Para un químico, redox simplemente se refiere a la transferencia de electrones de un átomo o molécula a otro. Una parte molecular gana electrones y se reduce, y otra parte entrega electrones y se oxida. Entonces la reducción es el proceso opuesto de oxidación.
Para un no científico, la oxidación se equipara con los fenómenos de “combustión”. La madera en una fogata se oxida, el hierro en la baranda de su balcón se oxida (se oxida), y el azúcar y la grasa que come se oxida (la quema para obtener energía). Es por eso que el concepto de reducción es tan difícil de entender para las personas. Mientras se producen todas estas oxidaciones familiares, el oxígeno se reduce. Pero no hablamos de esa parte de la reacción, por lo que parece misteriosa, o incluso tecno-nerdish. Pero la ecuación electrónica es la transferencia de electrones de la madera, el hierro y los alimentos reducidos al oxígeno.
Esta transferencia de electrones no se considera una transferencia de carga. Aunque está en su nivel más básico, los átomos oxidados y reducidos resultantes se reagrupan para minimizar cualquier carga a nivel molecular. Tomemos, por ejemplo, la quema de gasolina en el motor de un automóvil. El combustible de hidrocarburos y el aire con el que se mezcla antes de explotar pueden considerarse carbono con carga cero, hidrógeno con carga cero y oxígeno con carga cero. Después de la combustión, el carbono se oxida a +4, el hidrógeno se oxida a +1 y el oxígeno a -2. Pero los átomos de carbono +4 no se encuentran en una molécula cargada, se combinan con dos oxígenos -2 para formar CO2 (dióxido de carbono), que tiene carga neutra. Dos átomos de hidrógeno +1 se combinan con un átomo de oxígeno -2 para formar agua (H2O), que también tiene carga neutra. Pero el cambio de electrones (la reacción redox) ha tenido lugar, de carbono e hidrógeno a oxígeno, con una resonante liberación de energía.
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Para un biólogo, las reacciones redox son especialmente interesantes. Representan la energía fundamental que sustenta la vida. Algún tipo de reacción redox es un aspecto necesario y esencial de los sistemas metabólicos vivos, sin los cuales ocurre la muerte.
La “energía” que impulsa la vida es en realidad un potencial redox. El potencial es la diferencia entre un átomo o molécula con un alto potencial redox y otro con un bajo potencial redox. Para nosotros, los animales de sangre caliente, el potencial redox primario que nos mantiene vivos y conscientes es el potencial entre el gas oxígeno en la atmósfera y los alimentos. El potencial de grasa-oxígeno es bastante alto, casi al nivel de las mezclas de hidrocarburos y aire que alimentan su automóvil. El potencial de oxígeno y azúcar es aproximadamente la mitad.
Pero para los microbios, el potencial puede ser dos minerales diferentes, uno de los cuales sale de un respiradero hidrotermal en el fondo del océano. Puede ser la diferencia entre el azúcar y el alcohol (la fermentación derivada de la levadura de la cerveza y el vino). Puede ser hidrógeno geotérmico y metano que se filtra desde los confines más profundos de la corteza terrestre. Puede ser una cantidad realmente sorprendente de potenciales redox.
E incluso puede ser un gradiente de entropía que impulsa una reacción de potencial redox.
La vida es un caso especial de estudio redox porque no es neutral redox. Los sistemas vivos son muy reducidos. Tienen un gran suministro de electrones en forma de combustibles como grasa, azúcar y aminoácidos, y antioxidantes como NADH, NADPH, glutatión, ascorbato (vitamina C) y vitamina E. La mayoría de las vitaminas se reducen en sus estados activos. Tome ácido fólico, que se activa reduciéndolo doblemente a tetrahidrofolato. La tetrahidrobiopterina es otro ejemplo. Se pueden obtener de alimentos en sus estados reducidos, o en su estado oxidado y posteriormente reducidos.
Una parte sustancial de la energía total de la vida se dedica al mantenimiento simple de un estado altamente reducido dentro de un entorno más oxidado. Antes de que el combustible de hidrógeno (hidruro) en NADH se use para producir ATP para alimentar enzimas, parte de él se desvía a NADPH para reciclar antioxidantes.
La palabra “antioxidante” es un poco confusa porque abarca tanto antioxidantes como agentes reductores. La mayoría de los antioxidantes NO son agentes reductores. La diferencia es que los antioxidantes pueden sacrificar electrones a radicales libres altamente oxidantes, mientras que los agentes reductores pueden donar electrones incluso a oxidantes suaves. Entonces, la analogía adecuada es que los antioxidantes son como paraguas que lo protegen del calor del sol, pero no reducen la temperatura ambiente del aire que lo rodea. Pero los agentes reductores son como los refrigeradores, pueden bajar la temperatura ambiente. Esta analogía de la temperatura es buena para comprender el papel necesario y esencial de la reducción en los sistemas vivos. La vida vive a una temperatura más fresca que el medio ambiente en el que vive.
Cuando los animales de sangre caliente (personas) no pueden mantener su energía de los potenciales redox aeróbicos (O2 + combustible >> CO2), la enfermedad se manifiesta. Una cosa es quemar glucosa en ácido láctico en casos raros en los que las demandas de atropellar a un oso requieren más energía de la que está disponible aeróbicamente, pero es una cosa completamente diferente depender continuamente del potencial redox mucho más pequeño del combustible-lactato en comparación con el combustible. -oxígeno.
Gracias por la pregunta!
