生物大分子的化學
代謝中的氧化還原(oxidation-reduction)
/ REE-doks /
電池讓電子從一個握得鬆的地方流向一個握得緊的地方,一路上收穫能量,從而給手機供電。細胞靠的正是同一招。許多從食物裡提取能量的反應,本質上就是把電子從一個分子搬到另一個分子——這些電子轉移的反應就叫氧化還原,或簡稱 redox。
氧化意味著失去電子;還原意味著獲得電子。兩者總是結伴發生——如果一個分子失去電子,必有另一個分子獲得它——所以它們是一筆成對的交易。一句好記的口訣:「失電子為氧化,得電子為還原」。在生物學裡,電子常常隨氫原子一同移動,所以一個獲得氫(和電子)的分子是在被還原,一個失去它們的分子則是在被氧化。電子攜帶著能量,並傾向於「下坡」流向那些抓得更緊的原子(氧抓得最緊)。細胞捕獲這一下坡流動所釋放的能量,而不是任由它一下子作為熱量逃散。
氧化還原是細胞提取能量的心跳。分解食物,歸根結底就是從燃料分子上剝下電子、一步一步地沿一條鏈把它們傳給氧——以可控的小份釋放能量,供細胞製造 ATP。特殊的載體分子(名字有 NAD+ 和 FAD 等)充當電子的「計程車」,在一個反應裡接上電子、在另一個反應裡把它們放下。所以當這片領域說代謝是「電子記帳」時,指的就是氧化還原:誰手裡有電子、它們正流向哪裡、以及這股流動能換來多少能量。
當葡萄糖被「燃燒」供能時,它的碳原子被逐步氧化(剝去電子),一直變成二氧化碳,而你吸入的氧則被還原(獲得這些電子),生成水——它們之間的電子流動為 ATP 的生產供能。
氧化失電子,還原得電子——永遠成對出現。
一個常見的失誤,是以為氧化總是牽涉到氧。它最初確實如此,但現代的含義不過是「失去電子」——一個分子完全可以在沒有任何氧的情況下被氧化。
又稱
另見