Biologické redoxní děje Biological redox processes Tomáš Kučera 2011 Tisková verze Print version Prezentace Presentation
Biologické redoxní děje Slide 1a Biologické redoxní děje
Biologické redoxní děje Slide 1b Biologické redoxní děje děje oxidačně redukční
Biologické redoxní děje Slide 1c Biologické redoxní děje děje oxidačně redukční vždy redukce a oxidace zároveň
Biologické redoxní děje Slide 1d Biologické redoxní děje děje oxidačně redukční vždy redukce a oxidace zároveň oxidace = ztráta elektronů
Biologické redoxní děje Slide 1e Biologické redoxní děje děje oxidačně redukční vždy redukce a oxidace zároveň oxidace = ztráta elektronů redukce = přijetí elektronů
Biologické redoxní děje Slide 1f Biologické redoxní děje děje oxidačně redukční vždy redukce a oxidace zároveň oxidace = ztráta elektronů redukce = přijetí elektronů redoxní stav charakterizován oxidačním číslem
Biologické redoxní děje Slide 1g Biologické redoxní děje děje oxidačně redukční vždy redukce a oxidace zároveň oxidace = ztráta elektronů redukce = přijetí elektronů redoxní stav charakterizován oxidačním číslem oxidace = nárůst oxidačního čísla redukce = pokles oxidačního čísla
Biologické redoxní děje Slide 2a Výpočet oxidačních čísel
Biologické redoxní děje Slide 2b Výpočet oxidačních čísel Oxidační číslo samotného prvku je 0
Biologické redoxní děje Slide 2c Výpočet oxidačních čísel Oxidační číslo samotného prvku je 0 Ox. č. prvku v monoatomovém iontu = náboj iontu
Biologické redoxní děje Slide 2d Výpočet oxidačních čísel Oxidační číslo samotného prvku je 0 Ox. č. prvku v monoatomovém iontu = náboj iontu příklad: oxidační číslo pro Na + = 1, pro S 2 = 2
Biologické redoxní děje Slide 2e Výpočet oxidačních čísel Oxidační číslo samotného prvku je 0 Ox. č. prvku v monoatomovém iontu = náboj iontu příklad: oxidační číslo pro Na + = 1, pro S 2 = 2 Vodík má +1, pokud je kovalentně vázán s nekovem, s kovem (hydrid, H ) 1
Biologické redoxní děje Slide 2f Výpočet oxidačních čísel Oxidační číslo samotného prvku je 0 Ox. č. prvku v monoatomovém iontu = náboj iontu příklad: oxidační číslo pro Na + = 1, pro S 2 = 2 Vodík má +1, pokud je kovalentně vázán s nekovem, s kovem (hydrid, H ) 1 Kyslík má 2, v peroxidech (O 2 2 ) 1, v superoxidech (O 2 ) ½
Biologické redoxní děje Slide 2g Výpočet oxidačních čísel Oxidační číslo samotného prvku je 0 Ox. č. prvku v monoatomovém iontu = náboj iontu příklad: oxidační číslo pro Na + = 1, pro S 2 = 2 Vodík má +1, pokud je kovalentně vázán s nekovem, s kovem (hydrid, H ) 1 Kyslík má 2, v peroxidech (O 2 2 ) 1, v superoxidech (O 2 ) ½ Součet oxidačních čísel v nenabité sloučenině je 0
Biologické redoxní děje Slide 2h Výpočet oxidačních čísel Oxidační číslo samotného prvku je 0 Ox. č. prvku v monoatomovém iontu = náboj iontu příklad: oxidační číslo pro Na + = 1, pro S 2 = 2 Vodík má +1, pokud je kovalentně vázán s nekovem, s kovem (hydrid, H ) 1 Kyslík má 2, v peroxidech (O 2 2 ) 1, v superoxidech (O 2 ) ½ Součet oxidačních čísel v nenabité sloučenině je 0 Součet ox. č. v polyatomovém iontu = náboj iontu
Biologické redoxní děje Slide 2i Výpočet oxidačních čísel Oxidační číslo samotného prvku je 0 Ox. č. prvku v monoatomovém iontu = náboj iontu příklad: oxidační číslo pro Na + = 1, pro S 2 = 2 Vodík má +1, pokud je kovalentně vázán s nekovem, s kovem (hydrid, H ) 1 Kyslík má 2, v peroxidech (O 2 2 ) 1, v superoxidech (O 2 ) ½ Součet oxidačních čísel v nenabité sloučenině je 0 Součet ox. č. v polyatomovém iontu = náboj iontu příklad OH : H (1)+, O 2 2 + 1 = 1
Biologické redoxní děje Slide 2j Výpočet oxidačních čísel Oxidační číslo samotného prvku je 0 Ox. č. prvku v monoatomovém iontu = náboj iontu příklad: oxidační číslo pro Na + = 1, pro S 2 = 2 Vodík má +1, pokud je kovalentně vázán s nekovem, s kovem (hydrid, H ) 1 Kyslík má 2, v peroxidech (O 2 2 ) 1, v superoxidech (O 2 ) ½ Součet oxidačních čísel v nenabité sloučenině je 0 Součet ox. č. v polyatomovém iontu = náboj iontu příklad OH : H (1)+, O 2 2 + 1 = 1 Sloučeniny kovů s nekovy kovy kladné, nekovy záporné
Biologické redoxní děje Slide 2k Výpočet oxidačních čísel Oxidační číslo samotného prvku je 0 Ox. č. prvku v monoatomovém iontu = náboj iontu příklad: oxidační číslo pro Na + = 1, pro S 2 = 2 Vodík má +1, pokud je kovalentně vázán s nekovem, s kovem (hydrid, H ) 1 Kyslík má 2, v peroxidech (O 2 2 ) 1, v superoxidech (O 2 ) ½ Součet oxidačních čísel v nenabité sloučenině je 0 Součet ox. č. v polyatomovém iontu = náboj iontu příklad OH : H (1)+, O 2 2 + 1 = 1 Sloučeniny kovů s nekovy kovy kladné, nekovy záporné Vzájemné sloučeniny nekovů oxidační číslo závisí na elektronegativitě
Biologické redoxní děje Slide 3a Typy redoxních reakcí
Biologické redoxní děje Slide 3b Typy redoxních reakcí Redoxní reakce jsou různých typů, např.
