Oxygen

Oxygen
n, 複数形： oxygens

定義: 851>

酸素の定義

生化学において、酸素は無色、無臭の気体元素であり、原子番号8であります。 O “の記号で表される気体で、原子番号8、大気の約21体積％を占める。生物学的には、特に好気性生物の様々な生化学的および生理学的プロセスにおいて重要な役割を果たす。 語源は 古代ギリシャ語 ὀξύς (oxús, 「鋭い」の意) + γενή (-genēs, 「生産者」の意). 記号。 O.

酸素は、自然界に存在する化学元素の一つです。 化学元素とは、1種類の原子を持つ純粋な物質を指します。 現在、94種類が天然元素で、24種類が合成元素です。 酸素は、炭素、水素、窒素とともに、生物に最も多く含まれる元素の一つです。

酸素の性質

酸素は天然ガス状元素で、原子番号8、原子量15.96です。 周期表ではカルコゲン族に属します。 反応性の非金属であり、電子配置はHe 2s2 2p4です。 フッ素を除くすべての元素と結合して、酸化物、塩基、オキシ酸無水物などを形成することができる。 室温では、酸素はほとんどの物質と中程度の活性しかない。 しかし、高温になると非常に活性が高くなり、最も強力な化学物質のひとつとみなされる。 酸素の融点は-218.79℃。 851>

18世紀から19世紀にかけて、科学者たちは空気を圧縮して冷やすと、その成分を液化できることを知りました。 1883年、初めて酸素が安定した状態で液化された1。液体酸素は、色が淡いブルーで、密度は1.141g/cm3、101.325kPa（760mmHg）で沸点-182.96℃、氷点-218.79℃となる。

固体酸素は、通常の大気圧で-218.79℃以下の温度で形成される酸素の別の物理的状態です。 また、色は淡い青色をしています。 2

酸素の同位体

天然に存在する酸素の同位体は、酸素16、酸素17、酸素18の3種類です。 この3つの同位体はいずれも安定です。 酸素16(16O)は原子核に中性子8個、陽子8個を持っています。 最も多く存在する酸素同位体で、自然存在比（NA、自然界に存在する同位体の量）の99.762%を占めています。 酸素17（17O）は、原子核に9個の中性子と8個の陽子を持つ。 そのNAは海水中で0.0373％、海水中で0.0377421％である。 酸素-18（18O）は、原子核に中性子10個、陽子8個を持つ。 NAは0.2%です。

酸素の同素体

ある元素の同素体とは、1種類の元素のみによって形成される複数の物質のいずれかに該当するものを指します。 酸素の同素体の例としては、原子状酸素、ダイオキシン、オゾン、テトラオキシジェンなどがあります。 原子状酸素（O1）は、非常に反応性の高い酸素の同素体です。 近くの分子とすぐに結合してしまう傾向があります。 酸素（O2）（遊離酸素）には、大きく分けて三重項と一重項の2つの形態があります。 三重項酸素 3O2 は、三重項基底状態のダイオキシンです。 酸素分子として知られています。 地球上で最も一般的で、最も安定した酸素の同素体です。 細胞呼吸など生物に利用されるのはこの形である。 また、光合成の副産物として光独立栄養生物から放出されます。

一重項酸素 1O2 は O=O の式を持つ二重項酸素です。 三重項酸素よりも有機化合物に対する反応性が高い。 三重項酸素とは、電子スピンの数で区別されます。 一重項酸素は電子スピンの配列が1つしかないのに対し、三重項酸素は3つあります。 一重項酸素は活性酸素の1つです。

光独立栄養生物では、光合成の際にクロロフィル分子によって一重項酸素が生成されます。 植物はカロテノイドの働きにより、有害な酸化作用に対抗しています。

例えば、菜食主義者のヒトは、光に敏感になり、光線皮膚炎を起こしやすくなる可能性があります。 哺乳類では、活性酸素はLDLコレステロールの酸化と関連しており、これが心血管系への悪影響をもたらすとされています。

