Myslíme na kyslík jako na život, výživu, doslovný dech čerstvého vzduchu. Ale je to vlastně velmi reaktivní prvek. Každý, kdo je spálil protokol byl svědkem toho z první ruky. Proč tedy tolik životních forem dýchá kyslík?
Pravděpodobně existují tisíce druhů metabolismů nebo chemických procesů, které udržují život, uvedly Donald CanfieldGeobiolog na University of Southern Dánsko, ale „prakticky všechny eukaryoty“ (formy života, jejichž buňky obsahují jádro) a obrovské množství Prokaryoty (Životní formy, které postrádají jádro), použijte kyslík.
Canfield mluví především o heterotrofách – organismech, včetně lidí, které získávají jejich živiny a energii konzumací jiné organické hmoty. Ne všechny organismy to dělají výhradně. Například: „Rostliny získají uhlík z CO2 ve vzduchu,“ řekl A mlýnypostdoktorandský výzkumný pracovník na Mnichovské univerzitě.
Heterotrofy rozkládají organickou hmotu v potravinách odstraněním elektronů. Ty se přenášejí z jednoho enzymu na druhý v membráně mitochondrií a vytvářejí malý proud, který čerpá protony přes tuto bariéru. A vzhledem k jeho vysoké elektronegativitě, kyslík obvykle slouží jako konečná stanice Elektronový transportní řetězecPřijetí elektronů a vyzvednutí dvou protonů za vzniku vody.
Proces v podstatě vytváří rezervoár protonů, který pak zaplaví proteinový kanál v membráně jako malá hydroelektrická přehrada. A jako turbína protein syntetizuje energii ve formě adenosin trifosfátu (ATP), jak se točí, vysvětlil, vysvětlil Nick Laneprofesor evoluční biochemie na University College London, v a veřejná prezentace. Buňka pak může tuto zabalenou energii použít nebo ji poslat do těla, aby dělala věci.
Život může použít mnoho jiné akceptory elektronů -Stejně jako sulfát, dusičnan a železo-ale kyslík je dostupný akceptor s nejvyšší energií.
„Snížení kyslíku poskytuje největší uvolňování volné energie na přenos elektronů, s výjimkou snížení fluoru a chloru,“ profesor University of Washington David Catling a jeho spoluautoři vysvětlili v a papír Publikováno v časopise Astrobiologie.
Související: Jaká je nejnebezpečnější chemikálie na světě?
Chlor a kyslík mohou generovat podobné množství energie. Fluorin by určitě mohl poskytnout více energie než kyslík, ale „fluorin je (…) zbytečný jako biologický oxidační prostředek, protože generuje explozi při kontaktu s organickou hmotou,“ napsali ve studii. To není plyn, který byste chtěli dýchat.
Chlor a fluor jsou také jedovaté, což zdůrazňuje další výhodu kyslíku. Aerobní dýchání nevytváří žádné toxické sloučeniny, pouze vodu a oxid uhličitý. Reaktivita kyslíku však může být problémem, pokud se hromadí v tkáních, kde může poškodit buněčné složky, jako jsou DNA a proteiny. Proto Antioxidanty, s míroujsou dobré pro naše zdraví.
Kyslík je také mnohem hojnější než fluor, chlor nebo nesčetné akceptory elektronů používaných v jiných formách dýchání. Navzdory své sklonu k formování sloučenin s jinými atomy se velké množství kyslíku neustále vyrábí prostřednictvím fotosyntéza. To mu umožňuje akumulovat se v atmosféře a rozpustit ve vodě, kde je snadno dostupný k životu. A jako plyn je snadné přepravit přes membrány, vysvětlil Canfield a Mills.
Když už mluvíme o hojnosti, proč nepoužívat dusík, který zahrnuje 78% zemské atmosféry?
„Hlavním problémem s dusíkem je, že je trojitý spojený,“ řekl Canfield. „A je velmi, velmi obtížné se zlomit.“
Dusík je důležitou součástí mnoha biologických sloučenin a existují celé skupiny organismů, které se specializují na energeticky náročné procesy potřebné k přerušení silné vazby dusíku, aby bylo biologicky dostupné, řekl Canfield.
Jedinečná užitečnost kyslíku přichází Kvantová fyzika. Kyslík ve svém normálním základním stavu může přijímat elektrony pouze ve stejném stavu spinu, nikoli jako elektronový pár, což je obvyklá měna chemie.
„Skutečným trikem kyslíku je, že se může hromadit na vysokou úroveň bez reakce, ale uvolňuje hodně energie (k čerpání protonů), když je krmen elektrony po jednom,“ řekl Lane Live Science v e -mailu.
Zdá se tedy, že kyslík sedí ve sladkém místě reaktivity a dostupnosti. Je to mírnější než halogeny jako je chlor a fluor, a není vázán příliš silně, jako dusík. Je však mnohem reaktivnější než jiné akceptory elektronů, jako je síran a dusičnan.
Kyslík se snadno získá a nevytváří toxické sloučeniny, které vyžadují další zpracování. A co víc, rostliny produkují velké množství tohoto reaktivního plynu prostřednictvím fotosyntézy, což nám umožňuje používat jej k podpoře našich vlastních těl.
