Een van de belangrijkste redenen dat de moderne (!) biologie zuurstof als elektronenacceptor gebruikt, is de beschikbaarheid.

Ongeveer 2,45 miljard jaar geleden begon zuurstof (O $ _ 2 $ ) zich op te bouwen in de atmosfeer (die heeft op dat moment een veel van de levensvormen / bacteriën gedood). Sindsdien hebben zuurstofverbruikende levensvormen zich kunnen vestigen. Voordien gebruikten de meeste organismen waarschijnlijk voornamelijk (elementaire) waterstof als elektronenacceptoren.

Behalve dat ze niet echt beschikbaar zijn in de atmosfeer, zijn er nog andere redenen waarom fluor of neon geen goede biologische elektronenacceptoren zijn. :

• Hoewel elementair fluor (F $ _ 2 $ ) inderdaad extreem elektronegatief is, is het zo reactief dat het:
  a) kon niet worden gecontroleerd door biologie [de reactiviteit van zuurstof is waarom het in de eerste plaats zoveel bacteriën doodde] en
  b) komt gewoon niet voor (of blijft tenminste in) in de elementaire toestand in de natuur (er is geen meetbare F $ _ 2 $ in onze atmosfeer).
• Neon (en andere edelgassen) zijn in theorie ook behoorlijk elektronegatief, eigenlijk zozeer zelfs, dat ze nooit * voorkomen zonder hun elektronen en daarom helemaal niet reageren.

* Het is op de een of andere manier mogelijk om edelgasverbindingen, maar het vereist een zeer specifieke chemie alle reactieomstandigheden, die meestal plaatsvinden onder gecontroleerde door de mens gemaakte omstandigheden (en niet goed zijn voor biologische levensvormen).

Beschikbaarheid en toepasbaarheid.

Beschikbaarheid.

In het begin was er CO2. Het was overvloedig aanwezig in de atmosfeer, en later in de oceanen.

Fluor en neon waren dat niet, en dus evolueerde de ademhaling rond wat beschikbaar was (en is).

Ref .: Paeloclimatology / History of the Atmosphere.

Toepasbaarheid.

Het andere punt over zuurstof is dat het eerder werkt prachtig in beide richtingen. Chloroplasten kunnen met een beetje zonlicht CO2 en H2O gemakkelijk opsplitsen in glucose en O2. Hemoglobine kan zowel O2 als CO2 combineren met slechts een klein verschil in partiële druk. Mitochondriën kunnen de citroenzuurcyclus doorlopen zonder daarbij vernietigd te worden.

Als fluor eenmaal een ander atoom heeft vastgegrepen en een molecuul heeft gevormd, zal het voor een organisme vrij moeilijk zijn om het weer los te laten, en als dat het geval is, wil de fluor reageren met iets , eigenlijk alles, of dat nu goed is voor het organisme of niet.

Aan de andere kant , neon wil niet reageren met anything.

Dus hoewel chemisch er een punt gemaakt moet worden voor de meer energetische oxidator, evolutie / een organisme is niet alleen "geïnteresseerd" in de energie-inhoud. De stof moet beschikbaar zijn en het proces moet enigszins duurzaam zijn. Zuurstof voldeed aan die vakjes, fluor en neon niet.

Zelfs raketwetenschappers, die echt op zoek zijn naar de meest energetische verbindingen die ze in handen kunnen krijgen, lieten het idee van fluor als drijfgas omdat het niet veilig is om in niet-gecombineerde vorm te hanteren. Er zit een les in.

De atoomstraal van fluor is net iets groter dan die van koolstof. Wanneer een fluoratoom zich bindt aan een koolstofatoom dat deel uitmaakt van een koolstofruggengraat, bedekt het fluoratoom niet alleen de C-F-binding maar ook de aangrenzende C-C-bindingen. Dit maakt het voor biologische enzymen onmogelijk om toegang te krijgen tot deze bindingen om ze te verbreken, en daarom zijn gefluoreerde verbindingen biologisch inert.

Dit is de reden waarom we water en tandpasta fluorideren; bacteriën hebben geen enzymen die het met fluor gevormde glazuur kunnen afbreken! Het is ook de reden waarom teflon (herhalende eenheden van -CF $ _ 2 $ -) niet biologisch afgebroken maar verzadigde vetzuren is (herhalende eenheden van -CH $ _ 2 $ -) worden gemakkelijk biologisch afgebroken.

Alle elementen die biologisch worden gebruikt, hebben ecologische cycli waarin ze worden hergebruikt voor andere doeleinden. Omdat gefluoreerde verbindingen niet kunnen worden afgebroken, zou zo'n ecologische cyclus snel tot stilstand komen. Daarom heeft fluor een evolutionair nadeel ten opzichte van andere elementen.

Ik ben het eens met de andere antwoorden dat neon geen elektronenacceptor kan zijn omdat het zich niet tot verbindingen vormt. Ik ben het niet eens met hun argument "zuurstof eerst"; het maakt evolutie niet uit welke mechanismen het eerst evolueren. Als een metabolische route van fluor effectiever was geweest dan die van zuurstof, zou de route uiteindelijk de eerder ontwikkelde route overtreffen. Bovendien zijn er tal van sporenelementen (bv. Selenium) die door het leven worden gebruikt.

Neon werkt gewoon niet als elektronenacceptor. Het is zo inert dat er momenteel helemaal geen neonverbindingen bekend zijn.

Fluor zou in principe werken, maar het is zeldzaam in vergelijking met zuurstof en de sterke reactiviteit maakt het een zeer gevaarlijke stof in elementaire vorm. Het lijkt dus heel natuurlijk dat het leven voor zuurstof kiest en niet voor fluor.

De reden is dat gratis fluor niet in de natuur voorkomt en dat neon een edelgas is. Ik zou aannemen dat zuurstof de enige vrije en overvloedige elektronenacceptor in onze biosfeer is.

1) Fluor reageert met elk element op een paar uitzonderingen na (sommige edelgassen) en zal dus onmiddellijk worden gebonden, zelfs als het constant ergens wordt geproduceerd.

2) Vanwege zijn elektronegativiteit is de energie om fluor uit complexen te bevrijden erg hoog, dus de efficiëntie van fotosynthese zal waardeloos zijn.

3) In de veronderstelling dat er een atmosfeer van fluorgas zou zijn, kan op koolstof gebaseerd leven niet bestaan, omdat fluor reageert met koolstof die al beneden kamertemperatuur is.

De opmerking hieronder waarin staat dat fluor zeldzaam is, is ronduit verkeerd. Het is niet zo gewoon als zuurstof, maar het hoeft niet zo te zijn. Bijv. koolstof is ook zeldzaam in vergelijking met zuurstof. Het grootste probleem is een gebrek aan toegankelijkheid vanwege de stabiliteit en de hoge energie die nodig is om het te bevrijden, in verband met het feit dat het elk eiwit zou vernietigen. Een geschikte elektronenacceptor moet metastabiel zijn en naast leven op koolstofbasis kunnen bestaan.