Biophysical Electrochemistry and Hu

Biophysical Electrochemistry and Human Metabolism

Oxidation is a word that gets tossed around a LOT in discussions of nutrition and metabolism. And for good reason -- it is integral to how our bodies "burn" fuels for energy and how that energy is harnessed to drive all manner of chemical reactions. I spent my graduate years studying oxidation -- in metals -- but in many ways the principles are the same. A little while ago I came across the following paper: The Pecking Order of Free Radicals and AntiOxidants: Lipid Peroxidation, α-Tocopherol and Ascorbate. In it we find the following chart:





What the heck is that? Well, it bears a striking resemblance to one of these tables at right -- A Standard EMF Series (EMF = electromotive force) for metals. Another word commonly referencing this EMF is "potential". The relative potential indicates the tendency of each of the metals shown on the abbreviated series to lose or gain electrons -- that is, to be oxidized or reduced respectively. On the far right we have a nickel-cadmium electrochemical cell ... aka a battery. Since Ni has a higher potential than Cd, it is "less active" or prone to oxidation than Cd. If we set up the cell as shown, with a standard concentration of a corresponding metal ion in solution in each compartment, we can measure a voltage of this cell. If we then connect the metals with a wire (providing a conductive path for the electrons), the voltage/potential differential drives the flow of electrons -- aka an electrical current. Any battery operated device harnesses that electrical energy to do mechanical work, generate heat, light, etc.


The oxidation of metals is generally called corrosion and usually considered a detrimental process that can alter the appearance, mechanical integrity and properties such as conductivity, ductility, surface friction, etc. of metals. However, harness that oxidation as in the battery, and it's actually a "good thing". We are all well familiar with rusting of iron, but before all of our outdoor trash cans were made of plastic, they were made of galvanized steel. Galvanized steel is iron, Fe, coated with zinc, Zn. Since Fe is above Zn on the series, the Zn oxidizes and in doing so, protects the Fe from being oxidized, or rusting, as it would normally be subjected to due to hydrogen and oxygen in the environment. Zinc is like an antioxidant for our trash can! We would call Fe-Zn a "redox couple" in this scenario.

So it struck me quite a while ago that a lot of the biochemistry we look at in metabolism is more like electrochemistry than organic chemistry, or "o chem" per se. O chem focuses more on structure and the mechanisms by which reactions occur, classifications of molecules, etc. This branch of chemistry is more involved in understanding how various enzymes, hormones, receptors and transporters operate to facilitate our biochemistry. But the reactions themselves and what drives them in our bodies are not a whole lot different than the metallurgical electrochemistry, we're basically talking biological and physical electrochemistry -- what I'll call biophysical electrochem for short.

I'm going to first lay some groundwork of basic chemistry -- structure of matter, bonding, etc., chemical reactions including reversible reactions and chemical equilibrium. Then we can discuss oxidation reactions and biological redox couples -- how our bodies harness chemical potential energy and make use of coupling oxidation and reduction reactions -- just as in the battery -- to sustain many of the processes we know as life. Because one main actor in these reactions is the H+ ion, we'll discuss a bit about acids and bases as well. While I'll probably bore half my audience to death breaking this down, I hope to help some of you navigate the sea of utter bullshit -- there's no delicate term for some of it -- out there vis a vis mitochondrial function, ROS (reactive oxygen species) and the electron transport chain. In discussing the ETC protein complexes, ATP production and uncoupling proteins we will necessarily have to expand this discussion past strict redox chemistry to chemio-osmotic phenomenon that harness ionic currents (bioelectricity) to drive reactions.

The assertion that somehow fatty acid oxidation for energy is preferable to glycolysis is one of the latest gimmicks out there as folks following these generally opportunistic gurus increase their fat consumption and reduce protein consumption in search of some "Holy Grail" of metabolism ... or nutritional ketotic nirvana ... to be a fat burning beast ... burn low and slow or fast and furious depending on which guru you follow. Is it true? I'd say the jury is out and there's at least as much evidence out there to support a glucose dominated metabolism, or better yet, IMO, the notion of agnostic mitochondria so long as they are well nourished but not over nourished.