Biologické redoxní děje Slide 3c Typy redoxních reakcí Redoxní reakce jsou různých typů, např. slučování: 4 Al + 3 O 2 2 Al 2 O 3
Biologické redoxní děje Slide 3d Typy redoxních reakcí Redoxní reakce jsou různých typů, např. slučování: 4 Al + 3 O 2 2 Al 2 O 3 substituce: Zn + 2 AgNO 3 Zn(NO 3 ) 2 + 2 Ag
Biologické redoxní děje Slide 3e Typy redoxních reakcí Redoxní reakce jsou různých typů, např. slučování: 4 Al + 3 O 2 2 Al 2 O 3 substituce: Zn + 2 AgNO 3 Zn(NO 3 ) 2 + 2 Ag rozklad: 2 NaNO 3 2 NaNO 2 + O 2
Biologické redoxní děje Slide 3f Typy redoxních reakcí Redoxní reakce jsou různých typů, např. slučování: 4 Al + 3 O 2 2 Al 2 O 3 substituce: Zn + 2 AgNO 3 Zn(NO 3 ) 2 + 2 Ag rozklad: 2 NaNO 3 2 NaNO 2 + O 2 prostý přenos elektronu: Fe 2+ + Cu 2+ Fe 3+ + Cu +
Biologické redoxní děje Slide 4a Oxidační číslo uhlíku
Biologické redoxní děje Slide 4b Oxidační číslo uhlíku C 4+ O 2 CH 3 C 3+ OOH HC 2+ OOH HC 0 OH CH 3 C 1 H 2 OH C 2 H 3 OH C 4 H 4
Biologické redoxní děje Slide 4c Oxidační číslo uhlíku C 4+ O 2 CH 3 C 3+ OOH HC 2+ OOH HC 0 OH CH 3 C 1 H 2 OH C 2 H 3 OH C 4 H 4 Formální změna oxidačního čísla
Biologické redoxní děje Slide 5a Redoxní reakce v biochemii
Biologické redoxní děje Slide 5b Redoxní reakce v biochemii často jde o hydrogenaci/dehydrogenaci
Biologické redoxní děje Slide 5c Redoxní reakce v biochemii často jde o hydrogenaci/dehydrogenaci způsoby přenosu elektronů
Biologické redoxní děje Slide 5d Redoxní reakce v biochemii často jde o hydrogenaci/dehydrogenaci způsoby přenosu elektronů jako elektrony (Fe 2+ + Cu 2+ Fe 3+ + Cu + )
Biologické redoxní děje Slide 5e Redoxní reakce v biochemii často jde o hydrogenaci/dehydrogenaci způsoby přenosu elektronů jako elektrony (Fe 2+ + Cu 2+ Fe 3+ + Cu + ) jako součást vodíku
Biologické redoxní děje Slide 5f Redoxní reakce v biochemii často jde o hydrogenaci/dehydrogenaci způsoby přenosu elektronů jako elektrony (Fe 2+ + Cu 2+ Fe 3+ + Cu + ) jako součást vodíku molekuly H 2 hydridového aniontu H
Biologické redoxní děje Slide 5g Redoxní reakce v biochemii často jde o hydrogenaci/dehydrogenaci způsoby přenosu elektronů jako elektrony (Fe 2+ + Cu 2+ Fe 3+ + Cu + ) jako součást vodíku molekuly H 2 hydridového aniontu H ve skutečnosti částice rozmontována
Biologické redoxní děje Slide 5h Redoxní reakce v biochemii často jde o hydrogenaci/dehydrogenaci způsoby přenosu elektronů jako elektrony (Fe 2+ + Cu 2+ Fe 3+ + Cu + ) jako součást vodíku molekuly H 2 hydridového aniontu H ve skutečnosti částice rozmontována sdílení s atomem kyslíku
Biologické redoxní děje Slide 6a Redoxní potenciál Oxidačně redukční (oxidoredukční) potenciál
Biologické redoxní děje Slide 6b Redoxní potenciál Oxidačně redukční (oxidoredukční) potenciál vyjadřuje schopnost látky přijímat elektrony
Biologické redoxní děje Slide 6c Redoxní potenciál Oxidačně redukční (oxidoredukční) potenciál vyjadřuje schopnost látky přijímat elektrony red ox + n e
Biologické redoxní děje Slide 6d Redoxní potenciál Oxidačně redukční (oxidoredukční) potenciál vyjadřuje schopnost látky přijímat elektrony red ox + n e poločlánek
Biologické redoxní děje Slide 6e Redoxní potenciál Oxidačně redukční (oxidoredukční) potenciál vyjadřuje schopnost látky přijímat elektrony red ox + n e poločlánek red + ox ox + red
Biologické redoxní děje Slide 6f Redoxní potenciál Oxidačně redukční (oxidoredukční) potenciál vyjadřuje schopnost látky přijímat elektrony red ox + n e poločlánek red + ox ox + red E = E 0 + RT nf ln [ox] [red]
Biologické redoxní děje Slide 6g Redoxní potenciál Oxidačně redukční (oxidoredukční) potenciál vyjadřuje schopnost látky přijímat elektrony red ox + n e poločlánek red + ox ox + red E = E 0 + RT nf ln [ox] [red] G = nf E
Biologické redoxní děje Slide 6h Redoxní potenciál Oxidačně redukční (oxidoredukční) potenciál vyjadřuje schopnost látky přijímat elektrony red ox + n e poločlánek red + ox ox + red E = E 0 + RT nf ln [ox] [red] G = nf E E jako energetická škála
Biologické redoxní děje Slide 7a Redoxní potenciál
Biologické redoxní děje Slide 7b Redoxní potenciál Aox n+ + B red A red + B n+ ox
Biologické redoxní děje Slide 7c Redoxní potenciál Aox n+ + B red A red + B n+ ox
Biologické redoxní děje Slide 7d Redoxní potenciál Aox n+ + B red A red + B n+ ox G = G 0 + RT ln [A red][b n+ ox] [A n+ ox ][B red ]
Biologické redoxní děje Slide 7e Redoxní potenciál Aox n+ + B red A red + B n+ ox G = G 0 + RT ln [A red][b n+ ox] [A n+ ox ][B red ] G = nf E
Biologické redoxní děje Slide 7f Redoxní potenciál Aox n+ + B red A red + B n+ ox G = G 0 + RT ln [A red][b n+ ox] [A n+ ox ][B red ] G = nf E E = E 0 RT nf [red] ln [ox] E = E0 RT nf ln [A red][b n+ ox ] [Aox n+ ][B red ]
Biologické redoxní děje Redoxní potenciál Slide 8a E 0 = 0V pro standardní vodíkový poločlánek (elektrodu)
Biologické redoxní děje Redoxní potenciál Slide 8b E 0 = 0V pro standardní vodíkový poločlánek (elektrodu) H + při ph 0, 25 C, 1 atm v rovnováze s elektrodou z Pt černi sycenou H 2
Biologické redoxní děje Redoxní potenciál Slide 8c E 0 = 0V pro standardní vodíkový poločlánek (elektrodu) H + při ph 0, 25 C, 1 atm v rovnováze s elektrodou z Pt černi sycenou H 2 ph = 7 E 0 = 0.421V
Biologické redoxní děje Slide 9a Některé biologicky významné redoxní systémy Redukovaná forma Oxidovaná forma E 0 (V) ΔG 0 acetaldehyd acetát -0,60 hodnoty vyšší H 2 2H + -0,42 (reduktans) isocitrát 2-oxoglutarát + CO 2-0,38 glutathion-sh glutathion-ss -0,34 NADH + H + NAD + -0,32 glyceraldehyd-3-fosfát + H 3 P0 4 1,3-bisfosfoglycerát -0,28 FADH 2 FAD -0,20 laktát pyruvát -0,19 malát oxalacetát -0,17 cytochrom b (Fe 2+ ) cytochrom b (Fe 3+ ) 0,00 sukcinát fumarát +0,03 dihydroubichinon ubichinon +0,10 cytochrom c (Fe 2+ ) cytochrom c (Fe 3+ ) +0,26 +ne ne H 2 O 2 O 2 +0,29 + hodnoty H 2 O ½ O 2 +0,82 (oxidans) nižší exergonický děj endergonický děj
Biologické redoxní děje Slide 9b Některé biologicky významné redoxní systémy Redukovaná forma Oxidovaná forma E 0 (V) ΔG 0 acetaldehyd acetát -0,60 hodnoty vyšší H 2 2H + -0,42 (reduktans) isocitrát 2-oxoglutarát + CO 2-0,38 glutathion-sh glutathion-ss -0,34 NADH + H + NAD + -0,32 glyceraldehyd-3-fosfát + H 3 P0 4 1,3-bisfosfoglycerát -0,28 FADH 2 FAD -0,20 laktát pyruvát -0,19 malát oxalacetát -0,17 cytochrom b (Fe 2+ ) cytochrom b (Fe 3+ ) 0,00 sukcinát fumarát +0,03 dihydroubichinon ubichinon +0,10 cytochrom c (Fe 2+ ) cytochrom c (Fe 3+ ) +0,26 +ne ne H 2 O 2 O 2 +0,29 + hodnoty H 2 O ½ O 2 +0,82 (oxidans) nižší exergonický děj endergonický děj Skutečný směr reakce ale závisí také na poměru koncentrací red/ox, příp. na dalších faktorech
Biologické redoxní děje Slide 10a Některé biochemické redoxní kofaktory
Biologické redoxní děje Slide 10b Některé biochemické redoxní kofaktory kovy (Fe, Cu, Zn, Mn, Ni, Mo...)
