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Kompaktlexikon der Biologie: Sauerstoff

Sauerstoff, Oxygenium, chemisches Symbol O, ein chemisches Element aus der sechsten Hauptgruppe des Periodensystems, der Sauerstoff-Schwefel-Gruppe oder Chalkogene. S. ist unter Normalbedingungen ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas, das als Disauerstoff O2 vorliegt, der stabilsten Existenzform des S. Daneben gibt es den Trisauerstoff, O3, besser bekannt als Ozon sowie, unter bestimmten Bedingungen, angeregte Zustände des S., wie den Singulettsauerstoff (reaktive Sauerstoffspezies). S. ist chemisch sehr reaktiv und verbindet sich mit anderen Elementen meist unter Wärmeabgabe zu Oxiden. Der Verbindungsvorgang heißt Oxidation. Er kann bei rascher Freisetzung hoher Energiemengen als Verbrennung ablaufen, bei langsamem Verlauf als Rosten von Eisen, Anlaufen von Metallen oder Verwesung von Biomasse.

S. ist am Aufbau der Erdkruste zu 50,5 % beteiligt und damit das auf der Erde am häufigsten vorkommende Element. Mit 20,9 Vol.-% ist es Bestandteil der Luft. Die Hauptmasse des Sauerstoffs ist gebunden an Wasserstoff im Wasser (H2O) enthalten. Außerdem kommt S. in beträchtlichen Mengen in erz- und gesteinsbildenden Oxiden und Salzen von Sauerstoffsäuren vor, so z.B. im Magnetit (Fe3O4), Kalkstein (CaCO3) u.a. Calciumverbindungen (vor allem Sulfate) und in zahlreichen Silikaten. Trotz des hohen Sauerstoffverbrauchs durch verschiedenartigste Verbrennungsprozesse in Industrie und Haushalt, durch Atmung, Verwesung und Verwitterung u.a. ist durch die ständige Bildung von S. bei der Fotosynthese der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre weitgehend konstant.

Für den Ablauf insbesondere der Energie liefernden Reaktionen in biologischen Systemen, vor allem für die Atmung, ist die Anwesenheit von S. unverzichtbar. Er wird bei der biologischen Oxidation (Atmung; Atmungskette) verbraucht und letztlich zu Wasser umgewandelt. Ein erwachsener Mensch verbraucht beim Atmen im Ruhezustand etwa 20 Liter S. in der Stunde. Atemluft mit einem Sauerstoffgehalt unter 7 % führt zu Bewusstlosigkeit, solche mit weniger als 3 % zum Tod durch Ersticken. Reiner S. hingegen kann, sofern der Druck 0,1 MPa nicht übersteigt, kurzzeitig ohne Schädigungen eingeatmet werden. S. ist Bestandteil fast aller Biomoleküle. Er bildet die reaktiven Zentren für metabolische Umwandlungen von Säuren, Aldehyden, Ketonen, Alkoholen und Ethern. Kohlenwasserstoffe sind erst dann biologisch abbaubar, wenn sie in Verbindungen überführt werden können, die eine Sauerstofffunktion tragen, z.B. durch Hydroxylierung. S. ist auch Bestandteil des Hydroxylapatits der Knochen. Die für alle Organismen wichtigste Sauerstoffverbindung ist wohl das Wasser.

Allg. kommt S. überall dort anstelle von Luft zur Anwendung, wo es bei Verbrennungsvorgängen auf die Erreichung möglichst hoher Temperaturen ankommt.

S. dient weiterhin u.a. zur Füllung von Atemschutzgeräten und mit S. angereicherte Luft kommt in der Medizin zur Unterstützung der Atmung zur Anwendung. Bedeutung hat S. auch in der biologischen Abwasserbehandlung.

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  • Die Autoren

Redaktion:
Dipl.-Biol. Elke Brechner (Projektleitung)
Dr. Barbara Dinkelaker
Dr. Daniel Dreesmann

Wissenschaftliche Fachberater:
Professor Dr. Helmut König, Institut für Mikrobiologie und Weinforschung, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Professor Dr. Siegbert Melzer, Institut für Pflanzenwissenschaften, ETH Zürich
Professor Dr. Walter Sudhaus, Institut für Zoologie, Freie Universität Berlin
Professor Dr. Wilfried Wichard, Institut für Biologie und ihre Didaktik, Universität zu Köln

Essayautoren:
Thomas Birus, Kulmbach (Der globale Mensch und seine Ernährung)
Dr. Daniel Dreesmann, Köln (Grün ist die Hoffnung - durch oder für Gentechpflanzen?)
Inke Drossé, Neubiberg (Tierquälerei in der Landwirtschaft)
Professor Manfred Dzieyk, Karlsruhe (Reproduktionsmedizin - Glück bringende Fortschritte oder unzulässige Eingriffe?)
Professor Dr. Gerhard Eisenbeis, Mainz (Lichtverschmutzung und ihre fatalen Folgen für Tiere)
Dr. Oliver Larbolette, Freiburg (Allergien auf dem Vormarsch)
Dr. Theres Lüthi, Zürich (Die Forschung an embryonalen Stammzellen)
Professor Dr. Wilfried Wichard, Köln (Bernsteinforschung)

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