Bei der Zellatmung, insbesondere bei Eukaryoten (wie Menschen, Tieren, Pflanzen, Pilzen...), fungiert Sauerstoff als letzter Elektronenakzeptor in der Elektronentransportkette in den Mitochondrien – Foto: AI
Sauerstoff gilt für uns oft als Symbol des Lebens, als unverzichtbare „Lebenskraft“ in jedem Atemzug. Chemisch gesehen ist Sauerstoff jedoch ein hochreaktives Element, was jeder, der schon einmal ein Feuer angezündet oder Holz verbrannt hat, direkt spüren kann.
Sauerstoff: Leben und Bedrohung zugleich
Die Oxidationskraft des Sauerstoffs reicht aus, um Metalle zu korrodieren, Zellen zu zerstören und ist die Hauptursache für freie Radikale, die DNA-Schäden und Alterung verursachen.
Warum sind so viele Organismen, insbesondere Eukaryoten wie der Mensch, zum Leben noch immer auf Sauerstoff angewiesen?
„In der Natur gibt es wahrscheinlich Tausende verschiedener Energiestoffwechsel, aber fast alle Eukaryoten und viele Prokaryoten benötigen Sauerstoff zum Leben“, sagte Professor Donald Canfield, Geobiologe an der Universität von Süddänemark.
Bei heterotrophen Organismen, also Organismen, die Energie durch die Verdauung anderer organischer Stoffe gewinnen (wie Menschen oder Tiere), erfolgt die Energieproduktion in den Mitochondrien der Zelle. Dort werden organische Moleküle abgebaut, wobei Elektronen freigesetzt werden, die dann über eine Kette von Enzymen in der Mitochondrienmembran weitergeleitet werden.
Am Ende der Kette fungiert Sauerstoff dank seiner hohen Elektronegativität als „Endstation“, um Elektronen aufzunehmen und sich mit Protonen (H⁺) zu Wasser (H₂O) zu verbinden. Dadurch entsteht eine elektrische Potenzialdifferenz, die außerhalb der Membran ein Protonenreservoir aufbaut. Wenn die Protonen durch ein spezielles Protein zurückströmen, das wie eine Turbine wirkt, dreht es sich und erzeugt ATP, die „Energiewährung“ der Zelle.
ATP wird dann für alle Aktivitäten im Körper verwendet: von der Muskelkontraktion über die Übertragung von Nervensignalen und die Proteinsynthese bis hin zur Aufrechterhaltung des zellulären Ionengleichgewichts.
Warum nicht Stickstoff oder ein anderes Gas verwenden?
Stickstoff ist zwar reichlich vorhanden, aber sehr stabil und chemisch inert und nimmt kaum an biologischen Reaktionen zur Energieerzeugung teil.
Mittlerweile können einige anaerobe Organismen (die ohne Sauerstoff leben) neben Sauerstoff auch andere Elektronenakzeptoren wie Sulfat (SO₄²⁻), Nitrat (NO₃⁻) oder Eisenionen (Fe³⁺) nutzen. Alle diese Substanzen liefern jedoch deutlich weniger Energie als Sauerstoff.
„Bei der Reduktion von Sauerstoff (O₂) wird die höchste freie Energie pro Elektronentransfer freigesetzt, nur Fluorid und Chlor sind noch stärker betroffen, da diese für Leben zu giftig sind“, erklärte Professor David Catling (University of Washington) in der Zeitschrift Astrobiology.
Daher ist Sauerstoff die ideale Wahl für Leben, zumindest auf der Erde.
Nicht alle Lebewesen mögen Sauerstoff.
Obwohl Sauerstoff wirksam ist, mögen ihn nicht alle Organismen. Einige anaerobe Bakterien können vollständig ohne Sauerstoff leben und werden sogar dadurch abgetötet, da ihre Abwehrmechanismen gegen aktiven Sauerstoff schlecht entwickelt sind. Diese Organismen leben typischerweise in anaeroben Umgebungen wie dem Meeresboden, der Erde oder im Darm von Tieren.
Seit Pflanzen und Cyanobakterien vor mehr als 2,5 Milliarden Jahren begannen, durch Photosynthese Sauerstoff zu produzieren, hat sich die Erde allmählich in eine sauerstoffreiche Umgebung verwandelt, was die Entwicklung und Dominanz sauerstoffatmender Organismen förderte und den Weg für mehrzelliges Leben und komplexe Tiere wie uns heute ebnete.
Eine sehr interessante Frage ist: „Wenn es außerirdisches Leben gibt, braucht es Sauerstoff?“ Die Antwort lautet vielleicht ja, vielleicht nein.
Astrobiologen zufolge könnte sich außerirdisches Leben so entwickeln, dass es je nach Zusammensetzung der Atmosphäre des Planeten andere Elektronenakzeptoren nutzt.
Wenn auf dem Planeten jedoch Bedingungen wie auf der Erde herrschen würden und Sauerstoff leicht verfügbar wäre, dann hätten intelligente Lebewesen, die Sauerstoff nutzen, einen deutlichen evolutionären Vorteil, und zwar aus einem einfachen Grund: Sauerstoff trägt zur Erzeugung von mehr Energie bei als jede andere Option.
MINH HAI
Quelle: https://tuoitre.vn/vi-sao-gan-nhu-toan-bo-su-song-tren-trai-dat-deu-hit-tho-oxy-20250528171343524.htm
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