Welches Element könnte auf einem fiktiven metallarmen Planeten für den biologischen Sauerstoffaustausch verwendet werden?

Ich arbeite an einem harten SF-Roman über Menschen, die gezwungen sind, auf einem metallarmen Planeten zu überleben. Sie müssen zunächst Nahrungsergänzungsmittel mit Metallen einnehmen, aber schließlich manipuliert ein Bioingenieur die biochemischen Wege einer einheimischen Spezies, um in ihren Nachkommen zu wirken, indem sie bakterielle und virale Vektoren verwendet. Ich hätte gerne ein nichtmetallisches Element, um den Sauerstoffgasaustausch zu unterstützen. Eine Alternative ist, dass sie Eisen verwenden, aber dass es irgendwie im Körper recycelt wird. So wäre zum Beispiel ein starker Blutverlust ein schwerer Unfall, da das Eisen im Blut schwer zu ersetzen wäre. Irgendwelche Ideen würden geschätzt.

Hey tgrignon, ich habe das Tag Chemie hinzugefügt , da es nützlich sein könnte, diese Spezialität bei dieser Frage an Bord zu haben. Wenn dies Ihren Wünschen widerspricht, können Sie es gerne entfernen.
Sie brauchen mehr als nur einen Ersatz für Eisen, Sie brauchen ein ganz neues Molekül, das nicht Hämoglobin ist. Hämoglobin ist so konzipiert, dass es mit Eisen zusammenarbeitet, und seine molekulare Struktur würde die Verwendung von etwas anderem als einem Metall (es ist eine Chelatverbindung) nicht zulassen. Außerdem: Die Leber arbeitet sehr hart daran, Eisen bereits zu recyceln.
@Willk Dies ist kein Duplikat. Alle Antworten auf diese vorherige Frage beinhalten Metallionen, während diese speziell nach nichtmetallischen Optionen fragt.

Antworten (2)

Fluor.

Insbesondere in Perfluorkohlenstoffmoleküle gebundenes Fluor . Diese Substanzen können lächerlich hohe Sauerstoffkonzentrationen auflösen - genug, um sie für die Flüssigkeitsatmung zu verwenden . Einige Perfluorkohlenwasserstoffe können sogar mehr Sauerstoff und CO2 transportieren als Blut (das ist jedoch ein Massenmaß, und Sie möchten definitiv nicht einfach Blut vollständig durch Perfluorkohlenwasserstoffe ersetzen, um diese Leistung zu erzielen - Sie würden eine Menge anderer Dinge einbrechen der Prozess!).

Anstelle normaler roter Blutkörperchen hätten Ihre modifizierten Menschen Perfluorkohlenstoff-Vesikel – im Grunde ausgefallene Öltröpfchen – in ihrem Blutkreislauf.

Natürlich hat ein solches System zahlreiche Nachteile. Zum einen ist Fluor auch nicht gerade ein häufig vorkommendes Element , daher ist es möglicherweise besser, sich an das Eisenpräparat zu halten. Zum anderen ändert Hämoglobin seine Bindungsstärke je nach pH-Wert, sodass es selektiv Sauerstoff in Bereichen freisetzt, die ihn am meisten benötigen (dh Gewebe, die viele Stoffwechselnebenprodukte wie CO2 oder Milchsäure produzieren). Sauerstoff-solvatisierende Vesikel hätten diese Art von spezifischer Reaktion nicht, wodurch die Effizienz der Sauerstoffzufuhr weiter verringert würde.

"schicke Öltröpfchen", die im Blutkreislauf schweben, klingen für mich nach einem sicheren Rezept für eine Embolie ... Nein danke ...
Diese Antwort hat mich überrascht. Es ist aber ein Gas, oder? Bis es in die PFC eingebunden ist?
@stix und schicke Proteinklumpen, die in Fett eingeschlossen sind, nicht?
@tgrignon In elementarer Form, ja, aber Sie würden es nicht auf diese Weise erwerben, genauso wie Sie kein diätetisches Kalzium oder Natrium in hochreaktiver elementarer Form erhalten. Es würde höchstwahrscheinlich in Form verschiedener Fluoridsalze, die Feststoffe sind, in die Biosphäre gelangen.
@LoganR.Kearsley Ja, eigentlich. PFCs haben eine extrem hohe Viskosität und eine schlechte CO2-Entfernung. Dies ist ein Problem bei ihrer Verwendung als medizinische Behandlung und bei der Flüssigkeitsatmung.
@stix Getrennte rote Blutkörperchen haben auch eine verdammt hohe Viskosität. Deshalb habe ich ausdrücklich darauf hingewiesen, dass Sie das Blut nicht komplett durch PFC ersetzen wollen. Sie möchten, dass es in Vesikel eingeschlossen ist, genau wie rote Blutkörperchen. Sie pumpen keinen flüssigen Sauerstoffträger herum; Sie pumpen in jedem Fall feste Sauerstoffträger herum, die im flüssigen Blutplasma suspendiert sind.

Wasser

Jeder liebt Wasser für die Biologie. Ein Wassermolekül kann zusätzlichen Sauerstoff transportieren und wird dabei zu Wasserstoffperoxid. Unser Körper erzeugt Wasserstoffperoxid, das zirkuliert und durch verschiedene enzymatische Reaktionen veranlasst wird, seinen Sauerstoff abzugeben.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23849856

Wasserstoffperoxid entsteht in zahlreichen biologischen Prozessen und gilt als Hauptüberträger von Redoxsignalen. Obwohl es ein starkes Oxidationsmittel ist, machen es hohe Aktivierungsenergiebarrieren mit den meisten biologischen Molekülen unreaktiv.

Wasser ist kein Metall. Es kann Sauerstoff als Peroxid transportieren und trägt ihn im Gegensatz zu Sulfaten oder Boraten lose. Da der eisenhaltige Hämring von dem riesigen Protein Hämoglobin umhergeleitet wird, gäbe es ein dem Hämoglobin analoges Protein, das ein oder mehrere Wasserstoffperoxidmoleküle schützen und die Freisetzung und Wiederaufnahme des Sauerstoffs vermitteln würde.

Als Referenz: Die durchschnittliche Molarität von Hämoglobin in normal gesättigtem Blut beträgt etwa 2 mM. Hämoglobin kann bis zu 4 Sauerstoffmoleküle transportieren, aber das meiste Hämoglobin im arteriellen Blut ist nicht vollständig gesättigt, so dass typische Sauerstoffmolalitäten bei etwa 5 mM liegen. Jedes Peroxidmolekül trägt ein halbes Sauerstoffmolekül, aber mit etwas höherem Oxidationspotential, also sehen Sie eine Konzentration von 8-9 mM Wasserstoffperoxid im arteriellen Blut. Das ist eigentlich nicht weiter schlimm. Ich kann leicht glauben, dass stabilisierende Proteinkomplexe das sicher halten könnten.
Welches Element könnte auf einem fiktiven metallarmen Planeten für den biologischen Sauerstoffaustausch verwendet werden?
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