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除了氧气以外，氮气氯气和硫气氟气哪一种气体最适合生命呼吸?

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看到有说氟气的，愣住了。哈哈，不过也不是全无道理。在此之前，看看地球上碳基生物的呼吸作用的呼吸链。

（以高等动物为例。）

首先，你会发现这个反应会被这些气体扰乱（或者不反应）。

NADH与NAD+是细胞中的一对氧化还原对，NADH是还原型辅酶Ⅰ，NAD+是其氧化形式。[1]

氧化还原反应

线粒体呼吸链复合体本质和作用：

呼吸链是由一系列的递氢体和递电子体按一定的顺序排列所组成的连续反应体系，它将代谢物脱下的成对氢原子交给氧生成水，同时有ATP生成。实际上呼吸链的作用代表着线粒体最基本的功能，呼吸链中的递氢体和递电子体就是能传递氢原子或电子的载体，由于氢原子可以看作是由H+和e组成的，所以递氢体也是递电子体，递氢体和递电子体的本质是酶、辅酶、辅基或辅因子。线粒体呼吸链上所有进行电子传递的辅基包括：NADH、FAD、FMN、铁硫中心、泛醌、铜中心以及细胞色素 α、α3、bH、bL、c、c1。相应的酶类和辅基并非单独发挥作用，而是相互结合在一起，形成功能相对独立的呼吸链蛋白复合物，即呼吸链复合物Ⅰ（NADH 脱氢酶），呼吸链复合物Ⅱ（琥珀酸脱氢酶），呼吸链复合物Ⅲ（细胞色素 c 还原酶）和呼吸链复合物Ⅳ（细胞色素 c 氧化酶），呼吸链复合物Ⅳ，呼吸链复合物V。[2]


呼吸链复合体Ⅰ：

线粒体中大多数的ATP都是复合体Ⅰ。呼吸链复合体Ⅰ是最复杂的复合物单体，由45个蛋白亚基、8个铁硫中心和1个 FMN 分子组成，并且可以结合 NADH、NADPH 和辅酶 Q。呼吸链复合体Ⅰ由跨膜臂和伸入线粒体基质的亲水臂两部分组成，亲水臂和跨膜臂连接呈 L 形。亲水臂完成 NADH 的氧化并将电子传递至两臂连接的区域；跨膜臂完成辅酶 Q 的还原和质子的转运。两臂之间功能的协调由一系列蛋白亚基的相互作用和构象变化来完成。[3]


呼吸链复合体Ⅱ

复合体Ⅱ由琥珀酸脱氢酶和一种铁硫蛋白组成，将从琥珀酸得到的电子传递给辅酶Q。细胞色素类都以血红素为辅基，红色或褐色。将电子从辅酶Q传递到氧。呼吸链复合体Ⅱ 从 FADH 中获得电子，并将电子传递给氧化态泛醌 Q 生成还原态泛醌 QH2，整个过程没有发生质子的跨膜转运。呼吸链复合体Ⅱ 的蛋白结构相对简单，由4个蛋白亚基组成。呼吸链复合体Ⅱ 与 呼吸链复合体Ⅰ、呼吸链复合体Ⅲ、呼吸链复合体Ⅳ 的功能也不同，并不转运质子，可视为电子传递链的一个旁路。目前已经发现许多与呼吸链复合体Ⅱ功能类似的蛋白复合物，比如黄素蛋白辅酶 Q 氧化还原酶、二氢乳清酸脱氢酶、胆碱脱氢酶等，它们接受来自不同电子供体的电子，最终将电子传递给辅酶 Q，但不介导质子的转运。这说明线粒体电子传递链是由呼吸链复合体Ⅰ、呼吸链复合体Ⅲ、呼吸链复合体Ⅳ构成的主链和许多支链组成的，以接受来自不同代谢通路的电子供体，最终还原氧气生成水。[4]


