If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание
Текущ час:0:00Обща продължителност:17:08

Окисление и редукция в клетъчното дишане

Видео транскрипция

След като преговорихме окислението и редукцията, ще видим дали можем да приложим наученото, за да преосмислим клетъчното дишане. При клетъчното дишане всеки мол глюкоза, C6H12O6, реагира с... като тя вероятно е в течно състояние. Разтворена е във вода. Една молекула глюкоза реагира с шест молекули газообразен кислород. След това в клетките протича клетъчно дишане, състоящо се от много стъпки. Ще направя повече видеоклипове по темата. „Клет. дишане“. Ще го съкратя. Получаваме шест молекули въглероден диоксид. За да се извърши клетъчното дишане, вдишваме кислород и издишваме въглероден диоксид, който е страничен продукт на клетъчното дишане. Шест молекули въглероден диоксид и шест молекули вода. Целта на клетъчното дишане е, че се отделя енергия при тази реакция. Телата ни съхраняват тази енергия. Част от нея се превръща в топлина. Целта на клетъчното дишане е да се съхранят тези 38 молекули АТФ, които се използват като енергийна валута от биологичните системи. След това човешкото тяло или биологичната система може да използва тези молекули АТФ за съкращаването на мускули, за генериране на нервни импулси, за растеж или делене на клетките, или други функции на системата. В предишния видеоклип научихме малко за окислението и редукцията и сега ще приложим идеите тук. В предишния клип видяхме, че според химиците окислението означава отдаване не електрони или невъзможност да се привличат електрони. Според химиците редукцията е приемане на електрони. Ако не можеш да го запомниш – използвай съкращението ООЕ – „окислението е отдаване на електрони“. Редукцията е приемане на електрони – РПЕ. ООЕ и РПЕ. Това се учи в час по химия. Биолозите или биохимиците дават малко по-различна дефиниция. Според биолозите окислението е отдаване на водородни атоми, а редукцията е приемане на водородни атоми. В последния клип видяхме, че тази дефиниция е малко трудна за разбиране, защото водородният атом не може сам да се отдаде или приеме. Казахме, че тези идеи са взаимосъвместими, защото, когато говорим за въглерод, той отдава водород. Например, ако имаме това вещество, тук може да са свързани и други елементи. Въглеродната верига изглежда по този начин и имаме кислород, който е свързан с друг кислород. В момента не навлизам в детайли. Може би този кислород е свързан с нещо друго. Това е изходното ми вещество. А продуктът ми е вещество, което изглежда така. Въглеродът е свързан с кислород. Може би този кислород е свързан с този водород. Според биолозите този въглерод е окислен, защото е загубил водорода си. Ще го напиша в друг цвят. Водородът се е преместил от този въглерод при този кислород. Според биолозите този кислород е редуциран. Редуциран е, защото е приел водород. В действителност предпочитам дефиницията на химиците. Въглеродът е много по-електроотрицателен от водорода. А кислородът е още по-елетроотрицателен от въглерода. Когато някой от тези атоми се свърже с водорода, той ще привлече електрон. Въглеродът тук привлича електрон. А тук кислородът привлича електрона от въглерода. Тук кислородът привлича. С отдаването на водород, въглеродът губи способността си да привлича електрони. Тъй като той накрая се свързва с кислород, той не само не може да привлича водородни електрони, но неговите електрони са привлечени от дори по-електроотрицателен атом. Затова тези две дефиниции са съвместими. Същото се отнася за кислорода. Тук той се свързва с друг кислород и не привлича нищо. Но когато приеме водород, може да привлече водородните електрони, защото е много по-електроотрицателен. Може да се каже също, че приема електрони. Затова тези две дефиниции са съвместими. Това не е вярно, само когато нямаме водород. Дефиницията на химиците е по-всеобщо приложима. Понякога дефиницията на биолозите е по-лесна за схващане. Може да я срещнеш в учебниците. Да се върнем към клетъчното дишане и да се опитаме да разберем какво се окислява и редуцира. Да погледнем тук. Тук имаме глюкоза. Копирах и поставих молекулата на глюкозата от Уикипедия. Тук всъщност има една грешка. Може би трябва да я редактирам в Уикипедия. Към този въглерод трябва да е свързан още един водород. Както виждаш, всички водородни атоми са свързани или с кислород, или с въглерод. Отляво те са