Biologické redoxní děje Slide 10c Některé biochemické redoxní kofaktory kovy (Fe, Cu, Zn, Mn, Ni, Mo...) Podrobnosti a další kofaktory na dalších slajdech
Biologické redoxní děje Slide 11a Proteiny se železem a sírou (Fe-S proteiny, proteiny se sírou vázaným železem)
Biologické redoxní děje Slide 12a Cytochromy
Biologické redoxní děje Slide 13a NAD(P) + NikotinamidAdeninDinukleotid(fosfát)
Biologické redoxní děje Slide 13b NAD(P) + NikotinamidAdeninDinukleotid(fosfát) Redoxní reakce NAD(P) + NAD(P)H + H +
Biologické redoxní děje Slide 14a LDH Laktátdehydrogenasa Příklad biochemické redoxní reakce dehydrogenace + NAD NADH + H + COOH HC OH LDH COOH C O CH 3 CH 3 Redoxní změnu v NAD viz v předchozím slajdu
Biologické redoxní děje Slide 15a Flavinové kofaktory FAD a FMN FlavinAdeninDinukleotid a FlavinMonoNukleotid
Biologické redoxní děje Slide 15b Flavinové kofaktory FAD a FMN FlavinAdeninDinukleotid a FlavinMonoNukleotid Redoxní reakce FAD či FMN FADH 2 či FMNH 2
Biologické redoxní děje Slide 16a Chinony Ubichinon 2H + + 2e
Konec
Biologické redoxní děje (verze pro tisk na konci souboru) Tomáš Kučera 2011
Biologické redoxní děje Slide 1 Biologické redoxní děje děje oxidačně redukční vždy redukce a oxidace zároveň oxidace = ztráta elektronů redukce = přijetí elektronů redoxní stav charakterizován oxidačním číslem oxidace = nárůst oxidačního čísla redukce = pokles oxidačního čísla
Biologické redoxní děje Slide 2 Výpočet oxidačních čísel Oxidační číslo samotného prvku je 0 Ox. č. prvku v monoatomovém iontu = náboj iontu příklad: oxidační číslo pro Na + = 1, pro S 2 = 2 Vodík má +1, pokud je kovalentně vázán s nekovem, s kovem (hydrid, H ) 1 Kyslík má 2, v peroxidech (O 2 2 ) 1, v superoxidech (O 2 ) ½ Součet oxidačních čísel v nenabité sloučenině je 0 Součet ox. č. v polyatomovém iontu = náboj iontu příklad OH : H (1)+, O 2 2 + 1 = 1 Sloučeniny kovů s nekovy kovy kladné, nekovy záporné Vzájemné sloučeniny nekovů oxidační číslo závisí na elektronegativitě
Biologické redoxní děje Slide 3 Typy redoxních reakcí Redoxní reakce jsou různých typů, např. slučování: 4 Al + 3 O 2 2 Al 2 O 3 substituce: Zn + 2 AgNO 3 Zn(NO 3 ) 2 + 2 Ag rozklad: 2 NaNO 3 2 NaNO 2 + O 2 prostý přenos elektronu: Fe 2+ + Cu 2+ Fe 3+ + Cu +
Biologické redoxní děje Slide 4 Oxidační číslo uhlíku C 4+ O 2 CH 3 C 3+ OOH HC 2+ OOH HC 0 OH CH 3 C 1 H 2 OH C 2 H 3 OH C 4 H 4 Formální změna oxidačního čísla
Biologické redoxní děje Slide 5 Redoxní reakce v biochemii často jde o hydrogenaci/dehydrogenaci způsoby přenosu elektronů jako elektrony (Fe 2+ + Cu 2+ Fe 3+ + Cu + ) jako součást vodíku molekuly H 2 hydridového aniontu H ve skutečnosti částice rozmontována sdílení s atomem kyslíku
Biologické redoxní děje Slide 6 Redoxní potenciál Oxidačně redukční (oxidoredukční) potenciál vyjadřuje schopnost látky přijímat elektrony red ox + n e poločlánek red + ox ox + red E = E 0 + RT nf ln [ox] [red] G = nf E E jako energetická škála
Biologické redoxní děje Slide 7 Redoxní potenciál Aox n+ + B red A red + B n+ ox G = G 0 + RT ln [A red][b n+ ox] [A n+ ox ][B red ] G = nf E E = E 0 RT nf [red] ln [ox] E = E0 RT nf ln [A red][b n+ ox ] [Aox n+ ][B red ]
Biologické redoxní děje Slide 8 Redoxní potenciál E 0 = 0V pro standardní vodíkový poločlánek (elektrodu) H + při ph 0, 25 C, 1 atm v rovnováze s elektrodou z Pt černi sycenou H 2 ph = 7 E 0 = 0.421V
Biologické redoxní děje Slide 9 Některé biologicky významné redoxní systémy Redukovaná forma Oxidovaná forma E 0 (V) ΔG 0 acetaldehyd acetát -0,60 hodnoty vyšší H 2 2H + -0,42 (reduktans) isocitrát 2-oxoglutarát + CO 2-0,38 glutathion-sh glutathion-ss -0,34 NADH + H + NAD + -0,32 glyceraldehyd-3-fosfát + H 3 P0 4 1,3-bisfosfoglycerát -0,28 FADH 2 FAD -0,20 laktát pyruvát -0,19 malát oxalacetát -0,17 cytochrom b (Fe 2+ ) cytochrom b (Fe 3+ ) 0,00 sukcinát fumarát +0,03 dihydroubichinon ubichinon +0,10 cytochrom c (Fe 2+ ) cytochrom c (Fe 3+ ) +0,26 +ne ne H 2 O 2 O 2 +0,29 + hodnoty H 2 O ½ O 2 +0,82 (oxidans) nižší exergonický děj endergonický děj Skutečný směr reakce ale závisí také na poměru koncentrací red/ox, příp. na dalších faktorech
Biologické redoxní děje Slide 10 Některé biochemické redoxní kofaktory kovy (Fe, Cu, Zn, Mn, Ni, Mo...) Podrobnosti a další kofaktory na dalších slajdech
Biologické redoxní děje Slide 11 Proteiny se železem a sírou (Fe-S proteiny, proteiny se sírou vázaným železem)
Biologické redoxní děje Slide 12 Cytochromy
Biologické redoxní děje Slide 13 NAD(P) + NikotinamidAdeninDinukleotid(fosfát) Redoxní reakce NAD(P) + NAD(P)H + H +
Biologické redoxní děje Slide 14 LDH Laktátdehydrogenasa Příklad biochemické redoxní reakce dehydrogenace + NAD NADH + H + COOH HC OH LDH COOH C O CH 3 CH 3 Redoxní změnu v NAD viz v předchozím slajdu
Biologické redoxní děje Slide 15 Flavinové kofaktory FAD a FMN FlavinAdeninDinukleotid a FlavinMonoNukleotid Redoxní reakce FAD či FMN FADH 2 či FMNH 2
Biologické redoxní děje Slide 16 Chinony Ubichinon 2H + + 2e
Konec
Biological redox processes Slide 1a Biological redox processes
