Окислительно-восстановительные процессы. Работы А.Н.Баха и В.И.Палладина

С химической точки зрения дыхание — это медленное окисление. При окисли­тельно-восстановительных реакциях происходит перенос водорода или электрона от донора ДН₂ (который окисляется) к акцептору А (который восстанавливается): ДН₂ +А→Д + АН₂. Для того чтобы судить о направлении движения электронов между какими-либо двумя веществами, вводится понятие стандартного восста­новительного потенциала (Е_о) — это мера электронного давления. За нуль потен­циала условно принят восстановительный потенциал реакции Н₂ →2Н⁺ + 2е. Чем более отрицательна величина восстановительного потенциала, тем больше способность данного вещества отдавать электроны (окисляться) или служить восстановителем. Наоборот, чем положительнее величина восстановительного потенциала данного вещества, тем больше его способность воспринимать элек­троны (восстанавливаться или служить окислителем). Восстановительный по­тенциал кислорода равен +0,81В.

В создании современных представлений о биологическом окислении боль­шое значение имели работы двух крупнейших русских ученых —
В.И. Палладина (1859—1922) и А.Н. Баха (1857—1946). Работы А.Н. Баха были посвящены возможности активации кислорода воздуха. Молекулярный кислород — доста­точно инертное соединение. Бах выдвинул предположение, что имеются фер­менты — оксигеназы, активирующие кислород. Он считал, что процесс акти­вации состоит в том, что происходит образование пероксидных соединений. В.И. Палладии впервые стал рассматривать дыхание как ряд ферментативных реакций. Основное значение в процессе окисления он придавал процессу отня­тия водорода от субстрата при участии воды. Содержание своей теории В.И. Пал-ладин выразил в виде следующих уравнений:

С₆Н₁₂О₆ + 6Н₂О + 12R → 6СО₂ + 12RH₂ 12RH₂ + 6О₂ →12R + 12Н₂О

С₆Н₁₂О₆ +6О₂ → 6СО₂ + 6Н₂О

Символом R В.И. Палладии обозначал дыхательный пигмент, способный к обратимым окислительно-восстановительным превращениям. Из приведен­ной схемы вытекают следующие важные положения:

1. Непременным участником дыхания является вода. 2. Вода наряду с окисляе­мым субстратом выполняет роль донора водорода. 3. В процессе дыхания участву­ют специфические активаторы водорода, отнимающие водород от субстрата. 4. Первые этапы дыхания являются анаэробными и не требуют присутствия молеку­лярного кислорода. 5. Молекулярный кислород используется на заключительном этапе дыхания для регенерации акцепторов водорода с образованием воды.

Все указанные положения легли, как мы увидим, в основу современных пред­ставлений о процессе дыхания, согласно которым дыхание происходит в две фазы — анаэробную и аэробную, и молекулярный кислород используется на реге­нерацию ферментов за счет Н⁺ воды и субстрата. В процессе дыхания активиру­ется как водород субстрата, так и кислород воздуха.