呼吸链复合体Ⅲ

呼吸链复合体Ⅲ 自身发生聚合形成二聚体，而每一个单体中都包含11个蛋白亚基、1个铁硫中心以及多种细胞色素。呼吸链复合体Ⅲ 从还原态的泛醌 QH2 中得到电子，并将电子传递给细胞色素 c，同时利用释放的能量将质子泵入膜间隙。基于其结构信息，科学家提出了多种 呼吸链复合体Ⅲ 作用机理模型，目前影响最广的是 Q-Cycle 模型。[5]


呼吸链复合体Ⅳ

呼吸链复合体Ⅳ：细胞色素C氧化酶复合体。将电子传递给氧。呼吸链复合体Ⅳ 含有14个蛋白亚基以及多种辅基，催化电子传递的最后一步。简单来说，CⅣ 中来自细胞色素 c 的电子通过 CuA 传递给细胞色素 α，继而传递至细胞色素 α3 和 CuB 组成的氧气反应中心，电子传递过程中释放的能量导致 CⅣ 蛋白构象发生变化，使线粒体基质中的一部分质子通过 K 通道和 D 通道传递至氧气反应中心还原氧气生成水，同时另一部分质子通过H通道直接被泵入线粒体膜间隙中。[6]


呼吸链复合体V

呼吸链复合体V是与呼吸链四个复合酶复合物偶联完成的氧化磷酸化生成ATP，因此又常成为ATP合酶。呼吸链复合体V是一个可旋转的酶，其利用电子传递过程中在线粒体内膜两侧形成质子电化学势梯度来合成ATP。[7]


那么，来分类讨论。首先是氮气，太稳定了以至于不能反应，所以不能供给呼吸。再到氟气，太活泼了以至于彻底破坏呼吸酶的结构。氯气虽然不如氟气活泼，但是也会有多个官能团和局部结构遭到不可逆的破坏。最后一个是硫蒸气。当液态的硫加热至444.6℃时，会形成硫蒸气，包括但不限于S2，S3，S4，S5，S6，S8，随着温度的升高，S2的占比越高。S2虽然是氧气的等电子体，但化学性质也有一定差异。它不如氧气活泼，最主要的是即使能进行到其中的一步，反应生成的就不是水了，而是有毒且具有明显还原性的硫化氢。这样一来，硫蒸气也不可取。

