El dioxígeno en las reacciones biológicas, Fotosíntesis, El consumo de oxígeno y el transporte, La respiración aeróbica, Especies reactivas del oxígeno

El dioxígeno juega un papel importante en el metabolismo de la energía de los organismos vivos. El oxígeno libre se produce en la biosfera a través de fotólisis del agua durante la fotosíntesis en las cianobacterias, algas verdes, y plantas. Durante la fosforilación oxidativa en la respiración celular, el oxígeno se reduce a agua, cerrando así el ciclo redox del agua-biológica de oxígeno.

Fotosíntesis

En la naturaleza, libre de oxígeno es producido por la división impulsada por la luz del agua durante la fotosíntesis oxigénica. Las algas verdes y cianobacterias en ambientes marinos proporcionan aproximadamente el 70% del oxígeno libre producido en la tierra. El resto es producido por las plantas terrestres, aunque por ejemplo, casi todo el oxígeno producido en los bosques tropicales es consumido por los organismos vivos allí.

Una fórmula general simplificada para la fotosíntesis es:

 6CO2 6H2O fotones? C6H12O6 6O2

La evolución del oxígeno durante la fotosíntesis fotolítica se produce a través de la oxidación dependiente de la luz de agua a oxígeno molecular y se puede escribir como la siguiente reacción química simplificada: 2H2O? 4e- 4H O2

La reacción se produce en las membranas de los tilacoides de las cianobacterias, y algas y los cloroplastos de plantas y requiere la energía de cuatro fotones. Los electrones de las moléculas de agua oxidados reemplazan electrones en el componente P680 del fotosistema II, que se han eliminado en una cadena de transporte de electrones a través de la excitación dependiente de la luz y la transferencia de energía de resonancia en plastoquinona. Photosytem II por lo tanto, también se ha denominado como el agua plastoquinona-óxido-reductasa. Los protones de las moléculas de agua oxidados son liberados en el lumen de los tilacoides, contribuyendo así a la generación de un gradiente de protones a través de la membrana de los tilacoides. Este gradiente de protones es la fuerza motriz para la síntesis de ATP a través de la fotofosforilación y el acoplamiento de la absorción de la energía de la luz y la fotólisis del agua para la creación de la energía química durante la fotosíntesis. Los O2 restantes después de la oxidación de la molécula de agua se libera a la atmósfera.

Oxidación en agua es catalizada por un complejo enzimático que contiene manganeso conocido como el complejo de evolución de oxígeno o complejo de división del agua se encuentra asociado con el lado luminal de las membranas tilacoides. El manganeso es un cofactor importante, y se requieren también de calcio y cloruro de para que ocurra la reacción.

El consumo de oxígeno y el transporte

En los vertebrados, la absorción de oxígeno se lleva a cabo por los siguientes procesos:

El oxígeno difunde a través de las membranas y en las células rojas de la sangre después de la inhalación en los pulmones. Ellos están obligados a complejos de dioxígeno, que son compuestos de coordinación que contienen O2 como un ligando, proporcionando una capacidad de oxígeno de carga más eficiente. En la sangre, el grupo hemo de la hemoglobina se une al oxígeno cuando está presente, el cambio de color de la hemoglobina de rojo azulado a rojo brillante. Los animales vertebrados utilizan la hemoglobina en la sangre para transportar oxígeno desde los pulmones a los tejidos, pero otros animales utilizan hemocianina o hemerythrin. Un litro de sangre puede disolver 200 cc de gas de oxígeno, que es mucho más que el agua puede disolver.

Después de ser llevado en la sangre a un tejido del cuerpo en necesidad de oxígeno, O2 es mano-off del grupo hemo para monooxigenasa, una enzima que también tiene un sitio activo con un átomo de hierro. Monooxigenasa utiliza el oxígeno para catalizar muchas reacciones de oxidación en el cuerpo. El dióxido de carbono, un producto de desecho, se libera de la célula y en la sangre, donde se combina con bicarbonato y la hemoglobina para el transporte a los pulmones. La sangre circula de nuevo a los pulmones y el proceso se repite.

La respiración aeróbica

El oxígeno molecular, O2, es esencial para la respiración celular en todos los organismos aeróbicos. El oxígeno se utiliza como un aceptor de electrones en la mitocondria para generar la energía química en forma de trifosfato de adenosina durante la fosforilación oxidativa. La reacción para la respiración aeróbica es esencialmente el inverso de la fotosíntesis, excepto que ahora hay una gran liberación de energía química que se almacena en moléculas de ATP. La versión simplificada de esta reacción es:

 C6H12O6 6O2? 6CO2 6H2O 2880 kJ/mol

Especies reactivas del oxígeno

Especies reactivas de oxígeno son subproductos peligrosos que a veces resultan de la utilización de oxígeno en los organismos. Ejemplos importantes incluyen; radicales libres de oxígeno, tales como el superóxido altamente peligrosa-O2-, y el peróxido de hidrógeno menos perjudiciales. El cuerpo utiliza la superóxido dismutasa para reducir los radicales superóxido a peróxido de hidrógeno. Glutatión peroxidasa y enzimas similares a continuación, convertir el H2O2 al agua y dioxígeno.

Las partes del sistema inmune de los organismos superiores, sin embargo, crean peróxido, superóxido, y el oxígeno singlete para destruir microbios invasores. Recientemente, el oxígeno singlete se ha encontrado para ser una fuente de ozono producidas biológicamente: Esta reacción a través de un compuesto inusual trióxido de dihidrógeno, también conocidos como trioxidane,, que es un producto de anticuerpo-catalizada de oxígeno singlete y agua. Este compuesto, a su vez, desproporciona al ozono y peróxido, que proporciona dos antibacterianos potentes. El rango de defensa del cuerpo en contra de todos estos agentes oxidantes activos es de extrañar, pues, dada su empleo "deliberada" como agentes antimicrobianos en la respuesta inmune. Especies reactivas de oxígeno también juegan un papel importante en la respuesta hipersensible de las plantas contra el ataque de patógenos.