¿Por qué la vida en la tierra se adaptó a la respiración y al uso de oxígeno para la producción de energía, en lugar de nitrógeno?

Las respuestas se encuentran en las leyes de la física.

Muchas criaturas pueden beber agua salada, para habilitar, peces marinos y animales marinos. Tienen formas de manejar la sal extra en sus sistemas, pero tiene un precio. Están, en su mayor parte, vinculados para siempre a la salinidad a la que están adaptados.

Los niveles de sal gobiernan el movimiento del agua y muchos químicos biológicos, y los niveles de sal base son esencialmente fijos para un organismo. Puede manejar solo un cierto nivel.

Es posible tener organismos que toleren una amplia gama de niveles de sal, pero es probable que tengan una desventaja competitiva en comparación con los organismos que están adaptados a la especialidad y tienen menos “costo” para la maquinaria molecular.

La evolución favorece el costo total más bajo de aptitud para los organismos. Hemos evolucionado a partir de animales terrestres que tenían un menor costo de acondicionamiento físico porque habían desarrollado la complicada maquinaria necesaria para manejar las fuentes de agua salada, por lo que aún conservamos ese legado.

En cuanto a respirar nitrógeno y usar la química del nitrógeno, eso no funcionará, pero por diferentes razones. Por un lado, el enlace nitrógeno-nitrógeno en nuestro nitrógeno atmosférico es uno de los enlaces químicos más fuertes del universo. Solo un número relativamente pequeño de bacterias y arqueas puede incluso romper esos enlaces, razón por la cual los compuestos de nitrógeno son el nutriente limitante para el crecimiento de la mayoría de los seres vivos.

También es la razón por la cual el descubrimiento del proceso de Haber fue tan importante, ya que permite a los humanos descomponer el nitrógeno atmosférico en compuestos que los seres vivos pueden procesar, lo que nos permite fabricar el fertilizante artificial que alimenta a la mayoría de la población.

Los enlaces de oxígeno son mucho más fáciles de romper, y el oxígeno es mucho más útil como aceptor de electrones en los tipos de reacciones químicas que potencian la vida. Las plantas pueden romper los enlaces de carbono de oxígeno en el dióxido de carbono con la luz solar, lo que permite un ciclo de carbono / oxígeno que no tendría un análogo similar con el nitrógeno.

El nitrógeno no tiene tantos electrones como el oxígeno. Esta es una de las principales razones por las cuales el oxígeno se une químicamente con bastante facilidad con otros elementos y la razón por la que las moléculas de agua tienen un momento magnético no es una molécula lineal.
No toda la vida en la tierra depende del oxígeno para la vida. ¿Qué pasa con todas esas bacterias anaerobias que prosperan sin oxígeno? y los virus? Un virus es esencialmente una cadena de ADN o ARN con recubrimiento de proteínas.

Esos 2 electrones en la capa externa de oxígeno, como llenar los agujeros en las capas externas de otro oxígeno y otros átomos de otros elementos en la tabla periódica. El oxígeno ionizante requiere relativamente poca energía. Nitrógeno como 3 electrones menos y agujero en el electrón externo solo un ‘agujero en la capa electrónica externa, u orbital p. el nitrógeno no funciona de la misma manera que un átomo de oxígeno.

No soy un experto en esto. Tal vez un químico, un químico orgánico, pueda darle una respuesta más detallada.

@Tipos de bacterias encontradas en entornos anaeróbicos – Transcripción de video y lección | Study.com

@http: //www.ehow.com/about_639927…

El oxígeno es bueno para la producción de energía porque el metabolismo depende de la oxidación energética de la glucosa. Hay pocos oxidantes tan potentes como el oxígeno, y ninguno tan fácilmente disponible. El nitrógeno, por otro lado, es inerte debido a su triple enlace extremadamente fuerte y, por lo tanto, no es bueno para una reacción que desea ser espontánea y altamente exergónica.

Sin embargo, la vida evolucionó para usar nitrógeno abundante en el aire. El hecho de que no se use como el oxígeno como oxidante clave en el metabolismo central del carbono no significa que no se use. De hecho, la fijación de nitrógeno es un proceso bioquímico muy importante.

Si alguna vez ha comido mantequilla de maní, ha comido un organismo que depende de la fijación simbiótica de nitrógeno para sobrevivir. Las legumbres poseen bacterias simbióticas fijadoras de nitrógeno en los nodos de sus raíces. Sorprendentemente, estas bacterias pueden tomar dinitrógeno inorgánico en el aire y convertirlo en amoníaco y en formas de nitrógeno orgánico utilizable. Este es un proceso muy endergónico que requiere bastante energía. Sin embargo, es un proceso increíblemente importante en la naturaleza. De hecho, se requiere que toda la vida sobreviva y, debido a su dificultad, el nitrógeno es a menudo el nutriente limitante en muchos ecosistemas.

Entonces, ¿por qué no todos los organismos pueden hacer esto? Realmente se reduce a los costos energéticos de la fijación de nitrógeno. Los diazotrofos, organismos que son capaces de fijar nitrógeno, todos usan un tipo de enzima llamada nitrasas. Estos convierten el nitrógeno en el aire en amoníaco, que luego se puede utilizar para la biosíntesis. Pero el nitrógeno en el aire tiene un triple enlace con una enorme energía de disociación de enlace. Se necesitan 16 moléculas de ATP solo para usar 1 molécula de nitrógeno. Como resultado, incluso las bacterias fijadoras de nitrógeno suprimen esta capacidad a menos que sea necesaria debido al medio ambiente.

