Dusík tvoří přibližně 78 % zemské atmosféry, přesto většina forem života na naší planetě potřebuje k přežití přijímat ze vzduchu kyslík, zatímco takto přijatý dusík prochází našim tělem nevyužit.

Ačkoliv je kyslík vnímán jako symbol života, dýchání čistého kyslíku po delší dobu by nás mohlo zabít! Vzduch na naší planetě tak přestavuje ten nejlépe namíchaný koktejl pro naše dýchání..

Většina heterofágů, tedy organismů, které získávají živiny a energii konzumací jiné organické hmoty, využívá z bohatého koktejlu plynů, jež nabízí zemská atmosféra, ke svému dýchání kyslík. Proč právě tento plyn, když je v ní mnohem více dusíku?

Problémem dusíku je, že je to inertní neboli netečný plyn. Nereaguje se svým okolím a za normálních podmínek se neúčastní chemických reakcí. Mezi dvěma atomy dusíku v molekule N2 existuje trojná vazba, která je velmi silná, a těla většiny živých tvorů, včetně člověka, zkrátka nedisponují dostatečně silnými enzymy k jejímu rozbití.

Proč nedýcháme dusík

Oproti tomu kyslík je velmi reaktivní a navíc elektronegativní, což znamená, že k sobě snadno přitahuje elektrony. To je důležitá vlastnost, potřebná při buněčném dýchání. Jedná se o mnohastupňový metabolický děj, kterým těla většina heterofágů pomocí kyslíku přijímaného z prostředí oxidují energeticky bohaté organické sloučeniny, typicky glukózu, na oxid uhličitý a vodu za vzniku energie v podobě ATP (adenosintrifosfátu).

První fáze rozkladu glukózy probíhá v cytoplazmě, hlavní fáze, známá jako oxidativní fosforylace, se pak odehrává uvnitř mitochondrií.

Heterotrofní organismy rozkládají organickou hmotu obsaženou v potravě odebíráním elektronů.

Tyto elektrony postupně putují po řetězci enzymů v mitochondriích ke kyslíku, čemuž se říká elektronový transportní řetězec. Proti nim putují protony, které se hromadí v prostoru mezi vnitřní a vnější membránou mitochondrií.

Protože je vnitřní mitochondriální membrána vysoce nepropustná pro protony, dochází na ní k tvorbě tak zvaného protonového gradientu čili k hromadění protonů, čehož mitochondrie využívají právě k výrobě energie ve formě ATP.

Kyslík, konečná stanice pro elektrony

Vzhledem ke své vysoké elektronegativitě slouží kyslík jako konečná stanice v tomto elektronovém transportním řetězci. Kyslík přijímá elektrony, dochází tak k jeho redukci, a poté navazuje dva atomy vodíku, čímž vzniká voda.

Redukce kyslíku vede k uvolnění značného množství energie. Kyslík má funkci finálního akceptoru elektronů. Existují i další akceptory elektronů, například sírany, dusičnany či železo, ale kyslík je akceptorem, který uvolňuje nejvíce energie z těch, které jsou běžně k dispozici.

„Redukce kyslíku poskytuje největší množství uvolněné energie v rámci jednoho elektronového transportního řetězce, s výjimkou redukce fluoru a chlóru,“ vysvětluje profesor David Catling z Washingtonské univerzity v článku publikovaném v časopise Astrobiology.

Chlór a kyslík generují podobné množství energie, fluor dokonce ještě více než kyslík, ovšem „je jako biologický oxidant nepoužitelný, protože při kontaktu s organickou hmotou způsobuje explozi,“ uvádí vědci ve studii.

Unikátní kombinaci vlastností má jen kyslík

Chlór a fluor jsou navíc jedovaté, na rozdíl od kyslíku, jehož využití při aerobním dýchání neprodukuje žádné toxické sloučeniny, jen vodu a oxid uhličitý. Navíc se vyskytuje mnohem hojněji než chlór a fluor či nespočet akceptorů elektronů používaných u jiných forem dýchání.

Ačkoliv kyslík snadno tvoří sloučeniny s jiným atomy, v důsledku fotosyntézy je neustále produkován ve velkém množství. Díky tomu se může hromadit v atmosféře a rozpouštět se ve vodě, kde je dostupný pro mnoho forem života.

„Skutečný trik s kyslíkem spočívá v tom, že se může hromadit ve vysokých koncentracích, aniž by reagoval, ale uvolňuje spoustu energie, když je do něj přiváděn elektron jeden po druhém,“ vysvětluje Nick Lane, profesor evoluční biochemie na University College London.

Zdá se, že kyslík je opravdu dokonalým plynem pro dýchání živých tvorů. Nachází se v ideálním pásmu reaktivity a dostupnosti, je mírnější než halogeny, jako jsou chlór a fluor, a není vázán příliš silně jako dusík. Navíc je reaktivnější než sírany a dusičnany.

Více se dočtete v časopise 21. století číslo 10/2025, které vyšlo 16. září 2025.

Zdroj: LiveScience