свързани или с кислород, или с въглерод. Ако трябва да запишем степента на окисление на водорода, той е свързан с по-електроотрицателен атом, затова ще отдава електрони. Следователно степента му на окисление ще бъде 1+. Във всеки случай кислородът е свързан с въглерод и с водород. Ако кислородът е свързан или с въглерод, или с водород, той ще привлече електрон от тези атоми. При всяко положение в глюкозата кислородът има степен на окисление 2–. Тъй като молекулата е неутрална, човек би помислил, че този въглерод е със степен на окисление 0. Ако разгледаш схемата, ще видиш, че повечето въглеродни атоми са със степен на окисление 0. Ще оградя няколко. Например този въглерод привлича електрон от този водород. Но след това електронът му е привлечен от кислорода. В крайна сметка нищо не се случва с въглерода, така че степента на окисление е 0. Тази степен на окисление е 0 по същата причина, тук също. Тази – също. Атомът е свързан с два въглерода. Електронът му е привлечен от кислорода. Но след това привлича електрон от водорода. Така че степента на окисление е 0. Четири от тези въглероди са със степен на окисление 0. Два от електроните на този въглерод са привлечени от кислороди. След което той привлича един електрон от водорода. Степента му на окисление е 1+. Тук е обратното. Има два водорода, от които ѝпривлича електрон. След което отдава един на кислорода. Степента на окисление е 1–. Тези двата се компенсират. Може да се каже, че като цяло въглеродите в глюкозата имат нулева степен на окисление. Работя с дефиницията на химиците. Ще ти покажа, че двете дефиниции са еквивалентни. Тук кислородите нямат степен на окисление, защото те просто са свързани. Ще го оцветя по-добре. Нулева степен на окисление, защото имат двойна връзка с кислород. Никой не привлича електрони. Те са еднакво електроотрицателни. Ако погледнем продуктите, въглеродният диоксид изглежда така. И в двата случая кислородът привлича два електрона от този въглерод. Степента му на окисление е 2–. Този кислород привлича два електрона от въглерода. Степента му на окисление е 2–. Всички валентни електрони на този въглерод са привлечени от кислорода. Степента му на окисление е 4+. Както виждаш, е загубил 4 електрона. Те са привлечени. Това е въглеродът. За въглерода можем да напишем 4+. Всеки кислород има 2–. По-късно можем да изчислим какъв е общият сбор. Ако погледнем водата, кислородът привлича два електрона от всеки водород. Значи пишем 2–. Всеки водород има степен на окисление 1+. Ако искаш да направиш половин реакция на клетъчно дишане и работиш само с електрони като химиците, можеш да кажеш, че започваш с 12 водорода от тази страна. Ще го запиша по този начин. H12 от тази страна. Всички са със степен на окисление 1+. И тогава протича клетъчно дишане. Вече имаме 12 водорода. Ще го запиша по-различно тук. Все още всеки един от тях е със степен на окисление 1+. От гледна точка на окислението и редукцията с водорода не се случва нищо. Ще разгледаме въглерода. Ще разгледаме въглерода. Отляво на уравнението имаме шест въглерода. Те имат нулева степен на окисление. Но какво се случва отдясно на уравнението? Вече имам шест въглерода. Изписани са по-различно, но са шест. Всеки е със степен на окисление 4+. Това означава, че са отдали четири електрона. Хипотетичният им заряд се е увеличил с четири след отделянето на електроните – загубили са отрицателни електрони. След клетъчното дишане шестте въглерода стават шест окислени въглерода със степен на окисление 4+. Всеки от тях е загубил четири електрона. Имаме шест атома. 4 X 6 = 24 електрона. Това са загубените електрони от въглерода. При клетъчното дишане виждаме, че въглеродът се окислява. Окислението е отдаване на електрони. В полуреакцията при клетъчното дишане въглеродът отдава електрони. Шестте въглерода отдават общо 24 електрона. Ще разгледаме и кислорода. Загубих уравнението. Тук имаме два кислорода. Ще ги напиша леко раздалечени. Отляво имаме шест кислорода, които са със степен на окисление 2–. Ще го запиша така. Степен на окисление 2–. След това имаме 12 кислорода с нулева степен на окисление. Тук дори няма да пиша число за степента на окисление. Какво се случва след извършването на клетъчното дишане? Вече във въглеродния диоксид имаме 12 въглерода със степен на окисление 2–. 