Biological redox processes Slide 1b Biological redox processes oxidation-reduction reactions
Biological redox processes Slide 1c Biological redox processes oxidation-reduction reactions always parallel reduction and oxidation
Biological redox processes Slide 1d Biological redox processes oxidation-reduction reactions always parallel reduction and oxidation oxidation = loss of electron(s)
Biological redox processes Slide 1e Biological redox processes oxidation-reduction reactions always parallel reduction and oxidation oxidation = loss of electron(s) reduction = gain of electron(s)
Biological redox processes Slide 1f Biological redox processes oxidation-reduction reactions always parallel reduction and oxidation oxidation = loss of electron(s) reduction = gain of electron(s) redox state characterized by the oxidation number
Biological redox processes Slide 1g Biological redox processes oxidation-reduction reactions always parallel reduction and oxidation oxidation = loss of electron(s) reduction = gain of electron(s) redox state characterized by the oxidation number oxidation = increase in the oxidation number reduction = decrease in the oxidation number
Biological redox processes Slide 2a Oxidation number rules
Biological redox processes Slide 2b Oxidation number rules Oxidation number of a pure element is 0
Biological redox processes Slide 2c Oxidation number rules Oxidation number of a pure element is 0 Ox. num. of a monoatomic ion = the ion charge
Biological redox processes Slide 2d Oxidation number rules Oxidation number of a pure element is 0 Ox. num. of a monoatomic ion = the ion charge example: oxidation number for Na + = 1, for S 2 = 2
Biological redox processes Slide 2e Oxidation number rules Oxidation number of a pure element is 0 Ox. num. of a monoatomic ion = the ion charge example: oxidation number for Na + = 1, for S 2 = 2 Hydrogen has +1, when covalently bound to a non-metal, with a metal (hydride, H ) 1
Biological redox processes Slide 2f Oxidation number rules Oxidation number of a pure element is 0 Ox. num. of a monoatomic ion = the ion charge example: oxidation number for Na + = 1, for S 2 = 2 Hydrogen has +1, when covalently bound to a non-metal, with a metal (hydride, H ) 1 Oxygen has 2, in peroxides (O 2 2 ) 1, in superoxides (O 2 ) ½
Biological redox processes Slide 2g Oxidation number rules Oxidation number of a pure element is 0 Ox. num. of a monoatomic ion = the ion charge example: oxidation number for Na + = 1, for S 2 = 2 Hydrogen has +1, when covalently bound to a non-metal, with a metal (hydride, H ) 1 Oxygen has 2, in peroxides (O 2 2 ) 1, in superoxides (O 2 ) ½ Oxidation number sum is 0 in a neutral compound
Biological redox processes Slide 2h Oxidation number rules Oxidation number of a pure element is 0 Ox. num. of a monoatomic ion = the ion charge example: oxidation number for Na + = 1, for S 2 = 2 Hydrogen has +1, when covalently bound to a non-metal, with a metal (hydride, H ) 1 Oxygen has 2, in peroxides (O 2 2 ) 1, in superoxides (O 2 ) ½ Oxidation number sum is 0 in a neutral compound Sum of ox. num. in a polyatomic ion = the ion charge
Biological redox processes Slide 2i Oxidation number rules Oxidation number of a pure element is 0 Ox. num. of a monoatomic ion = the ion charge example: oxidation number for Na + = 1, for S 2 = 2 Hydrogen has +1, when covalently bound to a non-metal, with a metal (hydride, H ) 1 Oxygen has 2, in peroxides (O 2 2 ) 1, in superoxides (O 2 ) ½ Oxidation number sum is 0 in a neutral compound Sum of ox. num. in a polyatomic ion = the ion charge example OH : H (1)+, O 2 2 + 1 = 1
Biological redox processes Slide 2j Oxidation number rules Oxidation number of a pure element is 0 Ox. num. of a monoatomic ion = the ion charge example: oxidation number for Na + = 1, for S 2 = 2 Hydrogen has +1, when covalently bound to a non-metal, with a metal (hydride, H ) 1 Oxygen has 2, in peroxides (O 2 2 ) 1, in superoxides (O 2 ) ½ Oxidation number sum is 0 in a neutral compound Sum of ox. num. in a polyatomic ion = the ion charge example OH : H (1)+, O 2 2 + 1 = 1 Compounds of metals with non-metals metals positive, nonmetals negative
Biological redox processes Slide 2k Oxidation number rules Oxidation number of a pure element is 0 Ox. num. of a monoatomic ion = the ion charge example: oxidation number for Na + = 1, for S 2 = 2 Hydrogen has +1, when covalently bound to a non-metal, with a metal (hydride, H ) 1 Oxygen has 2, in peroxides (O 2 2 ) 1, in superoxides (O 2 ) ½ Oxidation number sum is 0 in a neutral compound Sum of ox. num. in a polyatomic ion = the ion charge example OH : H (1)+, O 2 2 + 1 = 1 Compounds of metals with non-metals metals positive, nonmetals negative Mutual compounds of non-metals oxidation number depends on the electronegativities
Biological redox processes Slide 3a Redox reaction types
Biological redox processes Slide 3b Redox reaction types Redox reactions are of various types, e.g.
