Neredeyse tüm canlılar neden azot değil de oksijen soluyor?

Oksijen, genel anlamda yaşam, gıda ve temiz hava olarak düşünsek de, aslen oldukça reaktif bir elementtir. Bir kütüğü yakan hepimiz bu durumu bizzat deneyimlemiştir. Peki, bu kadar reaktif olmasına karşın niçin bu kadar fazlaca canlı oksijen soluyor?

Cenup Danimarka Üniversitesi’nden jeobiyolog Donald Canfield’a bakılırsa, yaşamı sürdüren binlerce değişik metabolizma yada kimyasal süreç olabilir. Sadece ökaryotların (çekirdekli hücrelere haiz canlılar) neredeyse tamamı ve fazlaca sayıda prokaryot (çekirdeksiz hücrelere haiz canlılar) oksijen kullanıyor.

Canfield bilhassa heterotroflardan (gıda ve enerjilerini öteki organik maddeleri tüketerek elde eden organizmalar, insanoğlu dahil) bahsediyor. Sadece tüm canlılar bu şekilde beslenmiyor. Mesela Münih Üniversitesi’nden Dan Mills, bitkilerin karbonu havadaki karbondioksitten aldığını belirtiyor.

Heterotroflar, besinlerdeki organik maddeleri elektronlarını alarak parçalıyor. Bu elektronlar, mitokondri zarında bir enzimden diğerine geçerek, bu zar süresince protonları pompalayan ufak bir elektrik akımı oluşturuyor. Yüksek elektronegatifliği sebebiyle oksijen, çoğu zaman bu elektron taşıma zincirinin son durağı oluyor, elektronları kabul ediyor ve iki proton alarak su oluşturuyor.

Bu süreç temelde bir proton rezervuarı yaratıyor. Bu protonlar sonrasında zardaki bir protein kanalından, ufak bir hidroelektrik barajı şeklinde akıyor. University College London’dan evrimsel biyokimya profesörü Nick Lane, bir sunumunda, bu proteinin dönerken, bir türbin şeklinde, adenozin trifosfat (ATP) şeklinde enerji ürettiğini deklare etti. Hücre sonrasında bu paketlenmiş enerjiyi kullanabilir yada çeşitli işler için vücuda gönderebilir.

Yaşam, sülfat, nitrat ve demir şeklinde birçok değişik elektron alıcısını kullanabilir, sadece oksijen mevcut olan en yüksek enerjili alıcıdır.

Washington Üniversitesi’nden Profesör David Catling ve emek verme arkadaşları, Astrobiyoloji dergisinde yayınladıkları bir makalede, oksijenin indirgenilmesinin, flor ve klorun indirgenilmesi haricinde, elektron transferi başına en büyük özgür enerji salınımını sağladığını belirtti.

Klor ve oksijen benzer miktarlarda enerji üretebilir. Flor ise oksijenden kesinlikle daha çok enerji sağlayabilir. Sadece yazarlar, florun organik maddeyle temas ettiğinde patlamaya niçin olması sebebiyle biyolojik bir oksidan olarak uygun olmadığını beyan etti. Bu, solumak isteyeceğiniz bir gaz değildir.

Klor ve flor hem de zehirlidir, bu da oksijenin bir başka avantajını ortaya koyuyor. Aerobik solunum, bir tek su ve karbondioksit ürettiği için herhangi bir toksik bileşik oluşturmaz. Sadece oksijenin reaktif yapısı, dokularda birikerek DNA ve proteinler şeklinde hücresel bileşenlere zarar vermesi durumunda problem yaratabilir. Bu yüzden antioksidanlar, ölçülü bir halde, sağlığımız için faydalıdır.

Oksijen ek olarak flor, klor yada öteki solunum türlerinde kullanılan sayısız elektron alıcısından fazlaca daha bolca oranda bulunuyor. Öteki atomlarla bileşik oluşturma eğilimine karşın, fotosentez kanalıyla devamlı olarak bolca oranda oksijen üretilir. Bu durum, atmosferde birikmesini ve suda çözünerek yaşam için kolayca erişilebilir olmasını sağlıyor. Canfield ve Mills, bir gaz olarak zarlar içinde taşınmasının da kolay bulunduğunu belirtiyor.

Bolluktan bahsetmişken, Dünya atmosferinin %78’ini oluşturan azotu niçin kullanmıyoruz?

Canfield, azotla ilgili temel probleminin üçlü bağa haiz olması bulunduğunu ve bu bağın kırılmasının fazlaca zor bulunduğunu söylüyor.

Canfield, azotun birçok biyolojik bileşiğin mühim bir parçası bulunduğunu ve biyolojik olarak kullanılabilir hale getirmek için azotun kuvvetli bağlarını kırmak suretiyle özelleşmiş tüm organizma gruplarının bulunduğunu belirtiyor. Bu süreçler enerji yoğun gerektiriyor.

Oksijenin benzersiz faydası kuantum fiziğinden kaynaklanıyor. Düzgüsel temel halindeki oksijen, kimyanın alışılmış birimi olan elektron çifti olarak değil, yalnızca aynı spin durumundaki elektronları kabul edebilir.

Lane, Live Science’a gönderilmiş olduğu bir e-postada, oksijenin aslolan hususi durumunun, reaksiyona girmeden yüksek seviyelerde birikebilmesi, sadece elektronları tek tek aldığında (protonları pompalamak için) fazlaca fazla enerji açığa çıkarması bulunduğunu ifade ediyor.

Görünüşe bakılırsa oksijen, reaktivite ve kullanılabilirlik içinde ideal bir denge noktasına haiz. Klor ve flor şeklinde halojenlerden daha hafiftir ve nitrojen şeklinde fazlaca kuvvetli bir halde bağlanmaz. Sadece sülfat ve nitrat şeklinde öteki elektron alıcılarından fazlaca daha reaktiftir.

Oksijeni elde etmek kolaydır ve daha çok işlem gerektiren toksik bileşikler oluşturmaz. Dahası, bitkiler fotosentez kanalıyla bu reaktif gazdan bolca oranda üreterek, onu kendi vücudumuz için yakıt olarak kullanmamızı sağlıyor.

---

Kaynak: LiveScience / Yapıt Şahin tarafınca Türkçeleştirildi