаговое представление реакций восстановления молекулы кислорода до пероксида

Пероксид водорода является нейтральным соединением и поэтому легко проходит через клеточные мембраны. Ковалентная связь между атомами кислорода в H2O2 может разрываться при воздействии ионизирующего или ультрафиолетового излучения, при спонтанном взаимодействии с ионом железа Fe2+ или с супероксид анион-радикалом. Эти реакции широко представлены в живых системах и имеют значение при развитии патологий.

Реакции Фентона Хабера-Вейса
Реакции образования гидроксил-радикала
Радикал гидроксила чрезвычайно реакционноспособен и отнимает электрон от первой же встреченной молекулы, инициируя цепные реакции свободно-радикального окисления в клетке.

Вы можете спросить или оставить свое мнение.