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 H₂ O. 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 H₂ O) 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 (H₂ O₂ ). 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.