Biological redox processes Slide 3c Redox reaction types Redox reactions are of various types, e.g. combination: 4 Al + 3 O 2 2 Al 2 O 3
Biological redox processes Slide 3d Redox reaction types Redox reactions are of various types, e.g. combination: 4 Al + 3 O 2 2 Al 2 O 3 substitution: Zn + 2 AgNO 3 Zn(NO 3 ) 2 + 2 Ag
Biological redox processes Slide 3e Redox reaction types Redox reactions are of various types, e.g. combination: 4 Al + 3 O 2 2 Al 2 O 3 substitution: Zn + 2 AgNO 3 Zn(NO 3 ) 2 + 2 Ag decomposition: 2 NaNO 3 2 NaNO 2 + O 2
Biological redox processes Slide 3f Redox reaction types Redox reactions are of various types, e.g. combination: 4 Al + 3 O 2 2 Al 2 O 3 substitution: Zn + 2 AgNO 3 Zn(NO 3 ) 2 + 2 Ag decomposition: 2 NaNO 3 2 NaNO 2 + O 2 plain electron transfer: Fe 2+ + Cu 2+ Fe 3+ + Cu +
Biological redox processes Slide 4a Oxidation number of carbon
Biological redox processes Slide 4b Oxidation number of carbon C 4+ O 2 CH 3 C 3+ OOH HC 2+ OOH HC 0 OH CH 3 C 1 H 2 OH C 2 H 3 OH C 4 H 4
Biological redox processes Slide 4c Oxidation number of carbon C 4+ O 2 CH 3 C 3+ OOH HC 2+ OOH HC 0 OH CH 3 C 1 H 2 OH C 2 H 3 OH C 4 H 4 Oxidation number formal change
Biological redox processes Slide 5a Redox reactions in biochemistry
Biological redox processes Slide 5b Redox reactions in biochemistry Very often it is a hydrogenation/dehydrogenation
Biological redox processes Slide 5c Redox reactions in biochemistry Very often it is a hydrogenation/dehydrogenation Electron transfer modes
Biological redox processes Slide 5d Redox reactions in biochemistry Very often it is a hydrogenation/dehydrogenation Electron transfer modes as electrons (Fe 2+ + Cu 2+ Fe 3+ + Cu + )
Biological redox processes Slide 5e Redox reactions in biochemistry Very often it is a hydrogenation/dehydrogenation Electron transfer modes as electrons (Fe 2+ + Cu 2+ Fe 3+ + Cu + ) as a part of hydrogen
Biological redox processes Slide 5f Redox reactions in biochemistry Very often it is a hydrogenation/dehydrogenation Electron transfer modes as electrons (Fe 2+ + Cu 2+ Fe 3+ + Cu + ) as a part of hydrogen hydrogen molecule H 2 hydride anion H
Biological redox processes Slide 5g Redox reactions in biochemistry Very often it is a hydrogenation/dehydrogenation Electron transfer modes as electrons (Fe 2+ + Cu 2+ Fe 3+ + Cu + ) as a part of hydrogen hydrogen molecule H 2 hydride anion H actually the particle is disassembled
Biological redox processes Slide 5h Redox reactions in biochemistry Very often it is a hydrogenation/dehydrogenation Electron transfer modes as electrons (Fe 2+ + Cu 2+ Fe 3+ + Cu + ) as a part of hydrogen hydrogen molecule H 2 hydride anion H actually the particle is disassembled sharing with an atom of oxygen
Biological redox processes Slide 6a Redox potential (Oxidation-reduction potential)
Biological redox processes Slide 6b Redox potential (Oxidation-reduction potential) expresses the substance s readiness to accept electrons
Biological redox processes Slide 6c Redox potential (Oxidation-reduction potential) expresses the substance s readiness to accept electrons red ox + n e
Biological redox processes Slide 6d Redox potential (Oxidation-reduction potential) expresses the substance s readiness to accept electrons red ox + n e half-cell
Biological redox processes Slide 6e Redox potential (Oxidation-reduction potential) expresses the substance s readiness to accept electrons half-cell red ox + n e red + ox ox + red
Biological redox processes Slide 6f Redox potential (Oxidation-reduction potential) expresses the substance s readiness to accept electrons half-cell red ox + n e red + ox ox + red E = E 0 + RT nf ln [ox] [red]
Biological redox processes Slide 6g Redox potential (Oxidation-reduction potential) expresses the substance s readiness to accept electrons half-cell red ox + n e red + ox ox + red E = E 0 + RT nf ln [ox] [red] G = nf E
