Основы биохимии - А. А. Анисимов 1986

Биологическое окисление и биоэнергетика
Развитие учения о биологическом окислении

В разработке теории биологического окисления большую роль сыграли работы русских ученых А. Н. Баха (1897) и В. И. Палладина (1907). Дыхание с точки зрения химии — это медленное окисление. Водород или электроны переходят от донора ДН₂ к акцептору А:

ДН₂ + А ⇄ Д + АН₂

Донор окисляется, акцептор восстанавливается. В последнем звене окислительно-восстановительных реакций водород соединяется c кислородом:

Н₂ + ¹/₂О₂ → Н₂О

Эта реакция в обычных условиях протекает одномоментно и сопровождается столь огромным выделением энергии, что происходит взрыв. В процессе дыхания транспорт водорода и электронов от одного переносчика электронов к другому происходит ступенчато, через несколько промежуточных реакций, в результате чего энергия окисления выделяется отдельными малыми порциями и накапливается в высокоэнергетических соединениях. При этом может происходить активация как водорода субстрата, так и молекулярного кислорода воздуха.

Известно, что молекулярный кислород обладает невысокой реакционной способностью. А. Н. Бах в своей теории исходил из представлений, что молекулярный кислород способен действовать как окислитель органических веществ только после активации, разрыва одной из связей в его молекуле. Активация происходит, в частности, если в среде присутствуют легко окисляемые соединения, например имеющие двойные связи. Взаимодействуя с кислородом, они дают пероксиды:

Пероксиды потом окисляют другие молекулы. Так происходит окисление с образованием пероксидов как промежуточных продуктов:

В этих реакциях окисление идет параллельно, взаимосвязанно с восстановлением. А. Н. Бах впервые сформулировал идею о сопряженности окислительно-восстановительных процессов при дыхании. Окисление за счет пероксидов в процессе дыхания, по А. Н. Баху, происходит с участием фермента пероксидазы. В целом его идеи получили название перекисной теории дыхания Баха.

Большую роль в развитии теории биологического окисления сыграли также работы В. И. Палладина. Он развивал представление о дыхании как системе ферментативных процессов и особое значение придавал окислению дыхательных субстратов путем отнятия водорода.

Окисление глюкозы, по Палладину, протекает в две фазы:

Анаэробная фаза: С₆Н₁₂О₆ + 6Н₂О + 12R → 6СО₂ + 12RH₂       (1)

Аэробная фаза: 12RH₂ + 6О₂→ 12R + 12Н₂О   (2)

В этих уравнениях R — пигменты, или хромогены, т. е. промежуточные переносчики водорода.

В дальнейшем были изучены связь дыхания с другими процессами обмена веществ, свойства ферментов, катализирующих реакции биологического окисления, локализация их в клетке, механизмы аккумуляции и превращения энергии и др. Большой вклад в изучение этих вопросов внесли в СССР В. А. Энгельгардт, В. А. Белицер, С. Е. Северин, В. П. Скулачев и др., а за рубежом — X. Виланд, О. Варбург, Д. Кейлин, Г. Кребс, А. Ленинджер, П. Митчелл, Д. Грин, Б. Чанс, Э. Рэкер.