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你真了解自由基?

来源:孙学军 氢思语 编辑:James&Ani 时间:2019-08-11 10:16:42

生命活动的典型特点是新陈代谢,新陈代谢是生物体内全部有序化学变化的总称,其中的化学变化一般都是在酶的催化作用下进行的。新陈代谢在性质上分成物质代谢和能量代谢。

■新陈代谢的作用

从简单功能上讲,新陈代谢具有1)获得营养物质;2)将营养物质转变为自身需要结构元件,即大分子的组成前体;3)将结构元件装配成自身大分子,如蛋白质、核酸、脂质等;4)分解有机营养物质;5)提供生命活动所需的一切能量。

从能量角度分析,燃烧是我们熟悉的利用能量的一种方法,如果将有机物燃烧,可以在氧气存在的情况下分解有机物,同时释放出大量能量。生物体没有形成燃烧的温度条件,只能采用温和的物质代谢的方式降解有机物,但其本质和燃烧是一样的,只是将燃烧过程分解成多步骤的生物化学反应,生物化学反应利用蛋白酶的协助,将有机物的化学能逐级缓慢释放,并将有机物分解成为小分子物质,给生物体提供能量和结构单元。

能量代谢的总体是有机物被氧气氧化分解,因此构成能量代谢的主要环节,大多数都是氧化还原反应。氧化还原反应本质上是电子的传递,在生物体系内,由于温度比较低,电子传递需要媒介的参与下进行,电子媒介往往是催化剂。

生命能量的源头是阳光,生命吸收和存储能量的主要方式是光合作用,光合作用就是将光能转化为化学能的过程,最基本的化学反应就是将二氧化碳和水变成葡萄糖和氧气。

氧气是一种含有两个氧原子的分子,组成氧气的每个氧原子都有2个不成对电子,每个氧气分子拥有4个不成对电子,这种形式的结构让氧气具有独特的化学性质,类似于深沟底部势能最低的状态,因为这种结构使氧气具有接受4个其他不成对电子的潜能,例如4个氢原子就可以和一个氧气分子形成4个共价健结构,合成两个水分子。

■光合作用和新成代谢的化学反应

光合作用最简化反应可以理解为水分子被分解为氧原子和氢原子,两个水分子分解的两个氧原子形成氧气分子,4个氢原子被固定到葡萄糖分子内,整个反应过程是利用光线提供的能量,转化为氢原子储存在葡萄糖分子内。氧化磷酸化过程是这个过程的逆过程,是氢原子和氧气分子结合成水并释放化学能的过程。

物质代谢依靠的酶催化过程,本质上是依靠能量、金属离子和自由基的效应实现,金属离子和自由基类似,都是提高活性电子,可以说生物化学反应的最重要基础是活性电子,没有活性电子的支持,生物化学反应是不可能完成的,因此可以说活性电子是生命的催化剂,或者说自由基是生命的催化剂。

利用能量作为催化的情况如,葡萄糖进入分解代谢的第一步,就是在己糖激酶的催化下,利用ATP提供的能量,将葡萄糖变成容易分解的活性状态6磷酸葡萄糖。

具有催化作用的金属离子,如铁铜镁等多数具有不成对电子,这些不成对电子能作为电子传递的暂时缓冲池,协助有机物电子从高势能向低势能转移,逐渐释放能量。在体温条件下,大多数生物化学反应都需要在酶催化条件下进行,许多蛋白酶的催化活性中心是金属离子,也就是说是金属离子提供了生物化学反应电子传递的桥梁或媒介。

自由基的特征是拥有不成对电子的基团,可以发挥金属离子的电子传递作用,也可以作为反应物参与生物氧化还原反应,如氧化磷酸化过程中,几乎所有的反应都属于金属离子参与的自由基反应。

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