Kemija kisika in reaktivni radikali

Podcast

Play an AI-generated podcast conversation about this lesson

Questions and Answers

Katera izmed naslednjih trditev o singlet kisiku je nepravilna?

Singlet kisik ima na eni orbitali dva elektrona z antiparalelnim spinom.

Singlet kisik je radikalna spojina, ki z lahkoto sprejme nov elektron. (correct)

Singlet kisik je lahko reaktiven tudi brez sprejemanja dodatnega elektrona.

Singlet kisik je manj reaktiven od superoksidnega radikala.

Katera izmed naslednjih spojin je najbolj reaktiven radikal?

Superoksidni radikal

Singlet kisik

Peroksidni ion

Singlet radikal (correct)

Katera izmed naslednjih trditev o ozonu je pravilna?

Ozon lahko v reakcijah sproži nastanek prostih radikalov. (correct)

Ozon je radikalna spojina, ki ima nesparjen elektron na eni orbitali.

Ozon je manj reaktiven od atmosferskega kisika.

Ozon nastaja v reakcijah, pri katerih sodelujejo dušikovi oksidi.

Kateri izmed naslednjih dejavnikov ne prispeva k propadu ozonske plasti?

Izpusti iz hladilnikov (C) Signup and view all the answers

Kateri delež raztopljenega kisika v hidrosferi prispeva k aerobnemu življenju?

90 % (D) Signup and view all the answers

Zakaj je molekularni kisik bolj topen v organskih topilih kot v vodi?

Ker je molekularni kisik hidrofobna molekula. (B) Signup and view all the answers

Kateri element je najpogostejši v človeškem telesu?

Kisik (B) Signup and view all the answers

Kateri od spodaj navedenih procesov se je razvil pri bitjih, ki so preživela ekološko katastrofo, ki je povzročila povečano količino kisika v atmosferi?

Razvoj mehanizmov za uporabo kisika pri presnovnih procesih. (B) Signup and view all the answers

Kateri od naslednjih elementov NE sodeluje pri tvorbi prostih radikalov, ki so obravnavani v besedilu?

Vodik (D) Signup and view all the answers

Zakaj so prosti radikali zelo reaktivni?

Ker imajo neparni elektroni. (A) Signup and view all the answers

Kakšen je pomen reaktivnih kisikovih vrst v patofizioloških procesih?

Lahko so škodljive in koristne, odvisno od konteksta. (C) Signup and view all the answers

Kateri od navedenih elementov SO reaktivne oblike kisika?

Kisikov singlet (O2) (A), Peroksidni ion (O22-) (B), Superoksidni anion (O2-) (C), Molekularni kisik (O2) (D) Signup and view all the answers

Zakaj je pomembno, da prosti radikal hitro zapolni vrzel na energijskem nivoju z elektronom?

Ker je to potrebno za stabilizacijo molekule. (D) Signup and view all the answers

Kako se imenuje proces, s katerim nastane ozon iz molekularnega kisika?

Fotodisociacija (A) Signup and view all the answers

Kateri od navedenih elementov je najmanj reaktiven?

O2 (D) Signup and view all the answers

Kaj je značilno za atomski kisik pri tvorbi ozona?

Reagira z molekularnim kisikom. (C) Signup and view all the answers

Katere spojine so najpomembnejše pri uničevanju ozonske plasti?

Dušikovi oksidi in fluorirani ogljikovodiki. (C) Signup and view all the answers

Kako se imenujejo prosti radikali, ki nastanejo v koži zaradi prevelike izpostavljenosti UV-žarkom?

Superoksidni anioni (B) Signup and view all the answers

Kaj je glavni vir dušikovih oksidov v ozračju?

Izgorevanje v motorjih reaktivnih letal. (D) Signup and view all the answers

Kaj je povezano z nastankom singlet kisika?

Premočna ultravijolična svetloba (D) Signup and view all the answers

Kaj je skupna značilnost prostih radikalov?

Vsebujejo nesparjen elektron. (C) Signup and view all the answers

Katera od teh trditev o prostih radikalih je nepravilna?

Prosti radikali imajo vedno negativen naboj. (B) Signup and view all the answers

Kako se v kemičnih simbolih označuje prisotnost prostega radikala?

S piko nad kemičnim simbolom. (A) Signup and view all the answers

Kaj je razlika med reaktivnimi prostimi radikali in stabilnimi prostimi radikali?

Reaktivni prosti radikali reagirajo zelo hitro, stabilni pa zelo počasi. (B) Signup and view all the answers

Katero od spodnjih možnosti ne spada med primere stabilnih prostih radikalov?