オゾン（O3）は成層圏のオゾン層に存在する分子で、医学的には光線力学療法における活性酸素である。 太陽からの紫外線の大部分を吸収することができる。

酸素化合物

水（H2O）は水素の酸化物の1つで、最も一般的な酸化物です。 水素原子は酸素と共有結合で結ばれています。 水は、酸素がわずかに負に帯電し、水素がわずかに正に帯電しているため、極性分子と呼ばれます。 水の極性は、水を優れた溶媒にします。 わずかにマイナスの酸素は陽イオンを引き付け、わずかにプラスの水素は陰イオンを引き付けます。 このように、水には分子を解離させ、イオン化させる性質があります。

有機化合物とは、基本的に炭素原子と炭素-炭素（C-C）および炭素-水素（C-H）結合を持つ物質と定義されます。 酸素とR（有機官能基）を含む一般的な有機化合物の例としては、アルコール（R-OH）、アルデヒド（R-CO-H）、アミドR-C（O）-NR2、エステル（R-CO-R）、エーテル（R-O-R）、ケトン（R-CO-R）などがあります。 また、酸素を有する重要な有機化合物として、クエン酸、ホルムアルデヒド、グリセロール、アセトアミド、ホルムアルデヒド、グルタルアルデヒドなどがあります。

酸素の発見

17～18世紀、Robert Hooke、Ole Borch、Pierre Bayenなどの科学者による初期の実験により、酸素が作られたことが確認されています。 しかし、当時は化学元素として認識されていなかった。 しかし、当時、酸素は化学元素として認識されておらず、「空気」「火」「水」「土」の4大元素と考えられていた。 イギリスの聖職者プリーストリー（Joseph Priestley 1733-1804）はこの考えに異を唱え、空気は酸化水銀（HgO）から放出されるガスなどの物質でできていると主張し、実験に使用した。 彼はこの気体を「脱脂空気」と呼んだ。 その後、この気体は1777年にフランスの化学者アントワーヌ・ラヴォアジエ（1743～1794）によってオキシジェン（oxygène）と名付けられた3。 酸素という英語名は、ラヴォアジエの oxygène から採用されたもので、ギリシャ語の ὀξύς（oxús、「鋭い」の意）と -γενή（-genēs、「生産者」の意）に由来しています。 しかし、この元素はすべての酸の生成に関与していると考えられていたため、この呼び名は誤りであった。

生物学的重要性

生物学において、酸素はさまざまな生化学的、生理学的プロセスで重要な役割を果たします。 人体に最も多く存在する元素で（質量比65%）、次いで炭素（18.5%）、水素（9.5%）、窒素（3.2%）、カルシウム（1.5%）、リン（1%）の順です。

呼吸

ヒトなど陸上脊椎動物では、酸素（O2）は肺から体内に入り、赤血球のヘモグロビンと結合して体の各部に送り込まれます。 酸素はヘモグロビンから離れ、拡散しながら組織内に入る。 その際、二酸化炭素を拾って肺に運び、外に放出します。

酸素は細胞内に入り、ミトコンドリアが細胞呼吸によってATPを生成するために利用されます。 酸化的リン酸化の際に、電子輸送連鎖の最後の電子受容体として働く。 細胞呼吸の全体的な反応は次のとおりです：C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 2880 kJ/mol.

酸素を利用するため、このプロセスは好気性と表現されます。

免疫機能

人間の場合、過酸化水素（H2O2）、一重項酸素、スーパーオキシドイオンなどが、酸素使用時の副産物として自然に発生する活性酸素の一部である。

光合成

藍藻、緑藻類、植物などの光独立栄養生物は、光合成によって酸素を生産しています。 このプロセスの全体的な式は、
6 CO2＋6H2O＋光子 → C6H12O6＋6 O2
グルコースとO2を生成するには、二酸化炭素、水、および光子が必要である。 酸素は最終的に大気中に放出されます。

酸素療法

酸素はまた、特に虚血組織の治療や管理に治療的な役割を果たすと考えられています。 酸素療法とは、医療行為に酸素を使用することで、肺炎や肺気腫などの酸素摂取量が低下している状態を治療するために行われます。 酸素（O2）は高い分圧（<50キロパスカル）では有毒であることがありますが。 健康被害や痙攣を起こすこともあります。

