В процессе клеточного дыхания, особенно у эукариот (таких как люди, животные, растения, грибы...), кислород выступает в качестве конечного акцептора электронов в цепи переноса электронов в митохондриях. Фото: AI
Мы часто воспринимаем кислород как символ жизни, незаменимую «жизненную силу» каждого вдоха. Однако с химической точки зрения кислород — чрезвычайно активный элемент, и это может ощутить любой, кто когда-либо разводил огонь или сжигал дрова.
Кислород: и жизнь, и угроза
Окислительная сила кислорода достаточна для коррозии металлов, разрушения клеток и является основной причиной появления свободных радикалов, вызывающих повреждение ДНК и старение.
Так почему же столь многим организмам, особенно эукариотам, таким как человек, 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.
У гетеротрофных организмов, то есть организмов, получающих энергию путём переваривания других органических веществ (например, у людей или животных), производство энергии происходит в митохондриях клетки. Там органические молекулы расщепляются, высвобождая электроны, которые затем переносятся через цепочку ферментов в митохондриальной мембране.
В конце цепи кислород, благодаря своей высокой электроотрицательности, служит «конечной станцией» для приёма электронов и, соединяясь с протонами (H⁺), образует воду (H₂O). Это создаёт разность электрических потенциалов, которая создаёт протонный «резервуар» за пределами мембраны. Когда протоны возвращаются обратно через специальный белок, действующий подобно турбине, он вращается и производит АТФ – «энергетическую валюту» клетки.
Затем АТФ используется для осуществления всех процессов 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 практически не участвует в биологических реакциях по производству энергии.
Между тем, помимо кислорода, некоторые анаэробные организмы (живущие без кислорода) могут использовать 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 фтору 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, поскольку их системы защиты от активного кислорода слабо развиты. Эти организмы обычно обитают в анаэробных средах, таких как морское дно, под землёй 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 к среде, богатой кислородом, что способствовало развитию и доминированию организмов, дышащих кислородом, прокладывая путь многоклеточной жизни и сложным животным, таким как мы сегодня.
Очень интересный вопрос: «Если существует инопланетная жизнь, нужен ли ей кислород?». Ответ: возможно, да, возможно, нет.
По мнению астробиологов, инопланетная жизнь могла бы эволюционировать и научиться использовать другие акцепторы электронов, в зависимости от состава атмосферы планеты.
Но если бы на планете были условия, похожие на земные, и кислород был бы легко доступен, то разумные существа, использующие кислород, имели бы явное эволюционное преимущество по простой причине: кислород помогает генерировать больше энергии, чем любой другой вариант.
МИНЬ ХАЙ
Источник: https://tuoitre.vn/vi-sao-gan-nhu-toan-bo-su-song-tren-trai-dat-deu-hit-tho-oxy-20250528171343524.htm
Комментарий (0)