Vodna molekula ($H_2O$) (A), Helijeva molekula ($He$) (B), Metanova molekula ($CH_4$) (C), Voda ($H_2O$) (J), Ogljikov dioksid ($CO_2$) (K) Signup and view all the answers

Katera vrsta kvantnega števila ni bila predstavljena z rešitvijo Schrödingerjeve enačbe za atom vodika?

Spinsko kvantno število (A) Signup and view all the answers

Katera od naslednjih trditev o dismutacijski reakciji superoksidnega aniona (O2-) je pravilna?

Superoksidni anion lahko reagira z lipidi z veliko hitrostjo, kar kaže na velike hitrostne konstante za te reakcije. (C) Signup and view all the answers

Kateri od spodnjih delov o prostih radikalih ni pravilen?

Kemično stabilni prosti radikali so veliko bolj reaktivni kot reaktivni prosti radikali. (A) Signup and view all the answers

Kateri od naslednjih prostih radikalov je primarni “krivec” za škodljive učinke ionizirajočih žarkov?

Hidroksilni radikal (OH.) (B) Signup and view all the answers

Kaj pomeni, da ima elektron nesparjen spinsko kvantno število?

Elektron se vrti v nasprotni smeri od drugih elektronov v atomu. (C) Signup and view all the answers

Kaj lahko sklepamo iz hitrostne konstante za reakcijo superoksidnega aniona z lipidi, ki je okrog 104 do 106 M-1s-1?

Reakcija se odvija zelo hitro. (C) Signup and view all the answers

Kateri od naslednjih dejavnikov vpliva na hitrost dismutacijske reakcije superoksidnega aniona?

Vsi našteti. (A) Signup and view all the answers

Kateri od naslednjih izrazov se nanaša na molekule, ki lahko sprejmejo elektrone in tako delujejo kot antioksidanti?

Ujemalci prostih radikalov (B) Signup and view all the answers

Kateri izmed naslednjih dejavnikov ne prispeva k propadu elastina v pljučih?

Povečana proizvodnja proteinov, ki gradijo elastin (D) Signup and view all the answers

Kateri od spodaj navedenih dejavnikov ni neposredno vpleten v nastanek OH radikalov?

NO (B) Signup and view all the answers

Kateri od naslednjih procesov je neposredno povezan z nastankom HO radikalov?

Hidroksilacija gvanilne skupine DNA (A) Signup and view all the answers

Kateri od spodaj navedenih dejavnikov ne vpliva na zmogljivost reparacijskih sistemov za popravilo oksidativne poškodbe DNA?

Prisotnost ultravijoličnega sevanja (A) Signup and view all the answers

Zakaj je hidroksilni radikal tako zelo reaktivna spojina?

Ker ima visoko energijo in hitro reagira z drugimi spojinami. (A) Signup and view all the answers

Kateri izmed spodaj navedenih delov telesa je najbolj dovzeten za poškodbe s strani prostih radikalov?

Pljuča (D) Signup and view all the answers

V kateri izmed naslednjih situacij je ozon koristen za zdravje?

Ko se nahaja v ozonskem sloju atmosfere (B) Signup and view all the answers

Katera izmed naslednjih trditev o oksidativnem stresu je pravilna?

Oksidativni stres nastopi, ko se ravnovesje med oksidanti in antioksidanti poruši in prevladajo oksidanti. (A) Signup and view all the answers

Study Notes

Reaktvne kisikove vrste

Živimo v okolju, kjer so prosti radikali prisotni povsod in nastajajo tudi v našem organizmu.
Pomembne so za fiziološke in patofiziološke procese. Nekatere so prosti radikali, druge ne.
Pred 2 milijardama let se je delež kisika v ozračju povečal, kar je bilo škodljivo za anaerobne organizme. Kisik reagira z biomolekulami in jih poškoduje.
Kisik je najbolj razširjen element v skorji in v hidrosferi prispeva k aerobnemu življenju. Ima ključno vlogo v biokemijskih reakcijah v hidrofobnih lipidnih membranah.
Organizmi so se prilagodili toksičnim učinkom kisika s preživetvenimi mehanizmi.
Nekateri prosti radikali so danes potrebni za normalno delovanje in preživetje mnogoceličarjev.
Poglavje obravnava prosti radikale, njihove reakcije z molekulami v organizmu in pomembnost reaktivnih kisikovih vrst v patofizioloških procesih.

