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 wird für uns oft als Symbol des Lebens angesehen, als eine unverzichtbare „Lebenskraft“ in jedem Atemzug. Chemisch gesehen ist Sauerstoff jedoch ein hochreaktives Element. Das kann jeder direkt spüren, der schon einmal ein Feuer angezündet oder Holz verbrannt hat.
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, noch immer auf Sauerstoff zum Leben angewiesen?
„In der Natur gibt es wahrscheinlich Tausende verschiedener Arten des Energiestoffwechsels, aber fast alle Eukaryoten und viele Prokaryoten benötigen Sauerstoff zum Leben“, sagte Prof. Donald Canfield, Geobiologe an der Universität von Süddänemark.
Bei heterotrophen Organismen, also solchen, die Energie durch die Verdauung anderer organischer Stoffe gewinnen (wie Menschen oder Tiere), findet die Energieproduktion in den Mitochondrien der Zelle statt. Darin werden organische Moleküle abgebaut, wobei Elektronen freigesetzt werden, die über eine Enzymkette an die Mitochondrienmembran weitergeleitet werden.
Am Ende der Kette fungiert Sauerstoff als „letzte Station“, um aufgrund seiner hohen Elektronegativität Elektronen aufzunehmen und sich mit einem Proton (H⁺) zu Wasser (H₂O) zu verbinden. Dieser Prozess erzeugt eine Potentialdifferenz, die als Protonen-„Reservoir“ außerhalb der Membran fungiert. Wenn Protonen durch ein spezielles Protein zurückfließen, 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 (ohne Sauerstoff lebende) Organismen neben Sauerstoff auch andere Elektronenakzeptoren nutzen, wie etwa Sulfat (SO₄²⁻), Nitrat (NO₃⁻) oder Eisenionen (Fe³⁺). Allerdings liefern alle diese Stoffe 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 toxischer, als dass Leben davon profitieren könnte“, erklärte Prof. 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 leben völlig ohne Sauerstoff und werden durch Sauerstoff sogar abgetötet, da ihr aktives Sauerstoffschutzsystem schlecht entwickelt ist. Diese Organismen leben typischerweise in anaeroben Umgebungen wie dem Meeresboden, unter der Erde oder im Darm von Tieren.
Seit Pflanzen und Cyanobakterien vor mehr als 2,5 Milliarden Jahren begannen, durch Photosynthese Sauerstoff zu produzieren, entwickelte sich auf der Erde allmählich eine sauerstoffreiche Umgebung. Dies förderte die Entwicklung und Dominanz sauerstoffatmender Organismen und ebnete den Weg für mehrzelliges Leben und komplexe Tiere wie uns heute.
Eine sehr interessante Frage ist: „Wenn es außerirdisches Leben gibt, braucht es Sauerstoff?“ Die Antwort ist vielleicht ja, vielleicht nein.
Astrobiologen zufolge könnte sich außerirdisches Leben so entwickeln, dass es je nach Zusammensetzung der Atmosphäre des Planeten andere Elektronenakzeptoren nutzt.
Würden auf dem Planeten jedoch Bedingungen herrschen, die denen der Erde ähnelten 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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