Теории биологического окисления.

Начало изучения дыхания было положено работами Лавуазье. В 1733 – 1783 годах Лавуазье пришел к выводу, что при дыхании, как и при горении, поглощается кислород и выделяется углекислый газ. Он заключил, что процесс горения есть присоединение кислорода к субстрату, а дыхание это медленное горение.

Основателем учения о дыхании считается Соссюр, который в 1797 – 1804 годах, используя методы количественного анализа, установил, что растения в темноте поглощают столько же кислорода, сколько выделяют углекислого газа, при чем всегда выделяется вода.

В 1876 году Бородин установил, что интенсивность дыхания листоносных побегов в темноте зависит от количества углеводов накопленных на свету.

Во второй половине 19 века общее уравнение дыхания приняло современный вид.

Однако оставалось неясным, как органические вещества могут «гореть» при обычной температуре. Возникло предположение, что в клетках существуют механизмы, активирующие кислород.

В 1845 году швейцарский химик Штейнбайн выдвинул теорию, по которой в живых клетках имеются соединения, способные легко окисляться и тем самым активировать молекулярный кислород. Он ошибочно полагал сто активация кислорода в клетках – это образование озона.

Исследования Штейнбайна продолжил Бах и в 1897 году разработал перекисную теорию биологического окисления.

Согласно данной теории – молекулярный кислород имеет двойную связь, которую необходимо расщепить для его активации.

Легкоокисляющееся вещество А взаимодействует с кислородом и разрывая двойную связь, образует пероксид (1).

Затем пероксид взаимодействует с веществом В и окисляет его (2), затем эта реакция повторяется со вторым атомом кислорода и второй молекулой вещества В (3). В результате образуется полностью восстановленное исходное соединение А и полностью окисленное соединение В.

В реакциях (2) и (3) участвует пероксидаза. Соединение А, которое активирует кислород Бах назвал оксигеназой и предполагал что это фермент.

В настоящее время выяснено, что путь включения кислорода в органические вещества в соответствии с перекисной теорией отношения к дыханию не имеет.

Органические вещества могут окисляться иначе. Бах, сделав упор на перекисную теорию, высказывал так же иное предположение, согласно которому окисление происходит отнятием от субстрата протонов и электронов. Роль кислорода в этом случае – в регенерации окисленного состояния первичного акцептора водорода.

Эта теория была в последствие развита Палладиным в систему химизма дыхания.

В 1912 году в своей работе «Значение дыхательных пигментов в окислительных процессах растений и животных» Палладин представил общую теорию химизма дыхания, разделив уравнение на две части – анаэробную и аэробную:

(1) С₆Н₁₂О₆ + 6Н₂О + 12R → 6СО₂ + 12RН₂

(2) 12RН₂ + 6О₂ → 12R + 12Н₂О

____________________________________

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ → 6СО₂ + 6Н₂О

где R это окрашенный дыхательный пигмент, способный отнимать водород от субстрата, а RН₂ – бесцветный дыхательный хромоген.

На первом этапе глюкоза окисляется за счет отнятия водорода, который ферментативно передается на дыхательный пигмент. По Палладину, весь углекислый газ – анаэробного происхождения, т.е. появляется в первой части уравнения. А на втором этапе происходит регенерация хромогена в окисленную форму. Согласно Палладину кислород необходим не для включения в дыхательный субстрат, а для отнятия электронов и протонов от RН₂ в результате чего образуется вода.

Роль воды в процессе окисления была подтверждена позднее работами Вартапетяна и Курсанова.