Кислород (в биологии)
Кислоро́д, химический элемент, на долю которого приходится до 70 % массы всего живого вещества биосферы. Входит в состав большинства органических (в том числе белков, липидов, углеводов) и неорганических соединений организмов.
В среднем в пересчёте на 1 кг сухого вещества в растениях, а также в водных животных содержится 400–470 г кислорода, в наземных животных – 186 г, в бактериях – 230 г.
Благодаря появлению и жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов (главным образом цианобактерий, позднее зелёных растений) около 2,7 млрд лет назад началось накопление свободного кислорода (O2) в первичной бескислородной атмосфере Земли (важнейший этап в эволюции биосферы); затем образовался озоновый экран, защищающий всё живое от жёсткого космического излучения. Современный газовый состав атмосферы поддерживается благодаря фотосинтезу.
Большинство населяющих планету организмов – аэробы; они нуждаются в свободном кислороде, т. к. получают большую часть необходимой для жизнедеятельности энергии за счёт биологического окисления. Анаэробные организмы (главным образом прокариоты) могут жить в бескислородной среде. Облигатные анаэробы приспособились к условиям, исключающим доступ кислорода (нижние слои почвы, дно водоёмов, глубокие участки раны и т. д.); многие из них погибают при наличии незначительного содержания в среде O2.
Круговорот кислорода в биосфере весьма сложен, т. к. он входит в состав множества соединений. Движущей силой круговорота служит солнечная энергия, благодаря которой атмосферные диоксид углерода (CO2) и кислород непрерывно циркулируют, проходя через живые организмы. Фотосинтезирующие организмы улавливают солнечную энергию и используют её для синтеза органических соединений из CO2 и H2O. В ходе фотосинтеза в атмосферу выделяется O2. Аэробные гетеротрофы используют кислород для усвоения богатых энергией органических продуктов фотосинтеза, которые они получают с пищей.
Высвобождающийся в атмосферу CO2 вновь вовлекается в фотосинтез. Почти во всех клетках организмов (эукариот) 90 % потребляемого кислорода восстанавливается (до CO2 и H2O) с участием цитохромоксидазы митохондрий. Остальной кислород включается в окислительно-восстановительные реакции, приводящие к образованию кислородсодержащих соединений при участии оксигеназ. В ходе обменных процессов при неполном восстановлении кислорода образуются супероксидный радикал и пероксид водорода (H2O2). Они обладают высокой реакционной способностью и крайне токсичны для клеток (повреждают плазматические мембраны, взаимодействуя с остатками ненасыщенных жирных кислот).
Современная хозяйственная деятельность человека вносит существенные изменения в круговорот кислорода. Всего в мире только для сжигания топлива ежегодно потребляется около 9·109 т кислорода. В некоторых странах при этом расходуется кислорода больше, чем его выделяют растения при фотосинтезе.