SPIN MAGNETIC PROPERTIES OF OXYGEN AND ITS ACTIVE FREE RADICAL FORMS

Main Article Content

Борис Мінаєв
Олександр Панченко
Олександр Решетняк

Abstract

Аеробне життя ґрунтується на диханні киснем повітря. На відміну від переважної більшості хімічно стабільних речовин, молекула O2 має два неспарених електрони з паралельними спінами, тобто є триплетним бірадикалом. Ці два неспарених електрони молекули О2 означають, що кисень є парамагнітним газом, тоді як багато інших хімічних речовин є діамагнетиками, включаючи майже всі органічні стабільні компоненти живої клітини, які складаються з біополімерів та молекул (ДНК, РНК, білків, ліпідів, вуглеводів, ферментів, ФАД, НАД, тощо). Всі вони мають парну кількість електронів, які в свою чергу спарені з антипаралельними спінами згідно з принципом Паулі і дають сумарний спін рівний нулю. За рахунок окисно-відновних реакцій в клітинах аеробного організму постійно відбувається утворення активних форм кисню (АФК), тобто супероксиду О2, гідроксильного ОН• і пероксидних радикалів •RО2, •ОН2, синглетного кисню О2(1Δg), пероксинітриту ONО2, пероксиду водню О2Н2 та інших, які відіграють важливу роль у багатьох фізіологічних процесах. Таких як транспортування електронів у дихальному ланцюзі, синтез простагландинів, передача сигналів на регуляторні системи, які контролюють тонус судин, реакцію на мікроби, експресію генів, та інші. Цей огляд описує залежні від обертання спіну істотні особливості участі кисню та АФК в аеробному житті.

Article Details

Section
Статті

References

Minaev B.F., Murugan N.A., Ågren, H. Dioxygen spectra and bioactivation. International Journal of Quantum Chemistry. 2013. Vol. 113(14). P. 1847–1867. https://doi.org/10.1002/qua.24390

Massey V. Activation of molecular oxygen by flavins and flavoproteins. Journal of Biological Chemistry. 1994. Vol. 269(36). P. 22459–22462. https://doi.org/10.1016/S0021-9258(17)31664-2

Minaev B.F. Spin effects in reductive activation of O2 by oxidase enzymes. RIKEN Review. Tokyo. 2002. Vol. 44. P. 147–149.

Siegbahn P.E.M. Structures and Energetics for O2 Formation in Photosystem II. Accounts of Chemical Research. 2009. Vol. 42(10). P. 1871−1880. https://doi.org/10.1021/ar900117k

Minaev B.F. How cofactor–free oxygenases can overcome spin prohibition in substrates oxygenation by dioxygen. Chemical Physics. 2019. Vol. 251(1). P. 61–68. https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2019.01.021.

Romero E., Castellanos J.R.Z., Gadda G., Fraaije M.W., Mattevi. A. Same Substrate, Many Reactions: Oxygen Activation in Flavoenzymes. Chemical Reviews. 2018. Vol. 118(4). P. 1742–1769. https://doi.org/10.1021 /acs.chemrev.7b00650

Minaev B.F. Magnetic torque inside the superoxide radical is the driving force for oxygen activation by dioxygenases. Advances in Chemistry Research. Volume 75. Nova Science Publishers, Incorporated. 2022.

Mittler R. ROS are good. Trends in Plant Science. 2017. Vol. 22(1). P. 11–18. https://doi.org/10.1016 /j.tplants.2016.08.002.

McCord J.M., Fridovich, I. Superoxide dismutase. An enzymic function for erythrocuprein (hemocuprein). Journal of Biological Chemistry. 1969. Vol. 244. P. 6049–6055. https://doi.org/10.1016/S0021-9258(18)63504-5

Minaev B. Photochemistry and spectroscopy of singlet oxygen in solvents. Recent advances which support the old theory. Chemistry & Chemical Technology. 2016. Vol. 10(4). P. 519–530.

Foot C. Mechanisms of Photosensitized Oxidation: There are several different types of photosensitized oxidation which may be important in biological systems. Science. 1968. Vol. 162. P. 963–970. https://doi.org/10.1126/science.162.3857.963

Minaev B.F., Panchenko A.A. Spin-catalysis of Unsaturated Substrates Oxidation by Cofactor–free Mono– and Di–oxygenases. How Triplet Oxygen Can Overcome Spin Prohibition. Ukraine Journal of Medicine, Biology, and Sport. 2019. Vol. 4(6). P. 329–343. https://doi.org/10.26693/jmbs04.06.329

Most read articles by the same author(s)