Hopefully in the end, we can sort through some of what is true and that which is woo in this whole realm of mitochondrial dysfunction, insulin resistance, diabetes and all manner of "metabolic derangement". In the context of the electrochemistry involved we can sort through what impact, if any, the macronutrient composition of one's diet and/or its caloric content may have, and other factors like genetics that are at play. To the latter there is ever emerging peer review literature to discuss, but as to the relationship between diet and mitochondrial function, the waters are far more murky. I invite everyone, including detractors, to participate here in the comments as only by discussing these things and being challenged can we endeavor to arrive at the truth to the best that the available scientific evidence allows us.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ไฟฟ้าเคมี biophysical และเมแทบอลิซึมของมนุษย์ออกซิเดชันเป็นคำที่ได้รับเพราะตลอดในโภชนาการและการเผาผลาญ และสำหรับเหตุผลที่ดี - เป็นไปว่าร่างกายของเรา "เขียน" มาพลังงานและวิธีควบคุมพลังงานที่ขับลักษณะทั้งหมดของปฏิกิริยาเคมี ฉันใช้ของฉันปีบัณฑิตศึกษาออกซิเดชัน - โลหะ - แต่ในหลักจะเหมือนกัน ผ่านมาเดี๋ยวฉันมาข้ามกระดาษต่อไปนี้: สั่งจิกของอนุมูลอิสระและสารต้านอนุมูลอิสระ: Peroxidation ของไขมัน α-Tocopherol และ Ascorbate ในนั้น เราพบแผนภูมิต่อไปนี้: Heck ที่นั่นคืออะไร ดี มันหมีรูปโดดเด่นหนึ่งตารางขวา - A มาตรฐาน EMF ชุด (EMF =แรงดันไฟฟ้า) สำหรับโลหะ คำอื่นที่มักอ้างอิง EMF นี้มี "ศักยภาพ" ศักยภาพสัมพัทธ์บ่งชี้แนวโน้มของโลหะแสดงชุดย่อ จะสูญเสีย หรือรับอิเล็กตรอน - นั่นคือ การถูกออกซิไดซ์ หรือลดลงตามลำดับแต่ละ ที่ด้านขวา เรามี electrochemical เซลล์นิกเกิลแคดเมียม...