酸素の地史

38.5～24.5 億年前、地球の大気にはまだ自由酸素がなく、ほとんどの海洋部は無酸素状態だった。 大気中に酸素が存在するようになったのは、光合成を行う生物が進化してからのことです。 これは約35億年前と言われている。 光合成によって、二酸化炭素と水と光子を利用して糖類を得る。 光合成で発生した酸素も廃棄物として捨てられていた。
245万年前から185万年前にかけて、酸素濃度が著しく上昇し始めた。 生物が生産した遊離酸素の多くは、海や海底の岩石に吸収された。 この生物による酸素の蓄積は「大酸素化イベント」と呼ばれている。 古原生代のシデリアン期（25億〜23億年前）に発生したと推測されている。 851>

18億5000万年前に海から酸素が放出され始め、その結果、多くの偏性嫌気性菌が絶滅した。 陸地はその多くを吸収した。 それ以降、現在に至るまで、特に酸素貯留層が満たされると、やがて大気中に遊離酸素が蓄積されるようになった。 古生代の石炭紀（3億5890万〜2億9890万年前）には、大気中の酸素濃度が35体積％にまで上昇し、酸素を代謝する生物の進化により、利用可能な自由酸素の増加が抑えられた。 これが大型の昆虫や両生類を進化させる要因になったと考えられている。 4

酸素サイクル

酸素は宇宙で水素、ヘリウムに次いで3番目に多く存在する元素です。 そのため、地球上でも広く存在し、循環しています。 酸素の循環は、ある形態から別の形態へと変換される、地球上の生物地球化学的循環の1つです。

酸素の4大貯蔵庫は、大気圏、水圏、岩石圏、および生物圏です。 特に地殻とマントルにある珪酸塩と酸化物の鉱物の中にある岩石圏が最大の貯蔵庫である。 大気中では、酸素は主にジオキシジェンとして存在する。 また、オゾン（O3）、CO2、H2O（水蒸気として）、その他の酸化物など、他の酸素分子が存在する。 成層圏にオゾン層と呼ばれる紫外線遮蔽層が形成されているのは、このオゾンの濃度が高いためである。 水圏では、酸素は水分子の中、炭酸の中、および遊離酸素として存在する。 酸素の主な供給源は生物圏で、生物学的プロセスである光合成の副産物として供給される。 光分解でも酸素は生成される。 光分解は、水と亜酸化窒素を分解して、大気中に酸素を放出し、水素と窒素は宇宙へ放出する。 炭酸カルシウムの殻を持つ海洋動物も、生物学的な供給源となる。

大気中の酸素は、好気性の動物によって呼吸のために代謝される。 そして、その際に二酸化炭素を放出する。

岩石圏は、錆の形成などの化学風化で大気中の自由酸素を吸収する。

読んでみて。

• Transport of Oxygen in Blood photosynthesis
• Cell Respiration – Biology Online Tutorial

1. Papanelopoulou, F. (2013). “ルイ・ポール・カイエテ The liquefaction of oxygen and the emergence of low-temperature research” （酸素の液化と低温研究の出現）. ノート・アンド・レコード・オブ・ザ・ロイヤル・ソサエティ・オブ・ロンドン. 67 (4): 355-73. doi:10.1098/rsnr.2013.0047
2. Roder, H. M. (1978). “The molar volume (density) of solid oxygen in equilibrium with vapor”. ジャーナル・オブ・フィジカル・アンド・ケミカル・リファレンス・データ. 7 (3): 949. doi:10.1063/1.555582
3. Joseph Priestley, Discoverer of Oxygen National Historic Chemical Landmark – American Chemical Society.（日本語訳：ジョセフ・プリーストリー、酸素の発見者、アメリカ化学会）。 (2015, 1月 1日)に掲載されました。 www.acs.org/content/acs/en/education/whatischemistry/landmarks/josephpriestleyoxygen.html
4. Hickey, H. (2015, January 1)から取得。 酸素は動物の進化を可能にした生命の息吹をもたらした。 www.washington.edu/news/2015/12/18/oxygen-provided-breath-of-life-that-allowed-animals-to-evolve/

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