Canlıların büyük çoğunluğu neden oksijen soluyor? Oksijen genellikle yaşam, besin ve temiz hava ile ilişkilendirilir. Ancak bu element oldukça reaktiftir. Örneğin, bir kütüğün yanması bu reaktiviteyi gösterir. Peki, reaktif yapısına rağmen neden oksijen solunur?
Oksijenin Solunumdaki Rolü
Güney Danimarka Üniversitesi’nden jeobiyolog Donald Canfield, yaşamın binlerce farklı kimyasal süreci olabileceğini belirtiyor. Fakat ökaryotların neredeyse tamamı ile birçok prokaryot oksijeni kullanır. Özellikle heterotroflar (besin ve enerjilerini organik maddelerden alan canlılar) oksijen solur. Bununla birlikte bitkiler gibi bazı canlılar karbonu karbondioksitten alır.
Heterotroflar organik maddeleri elektronlarını alarak parçalar. Bu elektronlar, mitokondri zarındaki enzimlerden geçerek proton pompalayan bir elektrik akımı yaratır. Yüksek elektronegatifliğe sahip oksijen, elektron taşıma zincirinin son durağıdır. Oksijen elektronları alır ve iki protonla su oluşturur.
Bu süreç, bir proton rezervuarı yaratır. Protonlar daha sonra zar üzerindeki protein kanallardan geçerken, küçük bir hidroelektrik barajı gibi çalışır. University College London’dan Nick Lane, bu proteinin dönerken ATP (adenozin trifosfat) şeklinde enerji ürettiğini açıklar. Hücre, bu enerjiyi kullanabilir veya vücudun işleyişi için dağıtır.
Oksijenin Enerji Verimliliği
Yaşam, sülfat, nitrat ve demir gibi farklı elektron alıcılarını da kullanabilir. Ancak oksijen en yüksek enerjiyi sunar. Washington Üniversitesi’nden David Catling ve ekibi, oksijenin elektron transferi başına en yüksek serbest enerjiyi saldığını belirtir. Flor ve klor benzer enerji verir ama flor patlayıcıdır.
Klor ve flor daha zehirlidir. Oksijen ise sadece su ve karbondioksit üreterek toksik bileşik oluşturmaz. Ancak oksijenin reaktif yapısı, birikerek hücreye zarar verebilir. Bu yüzden antioksidanlar sağlığa faydalıdır.
Oksijenin Doğadaki Bolluğu ve Kullanılabilirliği
Oksijen diğer elektron alıcılarından çok daha bol bulunur. Fotosentez sayesinde sürekli üretilir ve atmosferde birikir. Bu durum, yaşam için oksijenin erişilebilir olmasını sağlar. Canfield ve Mills, gaz olarak zarlar arasında taşınmasının kolay olduğunu vurgular.
Azotun Kullanım Zorluğu
Dünya atmosferinin %78’ini oluşturan azotu neden kullanmıyoruz? Canfield, azotun üçlü bağlarının çok güçlü olduğunu ve kırılmasının zor olduğunu söyler. Organizmalar özel yapılarla bu bağı kırar ama bu enerji gerektirir.
Oksijenin Kuantum Fiziği Avantajları
Oksijenin kolay elde edilmesini sağlayan özellik kuantum fiziğine dayanır. Normal durumda elektron çiftleri yerine aynı spinli elektronları kabul eder. Lane, oksijenin reaksiyona girmeden yüksek seviyede birikebildiğini ve elektronları tek tek aldığında çok enerji açığa çıkardığını belirtir.
Oksijen reaktivite ve kullanılabilirlik arasında ideal dengededir. Halojenler kadar zehirli değildir, güçlü bağlar oluşturmaz. Sahip olduğu bu özellikler sayesinde, bitkiler fotosentezle bol oksijen üreterek canlıların solumasını sağlar.