อาคาแบตเตอรี่ เนื่องจาก Ni มีศักยภาพสูงกว่าซีดี ได้ "น้อย กว่าการใช้งาน" หรือ prone การออกซิเดชันกว่าซีดี ถ้าเราตั้งค่าเซลล์มาก มีความเข้มข้นมาตรฐานของไอออนโลหะเกี่ยวข้องในการแก้ปัญหาในแต่ละช่อง เราสามารถวัดแรงดันไฟฟ้าของเซลล์นี้ ถ้าเราจะเชื่อมต่อโลหะ ด้วยลวด (ให้เส้นไฟฟ้าอิเล็กตรอน), แรงดันไฟฟ้า/ศักยภาพแตกต่างไดรฟ์การไหลของอิเล็กตรอน - aka เป็นกระแสไฟฟ้า อุปกรณ์แบตเตอรี่ดำเนินจูงที่พลังงานไฟฟ้าการทำงานเครื่องจักรกล สร้างความร้อน แสง ฯลฯ ออกซิเดชันของโลหะโดยทั่วไปเรียกว่าการกัดกร่อน และมักจะถือว่ากระบวนการสร้างภัยคุกคามที่สามารถเปลี่ยนรูปลักษณ์ ความสมบูรณ์ของเครื่องจักรกล และคุณสมบัตินำ เกิดความเหนียวโดย แรงเสียดทานพื้นผิว ฯลฯ ของโลหะ อย่างไรก็ตาม เทียมที่เกิดออกซิเดชันในแบตเตอรี่ และเป็นจริง "สิ่งดี" เราคุ้นเคยดีกับพองของเหล็ก แต่ก่อนกระป๋องขยะกลางแจ้งของเราทั้งหมดทำจากพลาสติก พวกเขาทำจากเหล็กกัลวาไนซ์ สังกะสีเหล็กเป็นเหล็ก Fe เคลือบ ด้วยสังกะสี Zn เนื่องจาก Fe อยู่เหนือ Zn ชุด Zn การ oxidizes และใน ป้องกัน Fe การจากการออกซิไดซ์ พอง เป็นมันจะปกติได้ต้องไฮโดรเจนและออกซิเจนในสิ่งแวดล้อม สังกะสีเป็นเช่นเป็นสารต้านอนุมูลอิสระสำหรับสามารถถังขยะของเรา เราจะเรียก "คู่ redox" Fe Zn ในสถานการณ์สมมตินี้เพื่อหลงฉันค่อนข้างขณะที่ผ่านมาว่า ล็อตของชีวเคมีที่เราดูในเมแทบอลิซึมเป็นเหมือนไฟฟ้าเคมีกว่าเคมีอินทรีย์ "โอเคมี" ต่อ se. O เคมีมุ่งเน้นเพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงสร้างและกลไกที่ปฏิกิริยาเกิดขึ้น การจัดประเภทของโมเลกุล ฯลฯ เคมีสาขานี้จะเกี่ยวข้องมากขึ้นในวิธีต่าง ๆ เอนไซม์ ฮอร์โมน receptors และผู้ดำเนินการเพื่ออำนวยความสะดวกในวิชาชีวเคมีของเรา แต่ปฏิกิริยาเองและว่าไดรฟ์พวกเขาในร่างกายของเราไม่มีเป็นจำนวนมากทั้งที่แตกต่างจากไฟฟ้าเคมีโลหะ เรากำลังพูดคุยทางกายภาพ และชีวภาพไฟฟ้าเคมี - อะไรจะโทร biophysical electrochem สั้น ๆ พื้น ฉันจะวางครั้งแรกบางส่วนของพื้นฐานเคมี - โครงสร้างของเรื่อง ยึด ฯลฯ ปฏิกิริยาเคมีที่ผันกลับได้ปฏิกิริยาและสมดุลเคมี แล้วเราสามารถอภิปรายปฏิกิริยาออกซิเดชัน และชีวภาพ redox คู่ - วิธีร่างกายเทียมพลังงานศักย์เคมี และทำให้ใช้ของ coupling ออกซิเดชันและลดปฏิกิริยา - แบตเตอรี่ - หนุนของกระบวนการเรารู้เป็นชีวิตเดียวกัน เนื่องจากนักแสดงหลักหนึ่งในปฏิกิริยาเหล่านี้ ไอออน H + เราจะอธิบายเล็กน้อยเกี่ยวกับกรดและฐานเช่น ขณะฉันคงจะแบกผู้ชมของผมครึ่งตายนี้แบ่ง ฉันหวังว่าจะช่วยให้บางท่านนำทะเลสุดพล่าม -มีระยะไม่อ่อนบางของมัน - ออกมีวิวิ mitochondrial ฟังก์ชัน ROS (ออกซิเจนปฏิกิริยาชนิด) และลูกโซ่ขนส่งอิเล็กตรอน ในสนทนาฯลฯ โปรตีนคอมเพล็กซ์ ผลิต ATP และ uncoupling โปรตีน เราจำเป็นต้องได้ขยายสนทนานี้เคมี redox ที่เข้มงวดที่ผ่านมาปรากฏการณ์ chemio การออสโมติกที่เทียม ionic กระแส (bioelectricity) เพื่อตอบสนองต่อการขับรถยืนยันว่า อย่างใดเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันพลังงานใช้การ glycolysis เป็นหนึ่งล่าสุดออกมี gimmicks คนต่อกูรูส์เหล่านี้โดยทั่วไปยกเพิ่มปริมาณของไขมัน และลดการใช้โปรตีนในการค้นหาบาง "Holy Grail" เผาผลาญ...หรือโภชนาการ ketotic เนอวานา...ให้ ไขมันเผาไหม้สัตว์...เขียนต่ำ และช้า หรือเร็วและปล่องไฟตามที่กูรูที่คุณทำตาม เป็นจริงหรือไม่ ผมจะบอกว่า คณะลูกขุนจะออก และมีน้อยมากที่สุดหลักฐานออกมีการสนับสนุนน้ำตาลในการเผาผลาญครอบงำ หรือดี IMO แนวคิดของ agnostic mitochondria ตราบใดที่พวกเขาจะจัดดี แต่ไม่ไปหล่อเลี้ยงหวังว่าในสุด เราสามารถเรียงลำดับบางอย่างของสิ่งที่เป็นจริง และได้วูในขอบเขตนี้ทั้งหมดของ mitochondrial บกพร่อง ความต้านทานต่ออินซูลิน โรคเบาหวาน และลักษณะทั้งหมดของ "เผาผลาญความยุ่งเหยิง" ในบริบทของไฟฟ้าเคมีเกี่ยวข้อง เราสามารถเรียงผ่านสิ่งผลกระทบ ถ้ามี มี macronutrient ส่วนประกอบของอาหารและ/หรือเนื้อหาของแคลอริก และปัจจัยอื่น ๆ เช่นพันธุศาสตร์ที่อยู่ในการเล่น ไปหลัง มีไม่เคยเกิดขึ้นเพียร์ทบทวนวรรณกรรมเพื่อหารือเกี่ยวกับ แต่เป็นความสัมพันธ์ระหว่างอาหารและฟังก์ชัน mitochondrial น้ำจะขุ่นมาก ขอเชิญทุกคน รวมทั้ง detractors เข้าร่วมที่นี่ในเพียง โดยคุยสิ่งเหล่านี้ และกำลังท้าทายสามารถเราพยายามที่จะบรรลุความจริงซึ่งมีหลักฐานทางวิทยาศาสตร์ช่วยให้เราได้

