Мы привыкли думать о кислороде как о синониме жизни — нет ничего лучше глотка свежего воздуха. Но, на самом деле, это очень реактивный элемент: любой, кто хоть раз жег костры, знает об этом. Так почему же столько живых организмов нуждаются в кислороде? Портал livescience.com разобрался в вопросе.
Наука предполагает, что существуют тысячи видов метаболизма — или процессов, поддерживающих жизнь. Однако практически все эукариоты (организмы, в чьих клетках есть ядра) и широкий ряд прокариотов (без ядер) нуждаются в кислороде.
Дело в том, что люди принадлежат к группе гетеротрофов — организмов, которые получают питательные вещества и энергию, поглощая другую органическую материю. А точнее, разлагают органическую материю, убирая из ее молекул электроны. Они передаются от одного энзима другому в мембране митохондрии клетки, что создает небольшой электрический ток и прокачивает протоны через этот барьер. А кислород, обладающий высоким негативным зарядом, обычно выступает финальной станцией в этой транспортной цепочке электронов.
При объединении с двумя протонами кислород формирует молекулы воды. Данный процесс, по сути, создает своего рода резервуар протонов, которые текут по протеиновым каналам в мембране как маленькая гидроэлектрическая дамба. А протеин выполняет роль турбины и синтезирует энергию в форме АТФ — или аденозинтрифосфата. После этого клетка может отправить «упакованную» энергию в тело.
Живые организмы могут использовать множество других приемщиков электронов, таких как сульфаты, нитраты и железо, но кислород — самый энергоемкий вариант. Реакция кислорода вырабатывает наибольший выброс энергии, если не брать в счет редукцию фтора и хлорина. Кислород и хлорин вырабатывают примерно сравнимые объемы энергии; фтор способен на большее, но он бесполезен в качестве биологического оксиданта, потому что при контакте вещества с органической материей возникает взрыв.
Помимо этого, фтор и хлорин — ядовитые соединения, что лишь подчеркивает оптимальность кислорода. Аэробная респирация не производит никаких токсичных веществ, только воду и углекислый газ. Правда, реактивность кислорода все равно может стать проблемой, если он накопится в тканях: это приводит к повреждению компонентов клеток, вроде ДНК и протеинов. Именно поэтому людям полезно потреблять в пищу антиоксиданты — в разумных дозах.
Наконец, кислород встречается гораздо чаще, чем фтор, хлорин или мириады других приемщиков электронов. Несмотря на свою склонность к формированию соединений с другими атомами, кислород постоянно производится в результате фотосинтеза. А это позволяет ему скапливаться в атмосфере и растворяться в воде, где он доступен всем живым организмам. К тому же, в форме газа организмы могут легко переносить его между мембранами.
Азот тоже мог бы подойти на подобную роль, т.к. на него приходится 78% состава атмосферы Земли. Проблема лишь в том, что его молекулы соединены тройной связью, которую очень тяжело разрушить.
