高反应性氧气的秘密终于揭晓

数十年来，研究人员终于开始掌握一种奇怪且破坏性的氧气类型何时在活细胞和某些电池的化学反应中出现。

并非所有氧气分子都是平等的。一些氧气分子的两个具有最高能量的电子之间的量子自旋值相反，而其他分子的自旋值相同。当它们相反时，这种分子被称为“单线态氧”，它具有高反应性，因此会引起细胞内蛋白质和脂肪的毒性变化，并侵蚀某些电池的部分。自上世纪60年代以来，化学家们一直致力于确定这种比我们愉快呼吸的氧气更邪恶的双胞胎何时在化学反应中出现。奥地利科学与技术学院的斯特凡·弗洛恩伯格（Stefan Freunberger）及其同事现在已经找到了答案。

他们进行了一系列实验，从超氧分子开始——这是一种含氧化合物，参与线粒体用于为细胞提供能量的化学反应——最终产生了氧气的两种形式。虽然细胞内有辅助此过程的酶，但团队尝试了不同的“介质”分子。这使他们记录了具有广泛驱动力或促使反应发生的能量差异的氧气生成反应。他们发现正是这种驱动力很重要——要形成单线态氧，这种力必须变得非常大。

“关于在细胞环境中是否产生[单线态氧]，确实存在一场激烈的辩论。到目前为止，这还没有搞清楚，”弗洛恩伯格说。

由于线粒体具有高pH值，使得驱动力较低，新研究意味着单线态氧不会在这些细胞动力中心大量产生，从而保护细胞免受损害。

瑞士苏黎世联邦理工学院的克里斯托弗·麦克尼尔（Kristopher McNeill）表示，单线态氧产生的问题不仅涉及生物学。他说：“不管它在哪里产生，都可能损害或与附近的物质反应。” 新研究中的分析涉及某些类型的电池，可能解释了为什么有时从内部出现腐蚀，麦克尼尔说。