【伦语嘉音】氧气和生命

 

 

 

 

      在我们生活的现代地球环境中,氧元素的原子丰度(同其他化学元素向比较的相对数量)排在第五位,仅次于氢、氦、碳和氮。在海水和地壳里,氧是最多的元素。以质量计算,氧(主要以水的形式存在,还有溶解在水里的氧和各种化合物中的氧)占海水的85.8%,占地壳的48.6%(存在于各种氧化合物中)。

      氧是地球上含量最丰富的元素,氧的化学性质十分活泼,它能与元素周期表中的大部分元素起反应,形成种类繁多数量巨大的氧化物大家族。地球上的山川、岩石、土壤、江河湖海里的水都是氧化物。

 

   

 

   氧气的价电子速率很高,蕴含较大的动能,所以氧在与其它物质起反应时,氧的价电子总是降低速率,放出大量的热量,使反应十分剧烈:如燃烧、爆炸;但有时的氧化反应十分的平静,悄悄地、顽强地进行,如:铁生锈、铜生锈、切开的苹果表面氧化。氧的这些特性,都是由其二个活泼好动的价电子所引起的:氧气的原子序数是16,内层电子按28,排列,十分稳定。外层的6个价电子不可能在原子周围形成均布的运转,于是有4个价电子在次外层,剩下2个价电子在最外层,这些个电子不仅速率很高,而且最外层电子受内层电子的牵连较小,速率的可塑性很大,能快能慢,所以氧的化学性质十分活泼,能与许多物质起反应,生成了种类众多的氧化物。

     氧原子的半径很小,二个最外层价电子速率很高,它最喜欢与原子半径小、价电子速率高的氢、碳相结合。所以人们就利用氢或一氧化碳从其它氧化物中把氧结合出来,提纯别的物质。于是人们就把这些更易于与氧结合的物质叫做还原剂。还原剂与氧化物中的氧结合形成新的氧化物。而原来的氧化物失去了氧,形成了纯的物质。这就是平常所说的氧化还原反应。

 

 

 

    

   氧是生物组织中的最大组成部分。99%以上的生物组织,都是由氧(62%)、碳(20%)、氢(10%)、氮(3%)、钙(2.5%)、磷(1.14%)和氯、硫、钾、钠10种元素组成的。

    在人体的物质组成成分当中,氧元素的分量最多。正常人体包含有26种化学元素,其中氧元素的质量是46千克,以下依次为碳(15千克)、氢(9千克)、氮(2千克)、钙(1.5千克)和氯(0.8千克)、磷(0.8千克)、硫(0.1千克)、氟(0.1千克),钠(0.078千克)、镁(0.05千克)、铁(0.024千克)和0.0018千克不到的锰、铅、铜、砷、硅、溴、钾、铝等微量元素。

    在空气里边,氧的含量仅次于氮。以重量计算占23.1%,以体积计算占20.93%。

    气体对于生命的意义,也几乎是不言而喻的。我们的古人在千百年前就说过气聚则生,气散则死

 

  

 

   细胞的直接生活环境一般是水溶液,在这种水溶液中溶有多种气体,其中与细胞生命活动关系最直接最密切的是氧和二氧化碳。

    氧之所以重要,是因为细胞需要能量,而现今的绝大多数的生物细胞都是好氧性的。细胞要生存,就得不断地建造和更新它的结构成分,这就需要不断地合成蛋白质、核酸及其他复杂的有机物。这些物质的合成过程都是需要能量的。细胞的运动,例如肌细胞的收缩,鞭毛或纤毛的运动,也都需要能量。现今的绝大多数细胞都是靠氧化有机物的作用来取得所需的能量的。如果没有氧,细胞内的氧化作用就不能进行,得不到能量,细胞的生存就会受到威胁。

 

    

     

      能量在细胞中要经过一系列的转化、贮存和利用的过程。细胞里有一种物质叫三磷酸腺苷(ATP),是一种贮存能量的物质,当它被分解成二磷酸腺苷(ADP)以及ADP进一步分解成一磷酸腺苷(AMP)时,都能释放出能量来。肌肉收缩所直接利用的能量正是ATP分解所释放的能量。ATP不仅是肌细胞收缩的直接能源,而且是许多别的细胞生命活动的直接能源。ATP分解后需要重新合成。合成需要能量,由磷肌酸分解提供。磷肌酸也是肌细胞里一种贮有能量的物质,它消耗后也需要重新合成,则由肌糖元的无氧酵解成丙酮酸和乳酸,以及丙酮酸、乳酸和脂肪酸的氧化提供能量。所以,肌细胞收缩的直接能源是ATP,而最终消耗的则是肌糖元和脂肪。在这个能量转换和利用过程中,只有丙酮酸、乳酸和脂肪酸的氧化是需氧的。

 

 

 

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