חִמצוּן

חמצון הן תגובות כימיות עם צריכת חמצן. בגוף הם חשובים במיוחד בקשר לייצור אנרגיה במהלך גליקוליזה. החמצון של הגוף עצמו מייצר פסולת חמצונית, הקשורה לתהליכי הזדקנות ומחלות שונות.

מה החמצון?

הכימאי אנטואן לורן דה לבואהייה טבע את המונח חמצון. הוא השתמש בשם כדי לתאר את האיחוד בין יסודות או תרכובות כימיות לחמצן. מאוחר יותר הורחב המונח וכלל תגובות התייבשות, בהן מורח אטום מימן מתרכובות. התייבשות היא תהליך חשוב בביוכימיה.

בתהליכים ביוכימיים, למשל, אטומי מימן מוסרים לעיתים קרובות מתרכובות אורגניות על ידי קואנזימים כמו NAD, NADP או FAD. בביוכימיה, תגובת העברת אלקטרונים ידועה בסופו של דבר כחמצון, בה גורם מפחית משחרר אלקטרונים לחומר מחמצן. חומר ההפחתה "מחומצן" בדרך זו.

חמצון בגוף האדם קשור בדרך כלל לתגובות הפחתה. עיקרון זה מתואר בהקשר של תגובת ה- redox. לפיכך תמיד יש להבין את הפחתות והחמצון רק כתגובות חלקיות של תגובת הרדוקס הנפוצה. תגובת הרדוקס מתאימה אפוא לשילוב של חמצון והפחתה, שמעביר אלקטרונים מחומר ההפחתה לחומר המחמצן.

במובן הצר יותר, כל תגובה כימית הצורכת חמצן נחשבת לחמצון ביוכימי. במובן הרחב יותר, חמצון הוא כל תגובה ביוכימית בהעברת אלקטרונים.

פונקציה ומשימה

חמצון מתאים לשחרור אלקטרונים. הפחתה היא ספיגת האלקטרונים הנתונים. יחד, תהליכים אלה ידועים כתגובת ה- redox ומהווים את הבסיס לכל סוג של ייצור אנרגיה. החמצון משחרר את האנרגיה שנספגת במהלך ההפחתה.

גלוקוזה היא ספק אנרגיה שניתן לאחסון בקלות ובו זמנית אבן בניין חשובה לתאים. מולקולות גלוקוז מהוות חומצות אמינו ותרכובות חיוניות אחרות. בביוכימיה, המונח גליקוליזה מתאר את חמצון הפחמימות. הפחמימות מתפרקות לאבני הבניין האישיות שלהם בגוף, כלומר למולקולות גלוקוז ופרוקטוז.

בתוך תאים, פרוקטוז מומר לגלוקוז יחסית מהר. בתאים משתמשים בגלוקוזה עם הנוסחה האמפירית C6H12O6 לייצור אנרגיה על ידי צריכת חמצן עם הנוסחה האמפירית O2, לפיה נוצרים פחמן דו חמצני עם הנוסחה האמפירית CO2 ומים עם הנוסחה H2O. חמצון זה של מולקולת הגלוקוז מוביל לחמצן ומפרק מימן.

המטרה של כל חמצון מסוג זה היא להשיג את ספק האנרגיה ATP. לצורך כך החמצון המתואר מתרחש בציטופלסמה, בפלזמה המיטוכונדרית ובקרום המיטוכונדריאלי.

בהקשרים רבים מכונה חמצון כבסיס לחיים, מכיוון שהיא מבטיחה את ייצור האנרגיה של הגוף עצמו. שרשרת כביכול חמצון מתרחשת בתוך המיטוכונדריה, שהיא קריטית למטבוליזם האנושי, מכיוון שכל החיים הם אנרגיה. דברים חיים מפעילים מטבוליזם כדי לייצר אנרגיה ובכך להבטיח הישרדות.

במקרה של חמצון בתוך המיטוכונדריה, בנוסף לאנרגיה של מוצר התגובה, יש גם פסולת חמצון. זבל זה תואם תרכובות פעילות כימיות הנחשבות לרדיקלים חופשיים ונשארים בבדיקה על ידי הגוף על ידי אנזימים.

מחלות ומחלות

חמצון במובן של פירוק של תרכובות אנרגיה גבוהה לאנרגיה נמוכה מתרחש ברציפות בגוף האדם תוך יצירת אנרגיה. בהקשר זה משתמשים בחמצון לייצור אנרגיה ומתרחש במיטוכונדריה, הידועות גם כתחנות הכוח הקטנות של התאים. התרכובות העשירות באנרגיה של הגוף מאוחסנות בגוף כ- ATP לאחר סוג חמצון זה.

מקור האנרגיה לחמצון הוא מזון, להמרה שלו נדרש חמצן. סוג חמצון זה יוצר רדיקלים אגרסיביים. הגוף בדרך כלל מיירט את הרדיקלים הללו באמצעות מנגנוני הגנה ומנטרל אותם. אחד ממנגנוני ההגנה החשובים בהקשר זה הוא פעילותם של נוגדי חמצון שאינם אנזימטיים. ללא חומרים אלה הרדיקלים היו תוקפים רקמות אנושיות ובעיקר גורמים נזק תמידי למיטוכונדריה.

לחץ פיזי ונפשי גבוה מגביר את חילוף החומרים וצריכת החמצן, מה שמוביל להיווצרות רדיקלית מוגברת. כך גם בדלקת בגוף או בחשיפה לגורמים חיצוניים כמו קרינת UV, קרניים רדיואקטיביות וקרניים קוסמיות או רעלים סביבתיים ועשן סיגריות.

נוגדי חמצון מגנים כמו ויטמין A, ויטמין C, ויטמין E וקרוטנואידים או סלניום אינם מסוגלים עוד לספוג את ההשפעות המזיקות של חמצון רדיקלי כאשר הם נחשפים לחשיפה מוגברת לרדיקלים. תרחיש זה קשור הן להזדקנות טבעית והן לתהליכים פתולוגיים כמו התפתחות סרטן.

תזונה, צריכת רעל, חשיפה לקרינה, ספורט נרחב, לחץ נפשי ומחלות אקוטיות וכרוניות יוצרים רדיקלים חופשיים יותר מכפי שהגוף יכול להתמודד. לרדיקלים חופשיים יש אלקטרון אחד יותר מדי או מעט מדי. כדי לפצות הם מנסים לקחת אלקטרונים ממולקולות אחרות, מה שעלול להוביל לחמצון של מרכיבי הגוף עצמו כמו ליפידים בתוך הממברנה.

רדיקלים חופשיים יכולים לגרום למוטציות ב DNA גרעין התא וב- DNA המיטוכונדריאלי. בנוסף לסרטן ולתהליך ההזדקנות, הם קשורים לטרשת עורקים, סוכרת, ראומטיזם, טרשת נפוצה, פרקינסון, אלצהיימר ומחסור חיסוני או קטרקט ולחץ דם גבוה.

רשת רדיקלים חופשיים [חלבון]], חלבוני סוכר ורכיבי חומר בסיסיים אחרים זה עם זה ובכך מקשים על סילוק פסולת מטבולית חומצית. הסביבה הופכת לטובה יותר ויותר עבור פתוגנים, שכן רקמת החיבור בפרט "מחמצת".