Biological redox processes Slide 6h Redox potential (Oxidation-reduction potential) expresses the substance s readiness to accept electrons half-cell red ox + n e red + ox ox + red E = E 0 + RT nf ln [ox] [red] G = nf E E as an energy scale
Biological redox processes Slide 7a Redox potential
Biological redox processes Slide 7b Redox potential Aox n+ + B red A red + B n+ ox
Biological redox processes Slide 7c Redox potential Aox n+ + B red A red + B n+ ox
Biological redox processes Slide 7d Redox potential Aox n+ + B red A red + B n+ ox G = G 0 + RT ln [A red][b n+ ox] [A n+ ox ][B red ]
Biological redox processes Slide 7e Redox potential Aox n+ + B red A red + B n+ ox G = G 0 + RT ln [A red][b n+ ox] [A n+ ox ][B red ] G = W = W el = nf E
Biological redox processes Slide 7f Redox potential Aox n+ + B red A red + B n+ ox G = G 0 + RT ln [A red][b n+ ox] [A n+ ox ][B red ] G = W = W el = nf E E = E 0 RT nf [red] ln [ox] E = E0 RT nf ln [A red][b n+ ox ] [Aox n+ ][B red ]
Biological redox processes Slide 8a Redox potential E 0 = 0V for standard hydrogen half-reaction (electrode)
Biological redox processes Redox potential Slide 8b E 0 = 0V for standard hydrogen half-reaction (electrode) H + at ph 0, 25 C, 1 atm in equilibrium with Pt-black electrode saturated with H 2
Biological redox processes Redox potential Slide 8c E 0 = 0V for standard hydrogen half-reaction (electrode) H + at ph 0, 25 C, 1 atm in equilibrium with Pt-black electrode saturated with H 2 ph = 7 E 0 = 0.421V
Biological redox processes Slide 9a Some biologically important redox systems Reduced form Oxidized form E 0 (V) ΔG 0 acetaldehyde acetate -0,60 values higher H 2 2H + -0,42 (reductant) isocitrate 2-oxoglutarate + CO 2-0,38 glutathione-sh glutathione-ss -0,34 NADH + H + NAD + -0,32 glyceraldehyde-3-phosphate + H 3 PO 4 1,3-bisphosphoglycerate -0,28 FADH 2 FAD -0,20 lactate pyruvate -0,19 malate oxalacetate -0,17 cytochrome b (Fe 2+ ) cytochrome b (Fe 3+ ) 0,00 succinate fumarate +0,03 dihydroubiquinone ubiquinone +0,10 cytochrome c (Fe 2+ ) cytochrome c (Fe 3+ ) +0,26 +ne ne H 2 O 2 O 2 +0,29 + values H 2 O ½ O 2 +0,82 (oxidant) lower exergonic reaction endergonic reaction
Biological redox processes Slide 9b Some biologically important redox systems Reduced form Oxidized form E 0 (V) ΔG 0 acetaldehyde acetate -0,60 values higher H 2 2H + -0,42 (reductant) isocitrate 2-oxoglutarate + CO 2-0,38 glutathione-sh glutathione-ss -0,34 NADH + H + NAD + -0,32 glyceraldehyde-3-phosphate + H 3 PO 4 1,3-bisphosphoglycerate -0,28 FADH 2 FAD -0,20 lactate pyruvate -0,19 malate oxalacetate -0,17 cytochrome b (Fe 2+ ) cytochrome b (Fe 3+ ) 0,00 succinate fumarate +0,03 dihydroubiquinone ubiquinone +0,10 cytochrome c (Fe 2+ ) cytochrome c (Fe 3+ ) +0,26 +ne ne H 2 O 2 O 2 +0,29 + values H 2 O ½ O 2 +0,82 (oxidant) lower The actual sense of a reaction depends also on the red/ox ratio, or on other factors exergonic reaction endergonic reaction
Biological redox processes Slide 10a Some biochemical redox cofactors
Biological redox processes Slide 10b Some biochemical redox cofactors metals (Fe, Cu, Zn, Mn, Ni, Mo...)
Biological redox processes Slide 10c Some biochemical redox cofactors metals (Fe, Cu, Zn, Mn, Ni, Mo...) Some details and other cofactors on the following slides
Biological redox processes Slide 11a Iron-sulphur proteins (Fe-S proteins)
Biological redox processes Slide 12a Cytochromes
Biological redox processes Slide 13a NAD(P) + Nicotinamide Adenine Dinucleotide (Phosphate)
Biological redox processes Slide 13b NAD(P) + Nicotinamide Adenine Dinucleotide (Phosphate) Redox reaction NAD(P) + NAD(P)H + H +
Biological redox processes Slide 14a LDH Lactate dehydrogenase Example of a biological redox reaction dehydrogenation + NAD NADH + H + COOH HC OH LDH COOH C O CH 3 CH 3 For the redox change in NAD, see the previous slide.
