Встречаясь с, казалось бы, бесконечным разнообразием типов цепей окислительных реакций, студенты очень часто забывают этот простой, но чрезвычайно важный принцип. Мы можем осознать биологическое значение и важность этих окислительных процессов, происходящих в клетке, в свете энергетического обмена, рассматривая либо энергию восстановления, либо энергию фосфорилирования.

Подобно тому как АТФ играет центральную роль в энергетическом обмене клетки посредством реакций фосфорилирования, так и коферменты НАД и НАДФ выполняют важнейшую, ключевую функцию в окислительно-восстановительных реакциях. В молекуле никотинамидадениндинуклеотида (НАД) содержится амид витамина В, ниацин, или никотиновая кислота, который соединен через молекулу рибозы с концевым фосфатом АДФ. Аденин-нуклеотидная часть молекул этих коферментов, несомненно, участвует главным образом в реакциях связывания, которые определяют специфичность их взаимодействия с определенными ферментными системами; это обстоятельство с очевидностью следует из того факта, что никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ), имеющий лишь еще одну дополнительную фосфатную группу, присоединенную к аденин-рибозной части молекулы, играет в процессах обмена веществ роль, достаточно четко отличающуюся от роли НАД. Однако именно никотинамидная часть молекул обоих коферментов придает им уникальное свойство, благодаря которому они занимают центральное положение в процессах окисления и восстановления. Основными особенностями такого переноса водорода, благодаря которым этот процесс столь важен для экономики клетки, являются:

1) обратимость многих дегидрогеназных реакций вследствие того, что изменения энергии при этих реакциях как правило невелики;
2) способность коферментов — как в окисленном, так и в восстановленном состоянии — легко отделяться от дегидрогеназ путем диссоциации;
3) возможность участия в таких реакциях множества субстратов различных типов — углеводов, липидов, аминокислот и т. д.

Благодаря этим общим свойствам никотинамиднуклеотидная система (окислительно-восстановительная) характеризуется чрезвычайной маневренностью. Обратимость процессов позволяет ей участвовать как в окислении субстрата, так и в восстановлении продукта реакции в зависимости от потребностей клетки. Подвижность системы облегчает двусторонний обмен атомами водорода и электронами между различными дегидрогеназными системами и различными частями клетки.

Благодаря возможности вовлечения разнообразных субстратов эта система служит связующим звеном, посредством которого восстанавливающие эквиваленты, необходимые при восстановительном анаболизме биомолекул одной категории, могут быть предоставлены в результате окислительного катаболизма молекул другой категории.

Хорошим примером сопряженных с НАД переносов водорода в тканях человека может служить реакция, катализируемая лактат-дегидрогеназой. Как и в случае рассмотренной выше гексокиназной реакции, полезно подразделить процесс на составляющие его этапы, для того чтобы понять природу движущей силы, заставляющей эту систему работать. Однако в отношении окислительно-восстановительных реакций эту движущую силу выражают обычно в терминах восстановительных потенциалов, а не изменений энергии, хотя, по существу, эти термины равноценны. Этапы реакции характеризуют в терминах, выражающих тенденцию или стремление каждого из реагирующих веществ действовать в качестве химического восстановителя, отдавая электроны молекулам акцепторов.

Чем более отрицательна величина Е'0 (в вольтах), тем более выражено стремление участвующих в реакции веществ действовать в качестве восстанавливающей системы, отдавая электроны другому веществу. Так, в нашем примере пара НАД» Н=НАД+ в реакции (1) имеет более отрицательный восстановительный потенциал и стремится отдать электроны (и атомы водорода) для восстановления пары лактат — пируват в реакции (2), которая поэтому будет идти в обратном направлении.

- Вернуться в раздел "медицинская физиология"