Тайна высокореактивного кислорода наконец-то раскрыта

Синглетный кислород может быть вреден как для элементов, так и для батарей, но потребовалось почти 60 лет, чтобы точно выяснить, когда он появляется в химических реакциях в обоих случаях.

Спустя несколько десятилетий исследователи наконец-то поняли, когда в химических реакциях в живых клетках и некоторых батареях возникает странный и разрушительный тип кислорода.

Не все молекулы кислорода одинаковы. В некоторых молекулах два самых энергичных электрона имеют противоположные значения квантового спина, в то время как в других их спины совпадают. Когда эти значения совпадают, образуется молекула, известная как «синглетный кислород», обладающая высокой реакционной способностью, которая может вызывать токсические изменения в белках и жирах клеток, а также разрушать некоторые элементы питания. С 1960-х годов химики работают над тем, чтобы определить, когда именно этот зловещий близнец кислорода, которым мы с радостью дышим, возникает в химических реакциях. Штефан Фройнбергер из Австрийского института науки и технологий и его коллеги наконец выяснили это.

Реклама

Они провели серию экспериментов, начав с молекулы супероксида – соединения, содержащего кислород и участвующего в химических реакциях, используемых митохондриями для питания клеток, – и закончив производством кислорода в той или иной форме. Хотя в клетках есть ферменты, способствующие этому процессу, команда попробовала различные молекулы-«медиаторы». Это позволило им зарегистрировать реакции образования кислорода с широким диапазоном движущих сил, или разностей энергий, которые изначально заставляют реакцию происходить. Они обнаружили, что именно эта движущая сила имеет значение – для образования синглетного кислорода она должна быть очень высокой.

«Были действительно ожесточённые споры о том, образуется ли он [синглетный кислород] в клеточной среде. До сих пор это так и не было выяснено», — говорит Фройнбергер.

Поскольку митохондрии имеют высокие значения pH, которые поддерживают движущую силу на низком уровне, новая работа предполагает, что синглетный кислород не вырабатывается в больших количествах в этих клеточных «электростанциях», что защищает клетку от повреждений.

Кристофер Макнил из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (Швейцария) утверждает, что вопрос образования синглетного кислорода имеет последствия, выходящие за рамки биологии. «Где бы он ни возник, он может повреждать или вступать в реакцию с окружающими предметами», — говорит он. Анализ, проведённый в новом исследовании, относится к определённым типам аккумуляторов и может отчасти объяснять, почему они иногда корродируют изнутри, говорит Макнил.

Природа DOI: 10.1038/s41586-025-09587-7

Источник: www.newscientist.com