Biological redox processes Slide 15a Flavin cofactors FAD and FMN Flavin Adenine Dinucleotide and Flavin Mono Nucleotide
Biological redox processes Slide 15b Flavin cofactors FAD and FMN Flavin Adenine Dinucleotide and Flavin Mono Nucleotide Redox reaction FAD or FMN FADH 2 or FMNH 2
Biological redox processes Slide 16a Quinones Ubiquinone 2H + + 2e
The End
Biological redox processes (print version in the end of the file) Tomáš Kučera 2011
Biological redox processes Slide 1 Biological redox processes oxidation-reduction reactions always parallel reduction and oxidation oxidation = loss of electron(s) reduction = gain of electron(s) redox state characterized by the oxidation number oxidation = increase in the oxidation number reduction = decrease in the oxidation number
Biological redox processes Slide 2 Oxidation number rules Oxidation number of a pure element is 0 Ox. num. of a monoatomic ion = the ion charge example: oxidation number for Na + = 1, for S 2 = 2 Hydrogen has +1, when covalently bound to a non-metal, with a metal (hydride, H ) 1 Oxygen has 2, in peroxides (O 2 2 ) 1, in superoxides (O 2 ) ½ Oxidation number sum is 0 in a neutral compound Sum of ox. num. in a polyatomic ion = the ion charge example OH : H (1)+, O 2 2 + 1 = 1 Compounds of metals with non-metals metals positive, nonmetals negative Mutual compounds of non-metals oxidation number depends on the electronegativities
Biological redox processes Slide 3 Redox reaction types Redox reactions are of various types, e.g. combination: 4 Al + 3 O 2 2 Al 2 O 3 substitution: Zn + 2 AgNO 3 Zn(NO 3 ) 2 + 2 Ag decomposition: 2 NaNO 3 2 NaNO 2 + O 2 plain electron transfer: Fe 2+ + Cu 2+ Fe 3+ + Cu +
Biological redox processes Slide 4 Oxidation number of carbon C 4+ O 2 CH 3 C 3+ OOH HC 2+ OOH HC 0 OH CH 3 C 1 H 2 OH C 2 H 3 OH C 4 H 4 Oxidation number formal change
Biological redox processes Slide 5 Redox reactions in biochemistry Very often it is a hydrogenation/dehydrogenation Electron transfer modes as electrons (Fe 2+ + Cu 2+ Fe 3+ + Cu + ) as a part of hydrogen hydrogen molecule H 2 hydride anion H actually the particle is disassembled sharing with an atom of oxygen
Biological redox processes Slide 6 Redox potential (Oxidation-reduction potential) expresses the substance s readiness to accept electrons half-cell red ox + n e red + ox ox + red E = E 0 + RT nf ln [ox] [red] G = nf E E as an energy scale
Biological redox processes Slide 7 Redox potential Aox n+ + B red A red + B n+ ox G = G 0 + RT ln [A red][b n+ ox] [A n+ ox ][B red ] G = W = W el = nf E E = E 0 RT nf [red] ln [ox] E = E0 RT nf ln [A red][b n+ ox ] [Aox n+ ][B red ]
Biological redox processes Slide 8 Redox potential E 0 = 0V for standard hydrogen half-reaction (electrode) H + at ph 0, 25 C, 1 atm in equilibrium with Pt-black electrode saturated with H 2 ph = 7 E 0 = 0.421V
Biological redox processes Slide 9 Some biologically important redox systems Reduced form Oxidized form E 0 (V) ΔG 0 acetaldehyde acetate -0,60 values higher H 2 2H + -0,42 (reductant) isocitrate 2-oxoglutarate + CO 2-0,38 glutathione-sh glutathione-ss -0,34 NADH + H + NAD + -0,32 glyceraldehyde-3-phosphate + H 3 PO 4 1,3-bisphosphoglycerate -0,28 FADH 2 FAD -0,20 lactate pyruvate -0,19 malate oxalacetate -0,17 cytochrome b (Fe 2+ ) cytochrome b (Fe 3+ ) 0,00 succinate fumarate +0,03 dihydroubiquinone ubiquinone +0,10 cytochrome c (Fe 2+ ) cytochrome c (Fe 3+ ) +0,26 +ne ne H 2 O 2 O 2 +0,29 + values H 2 O ½ O 2 +0,82 (oxidant) lower The actual sense of a reaction depends also on the red/ox ratio, or on other factors exergonic reaction endergonic reaction
Biological redox processes Slide 10 Some biochemical redox cofactors metals (Fe, Cu, Zn, Mn, Ni, Mo...) Some details and other cofactors on the following slides
Biological redox processes Slide 11 Iron-sulphur proteins (Fe-S proteins)
Biological redox processes Slide 12 Cytochromes
Biological redox processes Slide 13 NAD(P) + Nicotinamide Adenine Dinucleotide (Phosphate) Redox reaction NAD(P) + NAD(P)H + H +
Biological redox processes Slide 14 LDH Lactate dehydrogenase Example of a biological redox reaction dehydrogenation + NAD NADH + H + COOH HC OH LDH COOH C O CH 3 CH 3 For the redox change in NAD, see the previous slide.
Biological redox processes Slide 15 Flavin cofactors FAD and FMN Flavin Adenine Dinucleotide and Flavin Mono Nucleotide Redox reaction FAD or FMN FADH 2 or FMNH 2
Biological redox processes Slide 16 Quinones Ubiquinone 2H + + 2e
The End
Verze pro tisk je na stránkách 68 85 Stačí vytisknout uvedený rozsah stránek. Doporučený způsob tisku je 4 stránky na vodorovně (landscape) orientovaný list papíru. návrat na úvodní obrazovku spuštění prezentace The print version is in the pages 152 169 Just print the page range specified above. Printing 4 pages per one landscape-oriented sheet is recommended. return to the initial screen start the presentation