Fizikalnokemične osnove

Prosti radikali so atomi, ioni ali molekule z vsaj enim nesparjenim elektronom.
Na energijskem nivoju elektronov so elektroni na orbitalah, podobnih planetarnim tirnicam. Z velikostjo orbit označimo s kvantnim številom n.
Kvantna mehanika obravnava elektrone kot valovne funkcije.
Schrödingerova enačba opisuje energijske nivoje atoma vodika in kvantnih števil.
Kvantna števila so: glavno, stransko, magnetno in spinsko.
Paulijev izključitveni princip: Na isti orbitali ne moresta biti dva elektrona z enako kvantno številko.
Hundovo pravilo: Na voljo prazne orbitale najprej zapolnjujejo z enim elektronom, preden se dopolnijo z drugim.
Na istem energijskem nivoju je največ dva elektrona z nasprotnima spinoma. V kovalentnih vezah morata imata dva vezana elektrona nasprotna spina.
Atomi z lihim številom elektronov so običajno paramagnetni.

Temeljne kemične značilnosti radikalov

Prosti radikali imajo zelo kratko življenjsko dobo, pogosto manj kot milijardska sekunda.
Zelo reaktivni so prosti radikali z lihim številom nesparjenih elektronov, ki imajo nasprotne spine.
Kemično stabilni prosti radikali reagirajo počasneje z drugimi molekulami. Primer stabilnih prostih radikalov sta molekularni kisik (O2) in dušikov dioksid (NO2).
Stabilni prosti radikali hitro reagirajo z reaktivnimi prostimi radikali.

Reaktivne molekularne oblike kisika

Najpomembnejše so:
- Atmosferski kisik (O2)
- Kisikov singlet (O2)
- Superoksidni anion (O2−)
- Peroksidni ion (O22−)
- Singlet kisik (radikal) O2.
Različne kisikove oblike imajo različne reaktivnosti. Najbolj reaktivna oblika je singlet kisik (radikal).
Reaktivnost kisikovih spojin je odvisna od njihove konfiguracije elektronov.

Drugi radikali s kisikom in reaktivne kisikove spojine

Reaktivne kisikove zvrsti poškodovanje celic.
Drugi prosti radikali s kisikom v strukturi.
Kisikove spojine, ki niso prosti radikali ,ampak pri svojih reakcijah lahko tvorijo proste radikale.
Ozon je toksična spojina, ki lahko tvori proste radikale skozi reakcije, v katerih sodeluje z UV-sevanjem in drugimi molekulami.
Dušikovi oksidi nastajajo pri izgorevanju, so vgrajeni v celične procese.

Splošen pregled nastajanja radikalov v naravi

Superoksidni anion (O2−) nastane s enostopenjsko redukcijo molekularnega kisika s presnovo ksenobiotikov(zunanji elektroni in oksidacijske encimske reakcije).
Pomemben je kot izhodiščni prosti radikal pri številnih celičnih poškodbah.
V vodnih raztopinah je superoksidni anion slab oksidant in reducent.
Biokemične poškodbe povzročajo druge reaktivne zvrsti, ki nastanejo iz superoksidnega aniona.

Nastanek radikalov pri homolitični fisiji kovalentne vezi

Pri homolitični fisiji se vsak atom obdrži svoj elektron.
Vsaj enemu atomu ostane nesparjen elektron, torej je to prosti radikal.

Pomen kovinskih ionov pri nastanku hidroksilnega radikala (OH)

Kovine iz prve skupine "d" v periodnem sistemu elementov so prosti radikali.
Železo je eden od bistvenih elementov številnih encimov.
Kovine lahko pomembno prispevajo k nastajanju radikalov v organizmu, kadar se kopiči v tkivih (npr. hemochromatosis).
Ionizirajoče sevanje lizirarajo vodo v dva koraka, kar povzroči nastanek hidroksilnega radikala.

Različne vrstne kisikove spore, ki delujejo na različne biološke komponente

Hidroksilni radikal (OH) je zelo reaktiven in reagira skoraj z vsemi biološkimi molekulami. Ima zelo kratek razpolovni čas.
Hidroksilni radikali reagirajo s spreminjanjem, dodajanjem ali prenosom elektronov.
Druge spojine, vključene v interakcije s sestavinami celic, so v razpredelnicah 2.
Prosti radikal biopolimerov lahko ima nesparjeni elektron na kisikovem, žveplovem, dušikovem ali ogljikovem atomu (heteroradikali).

Reaktivne kisikove vrste

Nastajajo v okolju in živih organizmih.
Najpomembnejši so kisikovi radikali in reaktivne kisikove spojine, ki niso radikale.
V organizmu so pomembne spojine dušika s kisikom, npr. dušikov oksid (NO) in peroksinitrit (ONOO−).
Kajenje sproži nastanek prostih radikalov, ki poškodovanje celičnih membran. Drugi učinki se nanašajo na vnetje in propad elastina.
Ozon ščiti pred UV-sevanjem, je toksičen in lahko tvori proste radikale. Povečan vnos ozona v pljučih lahko povzroči izgubo vitaminov C in E in glutationa (GSH).

