Какой элемент можно использовать на вымышленной планете, бедной металлами, для биологического кислородного обмена?

Я работаю над сложным научно-фантастическим романом о людях, вынужденных выживать на бедной металлом планете. Сначала им приходится принимать пищевые добавки с металлами, но в конечном итоге биоинженер подстраивает биохимические пути от местных видов, чтобы они работали в их потомстве, используя бактериальные и вирусные векторы. Я бы хотел, чтобы неметаллический элемент помогал в кислородном газообмене. Альтернативой является то, что они используют железо, но оно каким-то образом перерабатывается в организме. Так, например, тяжелая кровопотеря будет серьезным несчастным случаем, поскольку железо в крови будет трудно восполнить. Любые идеи были бы хорошы.

Эй, tgrignon, я добавил тег химия , так как может быть полезно иметь эту специальность на борту с этим вопросом. Если это противоречит вашим пожеланиям, не стесняйтесь удалить его.
Вам понадобится больше, чем просто замена железа, вам понадобится совершенно новая молекула, которая не является гемоглобином. Гемоглобин предназначен для работы с железом, и его молекулярная структура не позволяет использовать ничего, кроме металла (это хелатное соединение). Кроме того: печень уже очень усердно перерабатывает железо.
@Willk Это не дубликат. Все ответы на этот предыдущий вопрос касаются ионов металлов, в то время как этот конкретно запрашивает неметаллические варианты.

Ответы (2)

Фтор.

В частности, фтор связан с молекулами перфторуглерода . Эти вещества могут растворять смехотворно высокие концентрации кислорода — настолько, что их можно использовать для жидкостного дыхания . Некоторые перфторуглероды могут даже переносить больше кислорода и CO2, чем кровь (однако, это по объему, и вы определенно не хотите просто полностью заменять кровь перфторуглеродами, чтобы получить такую ​​производительность - вы сломаете много других вещей в процесс!).

Вместо нормальных эритроцитов ваши модифицированные люди будут иметь перфторуглеродные везикулы — по сути, причудливые капельки масла — во взвешенном состоянии в кровотоке.

Конечно, у такой системы есть множество недостатков. Во-первых, фтор тоже не совсем распространенный элемент , поэтому им в любом случае лучше придерживаться добавок железа. Во-вторых, гемоглобин изменяет силу связывания в зависимости от pH, поэтому он избирательно высвобождает кислород в областях, которые в нем больше всего нуждаются (т. е. в тканях, производящих много побочных продуктов метаболизма, таких как CO2 или молочная кислота). Кислород-сольватирующие везикулы не имеют такого специфического ответа, что еще больше снижает эффективность доставки кислорода.

"Причудливые капельки масла", взвешенные в кровотоке, звучат для меня как верный рецепт эмболии... Нет, спасибо...
Этот ответ меня удивил. Это ведь газ, да? Пока он не будет связан с PFC?
@stix и причудливые шарики белка, заключенные в жир, не делают?
@tgrignon В элементарной форме, да, но вы не получите его таким образом, точно так же, как вы не получаете диетический кальций или натрий в высокореактивной элементарной форме. Скорее всего, он попадет в биосферу в виде различных солей фтора, которые представляют собой твердые вещества.
@LoganR.Kearsley Да, на самом деле. ПФУ имеют чрезвычайно высокую вязкость и плохо удаляют CO2. Это проблема их использования в качестве лечебного средства и при жидкостном дыхании.
@stix Отделенные эритроциты также имеют чертовски высокую вязкость. Вот почему я специально отметил, что вы не хотите полностью заменять кровь ПФУ. Вы хотите, чтобы он был заключен в везикулы, точно так же, как эритроциты. Вы не перекачиваете жидкий кислородный носитель; в любом случае вы перекачиваете твердые переносчики кислорода, взвешенные в жидкой плазме крови.

Вода

Все любят воду для биологии. Молекула воды может нести дополнительный кислород и при этом становится перекисью водорода. Наше тело вырабатывает перекись водорода, которая циркулирует вокруг и вынуждена отдавать свой кислород посредством различных ферментативных реакций.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23849856

Перекись водорода образуется во многих биологических процессах и является основным передатчиком окислительно-восстановительных сигналов. Несмотря на то, что он является сильным окислителем, высокие энергетические барьеры активации делают его нереагирующим с большинством биологических молекул.

Вода не металл. Он может переносить кислород в виде пероксида и, в отличие от сульфатов или боратов, переносит его свободно. Поскольку железосодержащее кольцо гема окружено огромным белком гемоглобином, должен существовать белок, аналогичный гемоглобину, который будет защищать одну или несколько молекул перекиси водорода и опосредовать высвобождение и обратный захват кислорода.

Для справки: средняя молярность гемоглобина в нормально насыщенной крови составляет около 2 мМ. Гемоглобин может нести до 4 молекул кислорода, но большая часть гемоглобина в артериальной крови не полностью насыщена, поэтому типичная молярность кислорода составляет около 5 мМ. Каждая молекула перекиси несет половину молекулы кислорода, но с немного более высоким окислительным потенциалом, поэтому вы видите концентрацию перекиси водорода в артериальной крови 8-9 мМ. Это на самом деле не так уж плохо. Я легко могу поверить, что стабилизирующие белковые комплексы могут защитить это.
Какой элемент можно использовать на вымышленной планете, бедной металлами, для биологического кислородного обмена?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v