חמצון: פונקציה, משימות, תפקיד ומחלות

חמצון הן תגובות כימיות הכרוכות בצריכת חמצן. בגוף, הם חיוניים במיוחד בהקשר לייצור אנרגיה במהלך הגליקוליזה. בחמצון אנדוגני נוצר פסולת חמצונית, שקשורה בתהליכי הזדקנות ומחלות שונות.

מהי חמצון?

חמצון הן תגובות כימיות הכרוכות בצריכת חמצן. בגוף, הם חיוניים במיוחד בהקשר לייצור אנרגיה במהלך הגליקוליזה. את המונח חמצון טבע כימאי אנטואן לורן דה לבואזיה. הוא השתמש במונח כדי לתאר את האיחוד של יסודות או תרכובות כימיות עם חמצן. מאוחר יותר, המונח הורחב לתגובות התייבשות, שבהן התרכובות משוללות א הידרוגנציה אָטוֹם. התייבשות במיוחד בפרט היא תהליך חשוב בביוכימיה. בתהליכים ביוכימיים, למשל, הידרוגנציה אטומים מוסרים לעיתים קרובות מתרכובות אורגניות על ידי אנזימים כגון NAD, NADP או FAD. חמצון בביוכימיה ידוע בסופו של דבר כתגובת העברת אלקטרונים בה גורם צמצום תורם אלקטרונים לחומר מחמצן. חומר ההפחתה הוא "מחומצן". בגוף האדם, התחמצנות קשורה בעצם לתגובות הפחתה. עקרון זה מתואר בהקשר לתגובת החמצון. יש להבין אם כן תמיד הפחתות וחמצונות כתגובות חלקיות של תגובת החמצון הנפוצה. תגובת החמצון מתאימה אפוא לשילוב של חמצון והפחתה, המעביר אלקטרונים מחומר ההפחתה לחומר המחמצן. במובן הצר, כל תגובה כימית הכרוכה בצריכת חמצן נחשבת לחמצון ביוכימי. במובן הרחב יותר, חמצון הוא כל תגובה ביוכימית הכרוכה בהעברת אלקטרונים.

פונקציה ומשימה

חמצון תואם לתרומת אלקטרונים. הפחתה היא קבלת האלקטרונים שנתרמו. יחד נקראים תהליכים אלה תגובות חיזור ומהווים את הבסיס לכל סוג של ייצור אנרגיה. כך חמצון משחרר את האנרגיה הנספגת בהפחתה. גלוקוז מהווה מקור אנרגיה המאוחסן בקלות וגם אבן בניין חשובה לתאים. גלוקוז מולקולות טופס חומצות אמינו ותרכובות חיוניות אחרות. המונח גליקוליזה משמש בביוכימיה לתיאור החמצון של פחמימות. פחמימות מפורקים בגוף לאבני הבניין האינדיבידואליות שלהם, כלומר לתוך גלוקוז וגם פרוקטוז מולקולות. בתוך תאים, פרוקטוז מומר במהירות יחסית לגלוקוז. בתאים משתמשים בגלוקוזה עם הנוסחה המולקולרית C6H12O6 להפקת אנרגיה עם צריכת החמצן של הנוסחה המולקולרית O2, המייצרת פַּחמָן דו תחמוצת הנוסחה המולקולרית CO2 ו- מַיִם של הנוסחה H2O. חמצון זה של מולקולת הגלוקוז מוסיף אפוא חמצן ומסלק הידרוגנציה. המטרה של כל חמצון מסוג זה היא להשיג את ספק האנרגיה ATP. לשם כך, החמצון המתואר מתרחש בציטופלזמה, בפלסמה המיטוכונדריה ובקרום המיטוכונדריה. בהקשרים רבים מכונה חמצון כבסיס לחיים מכיוון שהוא מבטיח ייצור אנרגיה אנדוגנית. בתוך ה המיטוכונדריה, מתרחשת מה שמכונה שרשרת חמצון, שהיא חשובה ביותר לחילוף החומרים האנושי, מכיוון שכל החיים הם אנרגיה. יצורים חיים עוסקים בחילוף חומרים כדי לייצר אנרגיה ובכך להבטיח הישרדות. עם זאת, חמצון בתוך המיטוכונדריה מייצרים לא רק את אנרגיית מוצר התגובה, אלא גם פסולת חמצון. פסולת זו תואמת תרכובות פעילות כימיות המכונות רדיקלים חופשיים, אשר נשמרות על ידי הגוף באמצעותן אנזימים.