Por lo tanto, no se conocen eucariotas y la mayoría de los procariotas son incapaces de fijar nitrógeno. Es demasiado costoso desde el punto de vista energético y es más fácil obtenerlo de otras fuentes, incluidas las bacterias fijadoras de nitrógeno. Sin embargo, es importante reconocer que existe un subconjunto completo de organismos capaces de realizar esta tarea y que desempeñan un papel central en muchos ecosistemas. Los diazotróficos son un increíble ejemplo de la capacidad de la vida para realizar tareas aparentemente imposibles con una eficiencia similar a la de una fábrica.

Porque la vida está basada en el carbono. El carbono puede tener 4 enlaces, lo que le da una gran ventaja para construir moléculas funcionales. ¿Qué tiene esto que ver con el oxígeno? Bueno, la Tierra ha estado en ciclos continuos entre O [matemáticas] _2 [/ matemáticas] y CO [matemáticas] _2 [/ matemáticas] debido a la combustión, y las formas de vida se originaron en este contexto de abundancia. El oxígeno no se usa realmente para respirar, pero se usa para eliminar los desechos de nuestros procesos metabólicos. Piensa en el oxígeno como el camión de la basura. Como el nitrógeno es casi inerte, sería como un camión de basura que no puede simplemente llevar la basura. ¿Sabes por qué tus fichas están infladas antes de abrirlas? Esto se debe a que ponen nitrógeno dentro para eliminar el aire y, por lo tanto, también el oxígeno, ya que es altamente electronegativo y más reactivo.

El enlace en N2 tiene el doble de energía que el enlace en O2. 941 versus 498 kj / mol

Los fotones necesarios para la fotosíntesis con nitrógeno necesitarían así el doble de energía, o la mitad de la longitud de onda. La mitad de la longitud de onda o rojo es ultravioleta.

No hay suficiente radiación ultravioleta para evolucionar usándola. La cantidad de fotones disminuye geométricamente, por lo que hay más de 4 veces más fotones rojos que salen del Sol. Pero muchos más fotones ultravioleta son absorbidos por la atmósfera. No lo suficiente llega a la superficie.

Peor aún, casi todos los enlaces orgánicos tienen menos energía que el N2. Los fotones ultravioleta dañan casi todo lo que golpean.

Como otros han señalado, no es adecuado como fuente de energía.

Pero todavía hay un poco de misterio. Las plantas no pueden vivir sin nitrógeno, porque todas las proteínas contienen nitrógeno, y sin proteínas las células no pueden operar. El ADN mismo contiene nitrógeno. Y en muchas situaciones, el nitrógeno es un recurso crítico: limita el crecimiento de las plantas.

Pero ni una sola planta, jamás, ha logrado utilizar el nitrógeno en el aire. Son completamente dependientes de los nitratos en el suelo.

Y obviamente existen vías biológicas para la conversión de nitrógeno atmosférico en nitratos, porque algunos hongos han aprendido el truco. Simplemente no hay plantas. Esto me parece extraño.

El oxígeno es una molécula reactiva, el nitrógeno no lo es. Puede impulsar un metabolismo introduciendo oxígeno a otros compuestos y capturando energía de la reacción de oxidación resultante. Con el nitrógeno no pasaría nada.

Por la misma razón, la vida no ha evolucionado para alimentarse de agua: porque no hay energía disponible.

Hay un largo tobogán exotérmico descendente de nitrógeno, y N2 se encuentra en el fondo.

El O2 sigue siendo un potente oxidante; el oxígeno formará moléculas de O2, claro, pero dada la opción, preferiría emparejarse con otra cosa. Como el carbono, por ejemplo. Es por eso que la madera arde en el aire libre, porque queda mucho deslizamiento cuesta abajo desde O2 hasta CO2 y H2O.

Pero el nitrógeno … oh, el nitrógeno prefiere ser N2. Así es como funcionan la mayoría de los explosivos: contienen nitrógeno en un estado de alta energía, y ese nitrógeno solo necesita una pizca de excusa para subirse a ese deslizamiento hacia N2, dejando una nube de gas caliente en expansión y, con la mayor frecuencia , metralla de alta velocidad a su paso.

Y una vez que está en la parte inferior, no quiere volver a subir.

Puedes obtener energía del O2. Se necesita energía para llegar entre un átomo de nitrógeno y su gemelo.

Las moléculas de nitrógeno contienen un triple enlace covalente entre los dos átomos. Hay mucha energía en ese enlace, de modo que muy pocas criaturas pueden romper los enlaces en una molécula de dinitrógeno, casi todas son monocelulares. Sin embargo, el oxígeno es muy reactivo. Se encuentra entre los mejores agentes oxidantes (es decir, hay mejores agentes oxidantes que el oxígeno) y puede oxidar casi cualquier cosa en la tabla periódica que no sea flúor (uno de los mejores agentes oxidantes mencionados anteriormente) o un gas noble. Esto lo hace mucho más útil para que las reacciones descompongan varios químicos dentro del cuerpo.

El fin último de la respiración está en la cadena de transporte de electrones, donde hay un aceptor de electrones.

para la mayoría de los organismos es oxígeno.

el nitrógeno no actúa como aceptor, por lo tanto, no se utiliza

Debido a que el nitrógeno es inútil como fuente de energía, es casi pero no del todo inerte.

El oxígeno está más cerca de la “transición de fase” en circunstancias regulares, por lo que es más útil para los seres vivos … una forma diferente de decir lo que dijo el cartel anterior (triple enlace).

Tiene, se llama rhizobiaceae, que en simbiosis con plantas leguminosas reducen el N2 de la atmósfera a nitrato y amonio.