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. 

Каждый атом кислорода имеет два неспаренных электрона на внешней орбитали. В клетке молекула кислорода легко вовлекается в реакции, связанные с захватом "недополученных" электронов, и в итоге восстанавливается до воды, конечного продукта биологического окисления,.

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. 

Супероксид анион. Пероксид анион. Перекись водорода
Активные формы кислорода

Любые 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. Накопление свободных радикалов в клетке, как правило, является результатом превращения кислорода в АФК, которые могут реагировать с другими клеточными молекулами и вызывать их радикализацию. 

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.