oksüdatsioon

Oksüdatsioonid on keemilised reaktsioonid hapniku tarbimisega. Kehas on need eriti olulised seoses energia tekitamisega glükolüüsi ajal. Keha enda oksüdatsioonid tekitavad oksüdatiivseid jäätmeid, mis on seotud vananemisprotsesside ja erinevate haigustega.

Mis on oksüdatsioon?

Keemik Antoine Laurent de Lavoisier kehtestas termini oksüdatsioon. Ta nimetas ta elementide või keemiliste ühendite liitumist hapnikuga. Mõistet laiendati hiljem dehüdrogeenimisreaktsioonidele, mille käigus ühenditest eemaldati vesinikuaatom. Dehüdratsioon on biokeemia oluline protsess.

Näiteks biokeemilistes protsessides eemaldatakse vesinikuaatomid orgaanilistest ühenditest sageli selliste koensüümide abil nagu NAD, NADP või FAD. Biokeemias nimetatakse elektronide ülekandereaktsiooni lõppkokkuvõttes oksüdatsiooniks, milles redutseerija vabastab elektronid oksüdeerijaks. Redutseerija "oksüdeeritakse" sel viisil.

Inimkeha oksüdatsioonid on tavaliselt seotud reduktsioonireaktsioonidega. Seda põhimõtet kirjeldatakse redoksreaktsiooni kontekstis. Redutseerimist ja oksüdeerumist tuleb seetõttu alati mõista ainult tavalise redoksreaktsiooni osaliste reaktsioonidena. Redoksreaktsioon vastab seega oksüdeerimise ja redutseerimise kombinatsioonile, mis viib elektronid redutseerijast oksüdeerijani.

Kitsamas tähenduses loetakse iga hapnikku kulutavat keemilist reaktsiooni biokeemiliseks oksüdatsiooniks. Laiemas tähenduses on oksüdatsioon mis tahes biokeemiline reaktsioon elektronide ülekandumisega.

Funktsioon ja ülesanne

Oksüdatsioon vastab elektronide vabanemisele. Redutseerimine on antud elektronide omastamine. Neid protsesse nimetatakse redoksreaktsiooniks ja need on igat tüüpi energiatootmise aluseks. Oksüdatsioon vabastab energia, mis neeldub redutseerimise ajal.

Glükoos on kergesti ladustatav energiatarnija ja samal ajal oluline rakkude ehitusplokk. Glükoosimolekulid moodustavad aminohapped ja muud elutähtsad ühendid. Biokeemias kirjeldab termin glükolüüs süsivesikute oksüdeerumist. Süsivesikud jaotatakse kehas nende üksikuteks ehitusplokkideks, st glükoosi- ja fruktoosimolekulideks.

Rakkudes muundatakse fruktoos suhteliselt kiiresti glükoosiks. Rakkudes kasutatakse energia tootmiseks glükoosi molekulvalemiga C6H12O6 hapniku tarbimisel, mille molekulvalemiga O2 moodustatakse süsinikdioksiid molekulvalemiga CO2 ja vesi valemiga H2O. See glükoosimolekuli oksüdeerimine viib hapnikuni ja lagundab vesinikku.

Iga sellise oksüdeerimise eesmärk on saada energiatarnijale ATP. Sel eesmärgil toimub kirjeldatud oksüdatsioon tsütoplasmas, mitokondriaalses plasmas ja mitokondriaalses membraanis.

Mitmes kontekstis nimetatakse oksüdatsiooni elu aluseks, kuna see tagab keha enda energia tootmise. Mitokondrites toimub nn oksüdatsiooniahel, mis on inimese ainevahetuse jaoks ülioluline, kuna kogu elu on energia. Elusad asjad toimivad ainevahetuse kaudu energia saamiseks ja seega ellujäämise tagamiseks.

Mitokondrite sees toimuvate oksüdatsioonide korral on lisaks reaktsioonisaaduse energiale ka oksüdatsioonijäätmeid. See rämps vastab keemiliselt aktiivsetele ühenditele, mida peetakse vabadeks radikaalideks ja mida organism kontrollib ensüümide poolt.

Haigused ja tervisehäired

Oksüdeerimine toimub kõrge energia jagunemisel madala energiatarbimisega ühenditeks inimkehas pidevalt energiat genereerides. Sellega seoses kasutatakse energia tootmiseks oksüdatsiooni ja see toimub mitokondrites, mida nimetatakse ka raku väikesteks elektrijaamadeks. Keha enda energiarikkad ühendid talletuvad kehas pärast seda tüüpi oksüdatsiooni ATP-na.

Oksüdatsiooni energiaallikaks on toit, mille muundamiseks on vaja hapnikku. Seda tüüpi oksüdeerimine tekitab agressiivseid radikaale. Tavaliselt peab keha neid radikaale kaitsemehhanismide abil kinni ja neutraliseerib need. Üks olulisemaid kaitsemehhanisme selles kontekstis on mitteensümaatiliste antioksüdantide aktiivsus. Ilma nende aineteta ründaksid radikaalid inimkudesid ja põhjustaksid mitokondritele püsivaid kahjustusi.

Suur füüsiline ja vaimne stress suurendab ainevahetust ja hapniku tarbimist, mis viib radikaalide suurenenud moodustumiseni. Sama kehtib kehas esineva põletiku või kokkupuute kohta selliste väliste teguritega nagu UV-kiirgus, radioaktiivsed ja kosmilised kiired või keskkonna toksiinid ja sigaretisuits.

Kaitsvad antioksüdandid nagu A-vitamiin, C-vitamiin, E-vitamiin ja karotenoidid või seleen ei suuda enam radikaalide suurenenud kokkupuute korral radikaalse oksüdatsiooni kahjulikke toimeid absorbeerida. Seda stsenaariumi seostatakse nii loodusliku vananemise kui ka selliste patoloogiliste protsessidega nagu vähk.

Alatalitlus, mürgitarbimine, kokkupuude kiirgusega, ulatuslik sport, vaimne stress ning ägedad ja kroonilised haigused tekitavad rohkem vabu radikaale, kui keha hakkama saab. Vabadel radikaalidel on kas üks elektron liiga palju või liiga vähe. Selle kompenseerimiseks proovivad nad võtta teistelt molekulidelt elektrone, mis võivad põhjustada keha enda komponentide, näiteks lipiidide membraani oksüdeerumist.

Vabad radikaalid võivad põhjustada raku tuuma DNA ja mitokondrite DNA mutatsioone. Lisaks vähile ja vananemisprotsessile on neid seostatud arterioskleroosi, diabeedi, reuma, MS, Parkinsoni, Alzheimeri tõve ja immuunpuudulikkusega ehk kae ja kõrge vererõhuga.

Vabad radikaalid ühendavad [valke], suhkruvalke ja muid põhiainete komponente üksteisega ja raskendavad seega happeliste ainevahetusjäätmete eemaldamist. Keskkond muutub patogeenide jaoks üha soodsamaks, kuna eriti sidekoe "hapendab".