HISTORIA
Primeros experimentos
Uno de los primeros experimentos conocidos sobre la relación entre la combustión y el aire lo desarrolló el escritor sobre mecánica de la Antigua Grecia Filón de Bizancio, en el S. II a. C.. En su obra Pneumatica, Filón observó que invirtiendo un recipiente sobre una vela prendida y rodeando el cuello de este con agua, una parte del líquido subía por el cuello.51 Supuso, de forma incorrecta, que algunas partes del aire en el recipiente se convertían en elemento clásico del fuego y, entonces, era capaz de escapar a través de poros en el cristal. Muchos siglos después, Leonardo da Vinci observó que una porción del aire se consume durante la combustión y larespiración.52
A finales del S. XVII, Robert Boyle probó que el aire es necesario para la combustión. El químico inglés John Mayow perfeccionó su trabajo mostrando que solo requería de una parte del aire, que llamó spiritus nitroaereus o simplemente nitroaereus.53 En un experimento, descubrió que, colocando tanto un ratón como una vela encendida en un contenedor cerrado sobre agua, hacía que esta subiera y reemplazara un catorceavo del volumen del aire antes de que se apagara la vela y muriera el ratón.54Debido a esto, supuso que el nitroaereus se consume tanto por la respiración como por la combustión.
Mayow observó que el antimonio incrementaba su peso al calentarse e infirió que el nitroaereus debía haberse combinado con él.53 Pensó también que los pulmones separaban el nitroaereus del aire y lo pasaba a la sangre, y que el calor animal y el movimiento muscular eran producto de la reacción del nitroaereus con ciertas sustancias en el cuerpo.53 Publicó informes sobre estos experimentos y otras ideas en 1668, en su obra Tractatus duo, en el tratado «De respiratione»
Fotosíntesis y respiración
En la naturaleza, el oxígeno no combinado se produce por la fotodescomposición del agua durante la fotosíntesis. Según algunas estimaciones, lasalgas verdes y las cianobacterias de ambientes marinos proporcionan alrededor del 70% del producido en la Tierra, y las plantas terrestres, el resto.38Otros investigadores estiman que la contribución oceánica al oxígeno atmosférico es aún mayor, mientras que otros la sitúan por debajo, en torno a un 45% del oxígeno atmosférico total del planeta cada año.39
Una fórmula global simplificada de la fotosíntesis es:40
-
- 6 CO2 + 6 H2O + fotones → C6H12O6 + 6 O2 (o sencillamente dióxido de carbono + agua + luz solar → glucosa + dioxógeno)
La evolución fotolítica del oxígeno tiene lugar en las membranas tilacoides de los organismos fotosintéticos y requiere la energía de cuatro fotones.nota 6Están implicados muchos procesos, pero el resultado es la formación de un gradiente de un protón a través de la membrana tilacoide, que se usa para sintetizar adenosín trifosfato (ATP) por la fotofosforilación.41 El O2 restante tras la oxidación de la molécula de agua se libera a la atmósfera.nota 7
El dioxígeno molecular es esencial para la respiración celular en todos los organismos aerobios, ya que las mitocondrias lo usan para ayudar a generar adenosín trifosfato durante la fosforilación oxidativa. La reacción para la respiración aerobia es básicamente lo contrario que la fotosíntesis y se simplifica de la siguiente forma:
-
- C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 2880 kJ·mol−1
En los vertebrados, el O2 se difunde por membranas pulmonares hacia los glóbulos rojos. La hemoglobina envuelve el O2 cambiando su color de un rojo azulado a un rojo brillante19 (el CO2 se libera desde otra parte de la hemoglobina mediante el efecto Bohr). Otros animales usan la hemocianina(moluscos y algunos artrópodos) o la hemeritrina (arañas y langostas).35 Un litro de sangre puede disolver 200 cm3 de O2.35
Las especies reactivas de oxígeno, como el ion superóxido (O2-) y el peróxido de hidrógeno, son peligrosos subproductos del uso de oxígeno en los organismos.35 Algunas partes del sistema inmunitario de organismos más avanzados, sin embargo, crean peróxido, superóxido y oxígeno singlete para destruir microbios invasores. Las especies reactivas de oxígeno también tienen un rol importante en la respuesta hipersensible de las plantas contra ataques patógenos.41
Un adulto humano en reposo respira de 1,8 a 2,4 gramos de oxígeno por minuto.nota 8 Sumada la cantidad inhalada por todas las personas del planeta, hace un total de 6000 millones de toneladas de oxígeno por año.
Contenido en el cuerpo
| Unidad | Presión alveolar de los gases pulmonares | Oxígeno de la sangre arterial | Gas sanguíneo venoso |
|---|---|---|---|
| kPa | 14.2 | 11nota 10 -13nota 10 | 4.0nota 10 -5.3nota 10 |
| mmHg | 107 | 7543 -10043 | 3044 -4044 |
El contenido de oxígeno en el cuerpo de un ser vivo es normalmente mayor en el sistema respiratorio y disminuye a lo largo de cualquier sistema arterial, los tejidos periféricos y el sistema venoso, respectivamente. El contenido de oxígeno en este sentido se suele dar como la presión parcial, que es la presión que tendría el oxígeno si ocupase por sí solo el volumen de las venas.
Dado que constituye la mayor parte de la masa del agua, es también el componente mayoritario de la masa de los seres vivos. Todas las moléculas importantes que forman parte de los seres vivos, como las proteínas, los carbohidratos y los lípidos, contienen oxígeno, así como los principales compuestos inorgánicos que forman los caparazones, dientes y huesos animales. El oxígeno elemental se produce por cianobacterias, algas y plantas, y todas las formas complejas de vida lo usan para su respiración celular. El oxígeno es tóxico para los organismos de tipo anaerobio obligado, que dominaron la vida temprana en la Tierra hasta que el O2 comenzó a acumularse en la atmósfera. Otra forma (alótropo) del oxígeno, el ozono (O3), ayuda a proteger la biosfera de la radiación ultravioleta a gran altitud, en la llamada capa de ozono, pero es contaminante cerca de la superficie, donde es un subproducto del esmog. A altitudes aún mayores de la órbita baja terrestre, el oxígeno atómico tiene una presencia significativa y causa erosión en las naves espaciales.
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