Строение и свойства кислорода

Возникновение аэробного метаболизма у древних организмов принесло им не только выгоды в виде более эффективного метаболизма, но и проблемы, связанные с особенностями строения молекулы кислорода. 

Молекула кислорода имеет два неспаренных электрона на внешней орбитали, поэтому она должна присоединить четыре электрона, прежде чем стать нейтральной молекулой. Как конечный продукт биологического окисления, кислород легко вовлекается в реакции, связанные с захватом "недополученных" электронов, и в итоге восстанавливается до воды.

Восстановление молекулы кислорода
 Восстановление кислорода до воды

В идеальном мире именно так и произойдет. Однако в реальности часто образуются продукты неполного восстановления кислорода, называемые активные формы кислорода (АФК). АФК являются нестабильными молекулами, что и определяет их высокие реакционные свойства. 

Свободные радикалы - это высоко реактивные молекулы, которые взаимодействуют с другими клеточными структурами. Они содержат неспаренные электроны и поэтому стремятся получить дополнительные электроны, чтобы появилась стабильная пара.  Увеличение свободных радикалов, как правило, является результатом превращения кислорода в АФК, которые могут реагировать с другими клеточными молекулами и вызывать их радикализацию. 

Супероксид анион. Пероксид анион. Перекись водорода
Активные формы кислорода

Кроме активных форм кислорода существуют и другие реактивные молекулы.

Оксид азота. Пероксинитрит. Гипохлорит.
Активные формы азота и хлора

Кислород может переходить в активную форму под воздействием химических или физических стимулов, ферментативно или спонтанно.

Активация молекулы кислорода
Изменение активности 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
Неферментативные реакции восстановления молекулы кислорода

Пероксид водорода является нейтральным соединением и поэтому легко проходит через клеточные мембраны. Ковалентная связь между атомами кислорода может разрываться при воздействии ионизирующего или ультрафиолетового излучения, при спонтанном взаимодействии с ионом железа Fe2+ или с супероксид анион радикалом.

Реакции Фентона Хабера-Вейса
Реакции образования гидроксил-радикала

Радикал гидроксила чрезвычайно реакционноспособен и отнимает электрон от первой же встреченной молекулы.

Вы можете спросить или оставить свое мнение.