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>+ + ē → окислитель (реакция Б)
Окислительно восстановительный потенциал этой пары Е>1 восстановитель>+ + ē→ восстановитель (реакция В)
Окислительно восстановительный потенциал этой пары Е>2
Вычитая реакцию в) из реакции б), получаем желаемую реакцию а) и ΔE»>о
Теперь можем рассчитать ΔG>0» для восстановления пирувата за счет NADH. Изменение стандартной свободной энергии ΔG>0» связано с изменением окислительно-восстановительного потенциала ΔE'>о уравнением
ΔG>0 = -nF ΔE»>о
где n- число переносимых электронов, F-число Фарадея (23,062 ккал • В >-1 • моль >-1), ΔE'>о выражается в вольтах, ΔG>0 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>2/Н>2О составляет 1,1 В.
Движущая сила окислительного фосфорилирования – это потенциал переноса электронов, присущий NADH или FADH>2. Рассчеты ΔE'>о и ΔG>0 связанные с окислением NADH под действием О>2. Промежуточные частичные реакции следующие:
а) 1/2О>2 +2Н>+ +2 ē→ Н>2О
E«>о = +0,82 В,
б) NAD>+ + Н>+ +2 ē→ NADH
E«>о = – 0,32 В.
Вычитая реакцию б) из реакции а), получаем
в) 1/2 О>2 + NADH + Н>+ → Н>2О + NAD >+
ΔE'>о = +1,14 В.
Свободная энергия окисления для этой реакции составляет
ΔG>0 = -2—23,062.1,14 = – 52,6 ккал/моль.
Таким образом доказано, что молекула NADH является источником энергии, и, как показывают расчеты, при окислении этой молекулы с участием кислорода выделяется такое количество энергии, которое достаточно для синтеза 7 молекул АТФ. Но реакция происходит взрывообразно, и это не позволяет перевести энергию в более адекватную форму.