Učinki radikalov v mikrookolju živih organizmov

Prosti radikali so vpleteni v številne patofiziološke procese (od akutnih zapletov do staranja).
V telesu nastajajo tudi "koristni prosti radikali", nпр. lokalni hormoni ali nevrotransmitorji.
Poškodbe celic z prostimi radikali so lahko genotoksične (poškodbe dedne snovi, strukturnih in funkcijskih molekul).

Škodljivi učinki hidroksilnega radikala (OH)

Hidroksilni radikal nastaja pod vplivom ionizirajočega sevanja, ultrazvoka, ozona in pri reakcijah, kataliziranih s kovinami.
Pomemben je pri oksidaciji etanola v mikrosomih (indukcija citokroma P450).
Kopičenje železa v tkivih (idiopatska hemochromatosis) in pomanjkanje ceruloplasmina (Wilsonova bolezen) - nastanejo škodljive motnje.
OH, ki nastaja v citoplazmi, ni genotoksičen, lahko pa postane genotoksičen, če nastane v jedru ali mitohondrijih.
Oksidacija sladkorne komponente nukleinskih kislin (deoksiriboza) ali baz.

Lipidna peroksidacija

Začetek je odvzem atoma vodika iz verige maščobnih kislin z OH.
Heteroradikali z nesparjenim elektronom na ogljiku nastajajo.
Konjugirani dieni nastanejo pri preureditvi atomov.
Reakcije se prekinijo v stiku z vitaminom E.
Pri reakcijah s kisikom nastanejo peroksilni radikali, kar sproži verižno reakcijo oksidacije lipidov.
Lipidi, hidroperoksid in ciklični peroksidi nastanejo, sledi fragmentacija v aldehide (npr., malonilaldehid) in/ali polimerizacija.
Železo igra pomembno vlogo pri reakcijah s lipidnim hidroperoksidom.

Posledice lipidne peroksidacije

Malonilaldehid nastaja v mnogih tkivih, predvsem v jetrih.
Poškoduje membrane z tvorbo velikega agregatov proteinov in pospeši celični propad.
Vdor kalcijevih ionov in izguba kalijevih ionov vodijo v nekrozo.

Nastanek kisikovega singleta

Kisikov singlet nastaja pri fotodermatozi (fotodermatitis).
Nastaja tudi pri osvetlitvi riboflavina in bilirubina.
Poškodbe so na osvetljenih delih kože.

Pomen superoksidnega aniona v patofiziologiji

Superoksidni anion nastaja kot stranski produkt mitohondrijske dihalne verige.
Vzrok za celične in tkivne poškodbe.
Reakcije s kovinami lahko povzročijo nastanek hidroksilnega radikata.
Reagira z dušikovim oksidom NO, kar vodi do peroksinitrita (ONOO−).

Pomen vodikovega peroksida v patofiziologiji

Vodikov peroksid nastaja predvsem z encimom dismutazo in peroksidaze.
Lahko inaktivira encime s skupinami –SH.
Reagira lahko z železovimi in bakrovimi ioni, tvorjenje hidroksilnih radikalov.
Reagira s ketokislinami.
Razmeroma malo reaktiven, lahke reagiranja z biomolekule.

Zaščita celic in tkiv pred radikali

Osnovna zaščita celice temelji na njeni strukturi in funkciji.
Pomembni so reparacijski sistemi poškodovane DNA.
Posebna zaščita se doseže z encimi s spodbudo in antioksidanti, ki preprečijo oksidacijo z različnimi prostimi radikali.
Antioksidantni encimi so hidroperoksidaze (katalaza in peroksidaze) in superoksid-dismutaza (SOD).
Antioksidantne snovi, ki niso encimi, so vitamin E, vitamin C, karotenoidi.

Izpitne teme

Uporabite kot vodilo za učenje in pripravo na izpit.
Spodbujate pregled in razumevanje glavnih pojmov in mehanizmov, ki so opisani v predavanjih.

Studying That Suits You

Use AI to generate personalized quizzes and flashcards to suit your learning preferences.

Description

Ta kviz preizkuša vaše znanje o lastnostih kisika, reaktivnih radikalih in njihovem pomenu v bioloških procesih. Ugotovite, katera trditev je nepravilna in katere spojine so najbolj reaktivne. Kviz obravnava ključne koncepte, povezane s kisikom v atmosferi in človeškem telesu.