Во время клеточного дыхания, особенно у эукариот (таких как люди, животные, растения, грибы...), кислород действует как конечный акцептор электронов в цепи переноса электронов в митохондриях - Фото: AI
Мы часто видим кислород как символ жизни, незаменимую «жизненную силу» в каждом дыхании. Однако, с химической точки зрения, кислород является высокореактивным элементом, что-то, что любой, кто когда-либо разводил огонь или сжигал дрова, может непосредственно почувствовать.
Кислород: и жизнь, и угроза
Окислительная способность кислорода достаточна для коррозии металлов, разрушения клеток и является основной причиной появления свободных радикалов, которые вызывают повреждение ДНК и старение.
Так почему же столь многим организмам, особенно эукариотам, таким как люди, по-прежнему необходим кислород для жизни?
«В природе, вероятно, существуют тысячи различных видов энергетического метаболизма, но почти все эукариоты и многие прокариоты используют кислород для жизни», — сказал профессор Дональд Кэнфилд, геобиолог из Университета Южной Дании.
В гетеротрофных организмах, то есть организмах, которые получают энергию путем переваривания других органических веществ (например, людей или животных), производство энергии происходит в митохондриях клетки. Там органические молекулы расщепляются, высвобождая электроны, и эти электроны проходят через цепочку ферментов в митохондриальной мембране.
В конце цепи кислород действует как «конечная станция» для приема электронов, благодаря своей высокой электроотрицательности, и соединяется с протонами (H⁺), образуя воду (H₂O). Это создает разность электрических потенциалов, которая создает «резервуар» протонов снаружи мембраны. Когда протоны возвращаются через специальный белок, который действует как турбина, он вращается и создает АТФ, «энергетическую валюту» клетки.
Затем АТФ используется для осуществления всех видов деятельности в организме: от сокращения мышц, передачи нервных сигналов, синтеза белка до поддержания ионного баланса в клетках.
Почему бы не использовать азот или другой газ?
Азот, хотя и широко распространен, очень стабилен и химически инертен, и он практически не участвует в биологических реакциях по производству энергии.
Между тем, помимо кислорода, некоторые анаэробные организмы (те, которые живут без кислорода) могут использовать и другие акцепторы электронов, такие как сульфат (SO₄²⁻), нитрат (NO₃⁻) или ионы железа (Fe³⁺). Однако все эти вещества дают гораздо меньше энергии, чем кислород.
«Восстановление кислорода (O₂) высвобождает наибольшее количество свободной энергии на перенос электрона, уступая только фториду и хлору, которые слишком токсичны для жизни», — поделился профессор Дэвид Кэтлинг (Вашингтонский университет) в журнале Astrobiology.
Поэтому кислород — самый идеальный выбор для жизни, по крайней мере на Земле.
Не все существа любят кислород.
Хотя кислород эффективен, не всем организмам он «нравится». Некоторые анаэробные бактерии могут жить совсем без кислорода и даже погибают от него, поскольку их системы защиты от активного кислорода развиты слабо. Эти организмы обычно живут в анаэробных средах, таких как морское дно, под землей или в кишечнике животных.
С тех пор как более 2,5 миллиардов лет назад растения и цианобактерии начали вырабатывать кислород посредством фотосинтеза, Земля постепенно перешла в среду, богатую кислородом, что способствовало развитию и доминированию организмов, дышащих кислородом, прокладывая путь многоклеточной жизни и сложным животным, таким как мы сегодня.
Очень интересный вопрос: «Если есть инопланетная жизнь, нужен ли ей кислород?». Ответ: может быть да, может быть нет.
По мнению астробиологов, инопланетная жизнь может эволюционировать и использовать другие акцепторы электронов, в зависимости от состава атмосферы планеты.
Но если бы на планете были условия, подобные земным, и кислород был бы легкодоступен, то разумные существа, использующие кислород, имели бы явное эволюционное преимущество по простой причине: кислород помогает генерировать больше энергии, чем любой другой вариант.
МИН ХАЙ
Источник: https://tuoitre.vn/vi-sao-gan-nhu-toan-bo-su-song-tren-trai-dat-deu-hit-tho-oxy-20250528171343524.htm
Комментарий (0)