综上所述，氮气、氯气、氟气都不能用于高等动物的呼吸作用。硫蒸气？从化学角度上也许可以进行某些步骤，但不全可以，而且每个体系必须分开。

参考

  1. ^NADH是什么 https://zhuanlan.zhihu.com/p/423948949
  2. ^线粒体呼吸链复合体的本质和作用 https://www.abbkine.cn/talking-about-research-hotspots/#:~:text=%E5%91%BC%E5%90%B8%E9%93%BE%E6%98%AF,%E5%A4%8D%E5%90%88%E7%89%A9V%E3%80%82
  3. ^呼吸链复合体Ⅰ https://www.abbkine.cn/talking-about-research-hotspots/#:~:text=%E7%BA%BF%E7%B2%92%E4%BD%93%E4%B8%AD%E5%A4%A7%E5%A4%9A%E6%95%B0%E7%9A%84ATP%E9%83%BD%E6%98%AF%E5%A4%8D%E5%90%88%E4%BD%93%E2%85%A0%E3%80%82%E5%91%BC%E5%90%B8%E9%93%BE%E5%A4%8D%E5%90%88%E4%BD%93%E2%85%A0%E6%98%AF%E6%9C%80%E5%A4%8D%E6%9D%82%E7%9A%84%E5%A4%8D%E5%90%88%E7%89%A9%E5%8D%95%E4%BD%93%EF%BC%8C%E7%94%B145%E4%B8%AA%E8%9B%8B%E7%99%BD%E4%BA%9A%E5%9F%BA%E3%80%818%E4%B8%AA%E9%93%81%E7%A1%AB%E4%B8%AD%E5%BF%83%E5%92%8C1%E4%B8%AA%20FMN%20%E5%88%86%E5%AD%90%E7%BB%84%E6%88%90%EF%BC%8C%E5%B9%B6%E4%B8%94%E5%8F%AF%E4%BB%A5%E7%BB%93%E5%90%88%20NADH%E3%80%81NADPH%20%E5%92%8C%E8%BE%85%E9%85%B6%20Q%E3%80%82%E5%91%BC%E5%90%B8%E9%93%BE%E5%A4%8D%E5%90%88%E4%BD%93%E2%85%A0%E7%94%B1%E8%B7%A8%E8%86%9C%E8%87%82%E5%92%8C%E4%BC%B8%E5%85%A5%E7%BA%BF%E7%B2%92%E4%BD%93%E5%9F%BA%E8%B4%A8%E7%9A%84%E4%BA%B2%E6%B0%B4%E8%87%82%E4%B8%A4%E9%83%A8%E5%88%86%E7%BB%84%E6%88%90%EF%BC%8C%E4%BA%B2%E6%B0%B4%E8%87%82%E5%92%8C%E8%B7%A8%E8%86%9C%E8%87%82%E8%BF%9E%E6%8E%A5%E5%91%88%20L%20%E5%BD%A2%E3%80%82%E4%BA%B2%E6%B0%B4%E8%87%82%E5%AE%8C%E6%88%90%20NADH%20%E7%9A%84%E6%B0%A7%E5%8C%96%E5%B9%B6%E5%B0%86%E7%94%B5%E5%AD%90%E4%BC%A0%E9%80%92%E8%87%B3%E4%B8%A4%E8%87%82%E8%BF%9E%E6%8E%A5%E7%9A%84%E5%8C%BA%E5%9F%9F%EF%BC%9B%E8%B7%A8%E8%86%9C%E8%87%82%E5%AE%8C%E6%88%90%E8%BE%85%E9%85%B6%20Q%20%E7%9A%84%E8%BF%98%E5%8E%9F%E5%92%8C%E8%B4%A8%E5%AD%90%E7%9A%84%E8%BD%AC%E8%BF%90%E3%80%82%E4%B8%A4%E8%87%82%E4%B9%8B%E9%97%B4%E5%8A%9F%E8%83%BD%E7%9A%84%E5%8D%8F%E8%B0%83%E7%94%B1%E4%B8%80%E7%B3%BB%E5%88%97%E8%9B%8B%E7%99%BD%E4%BA%9A%E5%9F%BA%E7%9A%84%E7%9B%B8%E4%BA%92%E4%BD%9C%E7%94%A8%E5%92%8C%E6%9E%84%E8%B1%A1%E5%8F%98%E5%8C%96%E6%9D%A5%E5%AE%8C%E6%88%90%E3%80%82
  4. ^呼吸链复合体Ⅱ https://www.abbkine.cn/talking-about-research-hotspots/#:~:text=%E5%A4%8D%E5%90%88%E4%BD%93%E2%85%A1%E7%94%B1,%E6%B0%A7%E6%B0%94%E7%94%9F%E6%88%90%E6%B0%B4%E3%80%82
