Значение окислительно-восстановительного потенциала теперь очевидно. Отрицательный окислительно-восстановительный потенциал говорит о том, что данное вещество имеет меньшее сродство к электронам, чем Н
(как в вышеприведенном примере), то есть молекула является донором электронов, то есть восстановителем. Положительный окислительно-восстановительный потенциал свидетельствует о более высоком, чем у Н
, сродстве данного вещества к электронам, то есть является окислителем или молекулой, с большей легкостью присоединяющей электроны. Эти соотношения относятся к стандартным условиям, когда концентрации окислителя, восстановителя и Н
равны 1 М и давление Н
составляет 1 атм.
Таким образом, сильный восстановитель (например, NADH) обладает отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом, тогда как сильный окислитель (О
) имеет положительный окислительно-восстановительный потенциал. Окислительно-восстановительные потенциалы многих биологически важных окислительно-восстановительных пар известны.
Изменение свободной энергии окислительно-восстановительной реакции можно легко вычислить из разности окислительно-восстановительных потенциалов реагирующих соединений.
Любую окислительно-восстановительную реакцию в общем виде можно представить следующим образом:
Сначала нужно ввести обозначения: окислитель
– окисленная форма окислителя, окислитель – восстановленная форма окислителя, восстановитель – восстановленная форма восстановителя, восстановитель
– окисленная форма восстановителя. Запишем общую реакцию, испльзуя обозначения:
окислитель
+ восстановитель ? окислитель +восстановитель
(реакция А)
Любую окислительно-восстановительную реакцию разделяют на две полу-реакции, каждая из которых представляет собой обмен электронами между окисленной и восстановленной формами окислительно восстановительной пары, чей потенциал можно измерить в эксперименте, описанном выше:
окислитель
+ e ? окислитель (реакция Б)
Окислительно восстановительный потенциал этой пары Е
восстановитель
+ e? восстановитель (реакция В)
Окислительно восстановительный потенциал этой пары Е
Вычитая реакцию в) из реакции б), получаем желаемую реакцию а) и ?E»
Теперь можем рассчитать ?G
» для восстановления пирувата за счет NADH. Изменение стандартной свободной энергии ?G
» связано с изменением окислительно-восстановительного потенциала ?E'
уравнением
?G
= -nF ?E»
где n- число переносимых электронов, F-число Фарадея (23,062 ккал • В
• моль
), ?E'
выражается в вольтах, ?G
в килокалориях на моль.
Величина окислительно-восстановительного потенциала дыхательной цепи составляет 1,14 В, что соответствует 53 ккал.
Изменение окислительно-восстановительного потенциала при переходе от системы NAD
/NADH к системе О
/Н
О составляет 1,1 В.
Движущая сила окислительного фосфорилирования – это потенциал переноса электронов, присущий NADH или FADH
. Рассчеты ?E'
и ?G
связанные с окислением NADH под действием О
. Промежуточные частичные реакции следующие:
а) 1/2О
+2Н
+2 e? Н
О
E«
= +0,82 В,