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

เคมีชีวกายภาพและปฏิกิริยาการเผาผลาญ

มนุษย์ เป็นคำที่ได้รับการโยนรอบมากในการอภิปรายของโภชนาการและเมแทบอลิซึม และสำหรับเหตุผลที่ดี -- มันเป็นอย่างไร ร่างกายของเรา " เผา " เชื้อเพลิงพลังงาน แล้วพลังงานควบคุมไดรฟ์ทั้งหมดลักษณะของปฏิกิริยาทางเคมีผมใช้เวลาปีเรียนจบการศึกษาออกซิเดชัน -- โลหะ -- แต่หลายวิธีมีหลักการเดียวกัน แล้วฉันมาข้ามบทความต่อไปนี้ : คำสั่งของอนุมูลอิสระและสารต้านอนุมูลอิสระ : lipid peroxidation แอลฟาโทโคเฟอรอล และชา , . ในนั้นเราหาแผนภูมิต่อไปนี้ :





อะไรวะ อืมมันหมีคล้ายคลึงโดดเด่นหนึ่งของตารางเหล่านี้ที่ถูกต้อง -- ชุด EMF มาตรฐาน ( EMF = แรงเคลื่อนไฟฟ้า ) สำหรับโลหะ อีกคำที่มักอ้างอิง EMF นี้คือ " ศักยภาพ " ศักยภาพญาติบ่งชี้แนวโน้มของแต่ละโลหะที่ปรากฏในชุดสั้นที่จะสูญเสียหรือได้รับอิเล็กตรอน นั่นคือ จะถูกออกซิไดซ์ หรือลดลงตามลำดับบนขวาสุดมีนิกเกิลแคดเมียม electrochemical เซลล์ . . . . . . . หรือแบตเตอรี่ ตั้งแต่ฉันมีศักยภาพสูงกว่าซีดี มันคือ " งาน " ให้น้อยลง หรือมักจะเกิดกว่าซีดี ถ้าเราตั้งเป็นเซลล์ที่มีความเข้มข้นมาตรฐานของไอออนโลหะในสารละลายในแต่ละช่องที่เราสามารถวัดแรงดันไฟฟ้าของเซลล์นี้ถ้าเราเชื่อมโลหะด้วยลวด ( ให้เส้นทาง Conductive สำหรับอิเล็กตรอน ) แรงดันไฟฟ้า / ศักยภาพแตกต่างกัน ทำให้การไหลของอิเล็กตรอน -- aka เป็นกระแสไฟฟ้า แบตเตอรี่ที่ดำเนินการใด ๆที่อุปกรณ์สายรัดไฟฟ้าพลังงานทำงานเครื่องจักรกลสร้างความร้อน , แสง ฯลฯ


ออกซิเดชันของโลหะโดยทั่วไปจะเรียกว่าการกัดกร่อนและมักจะถือว่าเป็นกระบวนการที่เป็นอันตรายที่สามารถเปลี่ยนแปลงลักษณะที่ปรากฏ , เครื่องกลความซื่อสัตย์และคุณสมบัติเช่นไฟฟ้า , ความเหนียว , แรงเสียดทานพื้นผิว ฯลฯ ของโลหะ อย่างไรก็ตาม เทียมที่ออกซิเดชันในแบตเตอรี่ และมันเป็นสิ่งที่ " ดี " . เราทุกคนคุ้นเคยกับการเกิดสนิมของเหล็กแต่ก่อนที่ทั้งหมดของถังขยะกลางแจ้งที่ทำจากพลาสติก มันทำจากเหล็กชุบสังกะสี เหล็กเป็นเหล็ก , เหล็กเคลือบสังกะสี , สังกะสี เนื่องจากผู้อยู่เหนือ Zn ในชุด , สังกะสี oxidizes และในการทำเพื่อป้องกันเหล็กจากการสลายตัว หรือการเกิดสนิมที่โดยปกติจะถูกยัดเยียดให้เนื่องจากไฮโดรเจนและออกซิเจนในสภาพแวดล้อมสังกะสีเป็นสารต้านอนุมูลอิสระสำหรับถังขยะ ! เราจะเรียก Fe Zn " 1 คู่ " ในสถานการณ์นี้

มันหลงฉันสักพักแล้วที่มากของชีวเคมีเรามองในการเผาผลาญเป็นเหมือนวันวานกว่าเคมีอินทรีย์ หรือ " โอ เคมี " ต่อ se . โอ เคมีเน้นเพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงสร้างและกลไกซึ่งปฏิกิริยาเกิดขึ้น การจำแนกประเภทของโมเลกุล ฯลฯนี้สาขาเคมีเกี่ยวข้องมากขึ้นในการทำความเข้าใจวิธีการต่างๆ เอนไซม์ ฮอร์โมน และการใช้งานเพื่ออำนวยความสะดวกผู้รับขนส่งทางของเรา แต่ปฏิกิริยาของตนเองและสิ่งที่ทำให้พวกเขาในร่างกายของเราจะไม่ต่างจากวันวาน โลหะทั้งหมด เยอะเลยเรากำลังจะพูดถึงเคมีชีวภาพและกายภาพ . . แล้วผมจะโทรหา electrochem รวิเคราสั้น ๆ

