Warum wird Sauerstoff für die Elektronentransferphosphorylierung benötigt?

Gibt es keine anderen Alternativen für diesen Akzeptor?

Nicht, dass wir uns dessen bewusst wären. Jede andere Alternative erfordert eine anaerobe Umgebung – was bedeutet, dass sie klein und oft weniger effizient ist.

Es ist bereits bekannt, dass Sauerstoff mehrere schädliche Auswirkungen auf Zellen hat – wäre ein anderes Molekül nicht die bessere Wahl?

Wenn wir über die Passform eines Moleküls sprechen, müssen viele Dinge berücksichtigt werden. In erster Linie seine Elektronegativität, da dies seine Stabilität, seine Fähigkeit, Elektronen und Protonen aufzunehmen und abzugeben, und seine Leichtigkeit des Erwerbs angesichts reichlich vorhandener Mengen in der Umwelt bestimmt.

Molekularer Sauerstoff ist gegenüber vielen zweiatomigen Molekülen vergleichsweise stabil und gegenüber anderen vergleichsweise reaktiv. Es ist in der Butterzone, um der Endakzeptor zu sein.

Denken wir an Fluorid: Fast alles davon ist mit anderen Elementen im Gestein gebunden. Es ist nicht überall verfügbar. Es könnte ein guter Kandidat sein, wenn wir Steine ​​​​essen könnten, aber es ersetzt auch Mineralien in unseren Knochen und Zähnen. Ja, Sie sind damit vertraut – aber zu viel führt zu Fluorose – wo zu viel von der Kalziumverbindung ersetzt wird, und es endet damit, dass die Knochen und Zähne viel schwächer werden .

Okay, denken wir über Stickstoff nach - sehr stabil, ziemlich gute Elektronegativität, reichlich vorhanden ... aber ein wenig zu stabil. Ja, es ist ein Gas, es ist überall, und wir können es nicht gebrauchen. Es ist so stabil, dass es im Grunde inert ist. Der einzige Grund, warum Rhizome und andere nützliche Bakterien es verwenden können, ist, dass sie sich in einer kontrollierten Umgebung abseits von Sauerstoff mit deutlich unterschiedlichen biochemischen Prozessen befinden, die viel weniger Energie produzieren (und wahrscheinlich nicht in der Lage wären, große vielzellige Organismen zu unterstützen, die so aktiv sind wie wir sind). Stickstoff ist also aus.

Kohlenstoff? Nein, als Ion ist es gefährlich reaktiv und wie alles andere zu stabil. Außerdem sind wir kohlenstoffbasiert! Wenn wir Kohlenstoff als terminalen Akzeptor verwenden würden, müssten die Proteine, die die Elektronen handhaben, noch exotischer und mit anderen Elementen gefüllt werden, um zu verhindern, dass sie versehentlich das Elektron verschlingen und unbrauchbar werden.

Schwefel? Leider nicht elektronegativ genug für menschliche Zwecke. Es würde nicht als Endakzeptor wirken, es sei denn, unser Körper würde es ernsthaft oxidieren; und herumschwimmende oxidierte Moleküle wären gefährlicher als herumschwimmender molekularer Sauerstoff. Außerdem ist der meiste Schwefel auch an Mineralien gebunden - nicht reichlich vorhanden, es sei denn, Sie befinden sich im Ozean.

Sauerstoff ist sowohl unglaublich reichlich vorhanden als auch einfach, die Chemie damit durchzuführen. Reaktivere Moleküle sind normalerweise nicht reichlich vorhanden und in der Erdkruste gebunden und könnten gefährlicher sein .

Weniger reaktive Moleküle neigen dazu, so nicht reaktiv zu sein, dass wir nichts mit ihnen machen können, und wenn wir sie in einen Zustand zwingen könnten, in dem sie reaktiv wären, neigen sie dazu, heftig reaktiv zu sein oder sehr spezifische Umgebungen zu benötigen, die wir nicht können in einem Umfang reproduzieren, der notwendig ist, um so mobil zu sein wie wir.

Sauerstoff ist nicht perfekt, aber es passt gut.

Warum braucht es überhaupt einen "Akzeptor", um die Elektronen und Wasserstoffionen aufzunehmen? Was würde passieren, wenn sie allein gelassen würden?

Dasselbe würde passieren, wenn Sie ein Rohr oder einen Schlauch verstopfen. Sobald alle Elektronenakzeptoren in der Transportkette voll sind, stoppt die Bewegung. Die Elektronen werden nicht auf magische Weise von anderen Teilen der Proteine ​​absorbiert, aus denen die Ketten bestehen, und obwohl es möglicherweise zu fehlerhaften Reaktionen mit anderen Molekülen kommt, haben Sie das Glück, an einem Tag ein ganzes ATP-Molekül herauszuholen - vorausgesetzt, Sie könnten es auf magische Weise bleib am Leben.

In Wirklichkeit ist eine Zyanidvergiftung genau das, wonach Sie fragen, und wird Sie sehr schnell töten.

Gibt es keine anderen Alternativen für diesen Akzeptor?

Ja, es gibt mehrere andere Akzeptoren, die von anaeroben Bakterien verwendet werden. Eisen ist wahrscheinlich der häufigste andere Akzeptor, der von einer Reihe von Organismen in einer Reihe von Umgebungen verwendet wird, aber auch andere werden verwendet, wie z. B. Schwefel.

Gibt es keine anderen Alternativen für diesen Akzeptor? Es ist bereits bekannt, dass Sauerstoff mehrere schädliche Auswirkungen auf Zellen hat – wäre ein anderes Molekül nicht die bessere Wahl?

Nein, Sauerstoff ist ein sehr guter Akzeptor. Es ist stark elektronegativ, was den Prozess hocheffizient macht, und es ist auch in der Umwelt reichlich vorhanden, da es durch Photosynthese entsteht. Dies hat zwei Konsequenzen: Erstens gibt es viel zu verwenden, was es (offensichtlich) zu einer guten Wahl macht, und zweitens müssen die Zellen mit den schädlichen Auswirkungen von Sauerstoff fertig werden, unabhängig davon, ob sie ihn nutzen wollen.