세포 호흡 중, 특히 진핵생물(인간, 동물, 식물, 균류 등)에서 산소는 미토콘드리아의 전자 전달 사슬에서 최종 전자 수용체 역할을 합니다. - 사진: AI
우리는 종종 산소를 생명의 상징, 모든 호흡에 없어서는 안 될 "생명력"으로 여깁니다. 하지만 화학적으로 산소는 반응성이 매우 강한 원소로, 불을 피우거나 나무를 태워본 사람이라면 누구나 직접 느낄 수 있습니다.
산소: 생명과 위협
산소의 산화력은 금속을 부식시키고, 세포를 파괴할 만큼 강력하며, DNA 손상과 노화를 유발하는 자유라디칼의 주요 원인이 됩니다.
그렇다면 왜 많은 생물체, 특히 인간과 같은 진핵생물은 여전히 생존을 위해 산소에 의존하는 걸까요?
덴마크 남부 대학의 지생물학자인 도날드 캔필드 교수는 "자연에는 아마도 수천 가지의 서로 다른 에너지 대사가 있겠지만, 거의 모든 진핵생물과 많은 원핵생물은 생존을 위해 산소를 사용합니다."라고 말했습니다.
종속영양생물, 즉 다른 유기물(인간이나 동물 등)을 소화하여 에너지를 얻는 생물에서 에너지 생성은 세포의 미토콘드리아에서 일어납니다. 미토콘드리아에서 유기 분자가 분해되어 전자를 방출하고, 이 전자는 미토콘드리아 막에 있는 효소 사슬을 통해 전달됩니다.
사슬의 끝에서 산소는 높은 전기음성도 덕분에 전자를 받아들이는 "종착역" 역할을 하며, 양성자(H⁺)와 결합하여 물(H₂O)을 형성합니다. 이로 인해 전기적 전위차가 발생하여 막 외부에 양성자 "저장소"가 형성됩니다. 양성자가 터빈처럼 작동하는 특수 단백질을 통해 다시 유입되면, 이 단백질이 회전하여 세포의 "에너지 화폐"인 ATP를 생성합니다.
ATP는 근육 수축, 신경 신호 전달, 단백질 합성부터 세포 이온 균형 유지까지 신체의 모든 활동을 실행하는 데 사용됩니다.
질소나 다른 가스를 사용하지 않는 이유는 무엇입니까?
질소는 풍부하지만 매우 안정적이고 화학적으로 불활성이며, 에너지를 생산하는 생물학적 반응에 거의 참여하지 않습니다.
한편, 일부 혐기성 생물(산소 없이 사는 생물)은 산소 외에도 황산염(SO₄²⁻), 질산염(NO₃⁻), 철 이온(Fe³⁺)과 같은 다른 전자 수용체를 사용할 수 있습니다. 그러나 이러한 물질들은 모두 산소보다 훨씬 적은 에너지를 제공합니다.
워싱턴 대학교 데이비드 캐틀링 교수는 천체생물학 저널에 "산소(O₂)의 환원은 전자 전달당 가장 높은 자유 에너지를 방출하는데, 이는 생명체가 사용하기에 너무 독성이 강한 불소와 염소에 이어 두 번째로 높은 자유 에너지입니다."라고 밝혔습니다.
그러므로 산소는 적어도 지구상에서는 생명체에게 가장 이상적인 선택입니다.
모든 생물이 산소를 좋아하는 것은 아닙니다.
산소는 효과적이지만 모든 생물이 산소를 "좋아하는" 것은 아닙니다. 일부 혐기성 세균은 산소 없이도 완전히 살 수 있으며, 활성 산소에 대한 보호 체계가 제대로 발달되지 않아 산소에 의해 죽기도 합니다. 이러한 미생물은 일반적으로 해저, 지하, 또는 동물의 장 등 혐기성 환경에서 서식합니다.
25억 년 전 식물과 남조류가 광합성을 통해 산소를 생산하기 시작한 이래로 지구는 점차 산소가 풍부한 환경으로 전환되어 산소 호흡 생물의 발달과 우세를 촉진했고, 오늘날 우리와 같은 다세포 생명체와 복잡한 동물의 길을 열었습니다.
아주 흥미로운 질문은 "외계 생명체가 있다면 산소가 필요할까요?"입니다. 답은 아마도 '예'일 수도 있고, 아마도 '아니요'일 수도 있습니다.
천체생물학자들에 따르면, 외계 생명체는 행성 대기의 구성에 따라 다른 전자 수용체를 사용하도록 진화할 수도 있습니다.
하지만 지구와 비슷한 환경, 즉 산소를 쉽게 이용할 수 있는 행성이라면, 산소를 이용하는 지적인 생물은 진화적으로 뚜렷한 이점을 가질 수 있을 것입니다. 그 이유는 간단합니다. 산소는 다른 어떤 에너지보다 더 많은 에너지를 생성하는 데 도움이 되기 때문입니다.
민하이
출처: https://tuoitre.vn/vi-sao-gan-nhu-toan-bo-su-song-tren-trai-dat-deu-hit-tho-oxy-20250528171343524.htm
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