מחלות ומחלות

חמצון, במובן של פירוק תרכובות עשירות באנרגיה לתרכובות דלות אנרגיה, מתרחש ברציפות בגוף האדם בהפקת אנרגיה. בהקשר זה, חמצון משמש לייצור אנרגיה ומתרחש ב המיטוכונדריה, המכונים גם תחנות הכוח הקטנות של התאים. תרכובות עשירות באנרגיה המיוצרות על ידי הגוף מאוחסנות בגוף כ- ATP לאחר חמצון מסוג זה. נושא האנרגיה לחמצון בתהליך זה הוא מזון, להמרתו נדרש חמצן. סוג זה של חמצון מייצר רדיקלים אגרסיביים. הגוף בדרך כלל מיירט ומנטרל רדיקלים אלה באמצעות מנגנוני הגנה. אחד ממנגנוני ההגנה החשובים ביותר בהקשר זה הוא פעילותם של נוגדי חמצון שאינם אנזימטיים. רדיקלים יתקפו רקמות אנושיות ללא חומרים אלה ויגרמו נזק קבוע במיוחד למיטוכונדריה. פיזית ונפשית גבוהה לחץ להגביר את חילוף החומרים ואת צריכת החמצן, מה שמוביל ליצירת רדיקלים מוגברת. הדבר נכון גם לגבי דלקת בגוף או חשיפה לגורמים חיצוניים כגון קרינת UV, קרניים רדיואקטיביות וקרינת גובה או רעלים סביבתיים ועשן סיגריות. נוגדי חמצון מגנים כגון ויטמין, ויטמין C, ויטמין E ו קרוטנואידים or סלניום אינם מסוגלים עוד לנטרל את ההשפעות המזיקות של חמצון רדיקלי כאשר הם נחשפים לרמות מוגברות של רדיקלים. תרחיש זה קשור הן להזדקנות טבעית והן לתהליכים פתולוגיים, כמו התפתחות סרטן. לכן, תת תזונה, צריכה רעילה, חשיפה לקרינה, פעילות גופנית נרחבת, נפשית לחץומחלות אקוטיות כמו גם כרוניות יוצרות יותר רדיקלים חופשיים מכפי שהגוף יכול להתמודד איתם. לרדיקלים חופשיים יש אלקטרון אחד יותר מדי או מעט מדי. כדי לפצות, הם מנסים לקחת אלקטרונים מאחרים מולקולות, שיכול עוֹפֶרֶת לחמצון של רכיבים אנדוגניים כגון שומנים בתוך הממברנה. רדיקלים חופשיים יכולים לגרום למוטציות ל- DNA גרעיני ו- DNA מיטוכונדריאלי. בנוסף ל סרטן ותהליך ההזדקנות, הם נקשרו כגורם סיבתי לטרשת עורקים, סוכרת, שיגרון, גברת, מחלת פרקינסון, אלצהיימר מחלה, וחסר חיסוני או קטרקט ו יתר לחץ דם. רדיקלים חופשיים מקושרים [חלבון]], סוכר-חלבונים ורכיבי חומר בסיסיים אחרים יחד, מה שמקשה על הוצאת פסולת מטבולית חומצית. הסביבה נעשית טובה יותר ויותר עבור פתוגנים as רקמת חיבור, במיוחד, "מחמצת".