Kami menganggap oksigen sebagai kehidupan, rezeki, menghirup udara segar secara harfiah. Tapi itu sebenarnya elemen yang sangat reaktif. Siapa pun yang membakar batang kayu telah menyaksikan secara langsung ini. Jadi mengapa begitu banyak bentuk hidup menghirup oksigen?
Mungkin ada ribuan jenis metabolisme, atau proses kimia yang mempertahankan kehidupan, kata Donald Canfieldseorang ahli geobiologi di University of Southern Denmark, tetapi “hampir semua eukariota” (bentuk kehidupan yang sel-selnya mengandung inti) dan sejumlah besar Prokariota (bentuk kehidupan yang tidak memiliki nukleus), gunakan oksigen.
Canfield berbicara terutama tentang heterotrof – organisme, termasuk manusia, yang mendapatkan nutrisi dan energi mereka dengan mengonsumsi bahan organik lainnya. Tidak semua organisme melakukan ini secara eksklusif. Misalnya, “tanaman mendapatkan karbonnya dari CO2 di udara,” kata Dan Millsseorang peneliti postdoctoral di University of Munich.
Heterotrof memecah bahan organik dalam makanan dengan menelanjangi elektron darinya. Ini diturunkan dari satu enzim ke enzim lainnya di membran mitokondria, menghasilkan arus kecil yang memompa proton melintasi penghalang ini. Dan mengingat elektronegativitasnya yang tinggi, oksigen biasanya berfungsi sebagai stasiun terakhir pada ini rantai transportasi elektronmenerima elektron dan mengambil dua proton untuk membentuk air.
Proses ini pada dasarnya menciptakan reservoir proton yang kemudian membanjiri saluran protein di membran seperti bendungan hidroelektrik kecil. Dan, seperti turbin, protein mensintesis energi dalam bentuk adenosine triphosphate (ATP) saat berputar, menjelaskan Nick Laneseorang profesor biokimia evolusioner di University College London, di a Presentasi Publik. Sel kemudian dapat menggunakan energi kemasan ini atau mengirimkannya ke dalam tubuh untuk melakukan sesuatu.
Hidup bisa menggunakan banyak akseptor elektron lainnya -Seperti sulfat, nitrat dan besi-tetapi oksigen adalah akseptor energi tertinggi yang tersedia.
“Pengurangan oksigen memberikan pelepasan energi bebas terbesar per transfer elektron, kecuali untuk pengurangan fluor dan klorin,” Profesor Universitas Washington David Catling dan rekan penulisnya dijelaskan dalam a kertas diterbitkan di jurnal Astrobiologi.
Terkait: Apa bahan kimia paling berbahaya di dunia ini?
Klorin dan oksigen dapat menghasilkan energi yang sama. Fluor tentu bisa memberikan lebih banyak energi daripada oksigen, tetapi “fluor adalah […] Tidak berguna sebagai oksidan biologis karena menghasilkan ledakan saat kontak dengan bahan organik, “mereka menulis dalam penelitian ini. Itu bukan gas yang ingin Anda hirup.
Klorin dan fluor juga beracun, yang menyoroti manfaat lain dari oksigen. Respirasi aerobik tidak menghasilkan senyawa beracun, hanya air dan karbon dioksida. Namun, reaktivitas oksigen dapat menjadi masalah jika dibangun di jaringan, di mana ia dapat merusak komponen seluler seperti DNA dan protein. Itu sebabnya antioksidan, secukupnyabaik untuk kesehatan kita.
Oksigen juga jauh lebih berlimpah daripada fluor, klorin atau akseptor elektron yang banyak digunakan dalam bentuk respirasi lainnya. Terlepas dari kecenderungannya untuk membentuk senyawa dengan atom lain, sejumlah besar oksigen terus diproduksi melalui fotosintesis. Ini memungkinkannya untuk menumpuk di atmosfer dan larut dalam air, di mana ia tersedia untuk hidup. Dan, sebagai gas, mudah diangkut melintasi membran, Canfield dan Mills menjelaskan.
Berbicara tentang kelimpahan, mengapa tidak menggunakan nitrogen, yang terdiri dari 78% atmosfer Bumi?
“Masalah utama dengan nitrogen adalah terikat tiga kali lipat,” kata Canfield. “Dan itu sangat, sangat sulit untuk hancur.”
Nitrogen adalah komponen penting dari banyak senyawa biologis, dan ada seluruh kelompok organisme yang berspesialisasi dalam proses intensif energi yang diperlukan untuk memecahkan ikatan kuat nitrogen untuk membuatnya terbuat dari bioavail, kata Canfield.
Utilitas unik oksigen turun ke Fisika Quantum. Oksigen dalam keadaan tanah normal hanya dapat menerima elektron dalam keadaan putaran yang sama, bukan sebagai pasangan elektron, yang merupakan mata uang biasa kimia.
“Jadi trik sebenarnya untuk oksigen adalah bahwa ia dapat menumpuk ke tingkat tinggi tanpa bereaksi, tetapi melepaskan banyak energi (untuk memompa proton) ketika diberi makan elektron satu per satu,” kata Lane kepada Live Science dalam email.
Jadi tampaknya oksigen berada di titik sweet reaktivitas dan ketersediaan. Itu lebih ringan dari halogen seperti klorin dan fluor, dan tidak terlalu terikat, seperti nitrogen. Tapi itu jauh lebih reaktif daripada akseptor elektron lainnya, seperti sulfat dan nitrat.
Oksigen mudah diperoleh, dan tidak menghasilkan senyawa beracun yang membutuhkan pemrosesan lebih lanjut. Terlebih lagi, tanaman menghasilkan sejumlah besar gas reaktif ini melalui fotosintesis, memungkinkan kita menggunakannya untuk memicu tubuh kita sendiri.