ฉันไป ก่อนวางบางพื้นฐานของวิชาเคมีพื้นฐาน -- โครงสร้างของเรื่อง เชื่อม ฯลฯ รวมทั้งปฏิกิริยาผันกลับได้ ปฏิกิริยาทางเคมี และสมดุลเคมีแล้วเราสามารถอภิปรายปฏิกิริยาออกซิเดชัน และ 1 คู่ . . . ยังไงทางร่างกายของเราเทียมเคมีศักยภาพพลังงานและใช้ประโยชน์จากปฏิกิริยาออกซิเดชันและปฏิกิริยารีดักชันคู่ -- เช่นเดียวกับในแบตเตอรี่ -- การรักษามากของกระบวนการที่เรารู้จักชีวิต เพราะ พระเอก ในปฏิกิริยาเหล่านี้เป็น H ไอออน เราจะอธิบายเล็กน้อยเกี่ยวกับกรดและเบสได้เป็นอย่างดีในขณะที่ฉันอาจจะเจาะครึ่งผู้ชมของฉันตายหมดสภาพลง ฉันหวังว่าจะช่วยคุณได้บ้าง ไปทะเลมาตอแหล ไม่มีคำว่าบาง ละเอียดอ่อน มันออกมีซึ่งเป็นวิสยลฟังก์ชัน รอส ( ชนิดออกซิเจนปฏิกิริยา ) และห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน . ในการอภิปราย ฯลฯ โปรตีนเชิงซ้อนเราพบโปรตีนและการผลิตเอทีพี จําเป็นจะต้องขยายการอภิปรายที่ผ่านมานี้ เคมี ไฟฟ้า chemio การเข้มงวดกับปรากฏการณ์ที่ควบคุมกระแสไอออน ( bioelectricity )

ขับปฏิกิริยายืนยันว่าออกซิเดชันกรดไขมันให้พลังงานดีกว่าไกลโคลิซิสเป็นหนึ่งในลูกเล่นล่าสุดออกมีเป็นพวกฉวยโอกาสเหล่านี้โดยทั่วไปต่อไปนี้ gurus เพิ่มการบริโภคของไขมัน และลดการใช้โปรตีนในการค้นหาของบางอย่าง " จอกศักดิ์สิทธิ์ " ของการเผาผลาญ . . . . . . . หรือโภชนาการ ketotic นิพพาน . . . . . . . จะเผาผลาญไขมันสัตว์ . . . . . . .เผาต่ำและช้าหรือเร็วและรุนแรงซึ่งขึ้นอยู่กับกูรูคุณตาม มันจริงมั้ย ฉันว่าคณะลูกขุนจะออก และมีอย่างน้อยเป็นหลักฐานมากออกมีเพื่อสนับสนุนการปกครองการเผาผลาญกลูโคส หรือดีกว่ายัง , IMO , ความคิดของ agnostic ) ตราบเท่าที่พวกเขาจะเลี้ยงดู แต่ไม่ไปหล่อเลี้ยง .

หวังว่าในที่สุดเราสามารถจัดเรียงบางส่วนของสิ่งที่เป็นจริงและสิ่งที่เป็นวูในไมโตคอนเดรียที่มีความต้านทานต่ออินซูลินดินแดนทั้งหมดนี้ โรคเบาหวาน และลักษณะของ " การสลายก่อกวน " ในบริบทของวันวานที่เกี่ยวข้องเราสามารถจัดเรียงผ่านผลกระทบ ถ้าใด ๆของอาหาร ส่วนประกอบของอาหาร และ / หรือ เนื้อหาแคลอรี่อาจและปัจจัยอื่น ๆเช่นพันธุกรรมที่อยู่ในการเล่น ไปหลัง มีเพื่อนเคยเกิดการทบทวนวรรณกรรมเพื่อหารือ แต่ถึงความสัมพันธ์ระหว่างอาหารและการทำงาน น้ำจะขุ่น ไกลมากขึ้น ผมขอเชิญทุกคนรวมทั้ง detractors ,มีส่วนร่วมในการแสดงความคิดเห็นเท่านั้นโดยพูดถึงสิ่งเหล่านี้ และถูกท้าทายเรามุ่งหมายที่จะมาถึงความจริงที่ดีที่สุดที่หลักฐานทางวิทยาศาสตร์ที่มีอยู่ให้เรา