6 X O2. Ще го запиша за въглеродния диоксид. Имаме шест молекули кислород със степен на окисление 2–. И шест кислорода със степен на окисление 2–. Значи плюс шест кислорода със степен на окисление 2–. Обърни внимание как тук имахме обща степен на окисление за всички кислороди. Тези са неутрални. Имаме 6 X –2 = –12. Можеш да го разглеждаш като общ заряд за шестте атома. 6 X –2. Значи общият заряд е –12. След това имаме 6 X 2 кислорода за молекула. Значи 12 X –2 е равно на –24. За да получим от –12 обща степен на окисление или общ заряд –36, трябва да сме приели 24 електрона. Тези приети от кислорода 24 електрона са същите 24, които въглеродът отдаде. От химическа гледна точка е много просто. Въглеродът е окислен, а кислородът прие електрони – РПЕ – редукцията е приемане на електрони. Кислородът е редуциран. Всичко това е вид преговор. Но е добре да го разгледаме в контекста на клетъчното дишане. Това отговаря и на въпроса откъде идва тази енергия. При всяка една от тези химически реакции, когато виждаме да се произвежда енергия, това е заради електроните, които преминават от по-високо към по-ниско енергийно ниво. Ако имаме електрон във високо енергийно ниво, той може да премине към по-стабилно ниво – орбитала на по-ниско енергийно ниво. Той ще генерира топлинна енергия или ще произведе молекули АТФ. Когато гледаме тези половин реакции, виждаме тези 24 електрона, отдадени от въглерода при окислението му, Те отиват при кислорода. Преминават през много стъпки. Това не се случва с една голяма експлозия. Случва се чрез изпълняване на много стъпки. При изпълнението им, енергийното ниво на електроните намалява. При навлизането им в по-ниско електронно ниво, т.е. при преминаването им от въглерода към кислорода, се генерира енергия. От тук се генерира енергията за произвеждането на 38 молекули АТФ. Досега говорихме за окислението от гледната точка на химиците. В началото на видеоклипа споменах за гледната точка на биолозите. След това видяхме, че според химиците клетъчното дишане представлява окисление на въглерода – отдаване на електрони и редуциране на кислорода, който приема електрони. Той се редуцира. Електроните преминават от този въглерод и отиват при кислорода тук. Приложима ли е тук гледната точка на биолозите? Определено е приложима. Както знаеш, тук целият водород в уравнението е свързан с глюкозата. Да разгледаме структурата на глюкозата. Атомите водород са свързани или с въглерод, или с кислород. Свързани са с атоми въглерод или кислород. Отдясно на уравнението всички атоми водород са свързани само с кислород. Като цяло въглеродът определено отдава водород, а кислородът приема водород. Ще го запиша. При клетъчното дишане въглеродът отдава водород, а кислородът приема водород. Двете гледни точки са съвместими. От биологична гледна точка виждаме, че при отдаването на водород се извършва окисление, а при приемането на водород кислородът се редуцира. Надявам се, че когато започна да рисувам механизмите, няма да ги направя прекалено сложни. Виждаш, че този процес на прехвърляне на водородни атоми е улеснен от молекули НАД+ и ФАД. Ще го разгледаме по-нататък. Но наистина можем да съгласуваме двете дефиниции. При преминаването на водорода от един електроотрицателен атом към друг всъщност се прехвърля възможността да се привличат електрони. Ако въглеродът има водород, ще може да привлича електрони. Но ако водородът се отдалечи от целия атом въглерод, не само от ядрото му, и отиде при кислорода, вече кислородът ще може да привлича електрони. А въглеродът е загубил един електрон. Въглеродът е окислен, а кислородът е редуциран. Това съм го споменавал в предишни видеоклипове. Може би най-объркващото при окислението е, че винаги ти се иска да кажеш, че това трябва да има нещо общо с кислорода. И това е така. Думата идва от това какво прави кислородът на някой елемент. Когато кислородът се свърже с някой атом, той му отнема електроните. При химични реакции той често отнема водорода. В този случай отнема водорода от въглерода. Оттам идва терминът „окисление“. Но не е нужно в реакцията да участва кислород, за да протече окисление или редукция. Дано този клип ти е бил полезен. За мен това беше голям проблем, защото бях свикнал с дефиницията на химиците за окислението и редукцията и един ден отворих учебник по биология и там пише за отдаване и приемане на водород, вместо електрони, и ми отне време да съгласувам двете дефиниции.
Съдържанието по Биология достига до теб с подкрепата на Фондация Амген