  5. ^呼吸链复合体Ⅲ https://www.abbkine.cn/talking-about-research-hotspots/#:~:text=%E5%91%BC%E5%90%B8%E9%93%BE%E5%A4%8D%E5%90%88%E4%BD%93%E2%85%A2%20%E8%87%AA%E8%BA%AB%E5%8F%91%E7%94%9F%E8%81%9A%E5%90%88%E5%BD%A2%E6%88%90%E4%BA%8C%E8%81%9A%E4%BD%93%EF%BC%8C%E8%80%8C%E6%AF%8F%E4%B8%80%E4%B8%AA%E5%8D%95%E4%BD%93%E4%B8%AD%E9%83%BD%E5%8C%85%E5%90%AB11%E4%B8%AA%E8%9B%8B%E7%99%BD%E4%BA%9A%E5%9F%BA%E3%80%811%E4%B8%AA%E9%93%81%E7%A1%AB%E4%B8%AD%E5%BF%83%E4%BB%A5%E5%8F%8A%E5%A4%9A%E7%A7%8D%E7%BB%86%E8%83%9E%E8%89%B2%E7%B4%A0%E3%80%82%E5%91%BC%E5%90%B8%E9%93%BE%E5%A4%8D%E5%90%88%E4%BD%93%E2%85%A2%20%E4%BB%8E%E8%BF%98%E5%8E%9F%E6%80%81%E7%9A%84%E6%B3%9B%E9%86%8C%20QH2%20%E4%B8%AD%E5%BE%97%E5%88%B0%E7%94%B5%E5%AD%90%EF%BC%8C%E5%B9%B6%E5%B0%86%E7%94%B5%E5%AD%90%E4%BC%A0%E9%80%92%E7%BB%99%E7%BB%86%E8%83%9E%E8%89%B2%E7%B4%A0%20c%EF%BC%8C%E5%90%8C%E6%97%B6%E5%88%A9%E7%94%A8%E9%87%8A%E6%94%BE%E7%9A%84%E8%83%BD%E9%87%8F%E5%B0%86%E8%B4%A8%E5%AD%90%E6%B3%B5%E5%85%A5%E8%86%9C%E9%97%B4%E9%9A%99%E3%80%82%E5%9F%BA%E4%BA%8E%E5%85%B6%E7%BB%93%E6%9E%84%E4%BF%A1%E6%81%AF%EF%BC%8C%E7%A7%91%E5%AD%A6%E5%AE%B6%E6%8F%90%E5%87%BA%E4%BA%86%E5%A4%9A%E7%A7%8D%20%E5%91%BC%E5%90%B8%E9%93%BE%E5%A4%8D%E5%90%88%E4%BD%93%E2%85%A2%20%E4%BD%9C%E7%94%A8%E6%9C%BA%E7%90%86%E6%A8%A1%E5%9E%8B%EF%BC%8C%E7%9B%AE%E5%89%8D%E5%BD%B1%E5%93%8D%E6%9C%80%E5%B9%BF%E7%9A%84%E6%98%AF%20Q%2DCycle%20%E6%A8%A1%E5%9E%8B%E3%80%82
  6. ^呼吸链复合体Ⅳ https://www.abbkine.cn/talking-about-research-hotspots/#:~:text=%E5%91%BC%E5%90%B8%E9%93%BE%E5%A4%8D%E5%90%88%E4%BD%93%E2%85%A3%EF%BC%9A%E7%BB%86%E8%83%9E%E8%89%B2%E7%B4%A0C%E6%B0%A7%E5%8C%96%E9%85%B6%E5%A4%8D%E5%90%88%E4%BD%93%E3%80%82%E5%B0%86%E7%94%B5%E5%AD%90%E4%BC%A0%E9%80%92%E7%BB%99%E6%B0%A7%E3%80%82%E5%91%BC%E5%90%B8%E9%93%BE%E5%A4%8D%E5%90%88%E4%BD%93%E2%85%A3%20%E5%90%AB%E6%9C%8914%E4%B8%AA%E8%9B%8B%E7%99%BD%E4%BA%9A%E5%9F%BA%E4%BB%A5%E5%8F%8A%E5%A4%9A%E7%A7%8D%E8%BE%85%E5%9F%BA%EF%BC%8C%E5%82%AC%E5%8C%96%E7%94%B5%E5%AD%90%E4%BC%A0%E9%80%92%E7%9A%84%E6%9C%80%E5%90%8E%E4%B8%80%E6%AD%A5%E3%80%82%E7%AE%80%E5%8D%95%E6%9D%A5%E8%AF%B4%EF%BC%8CC%E2%85%A3%20%E4%B8%AD%E6%9D%A5%E8%87%AA%E7%BB%86%E8%83%9E%E8%89%B2%E7%B4%A0%20c%20%E7%9A%84%E7%94%B5%E5%AD%90%E9%80%9A%E8%BF%87%20CuA%20%E4%BC%A0%E9%80%92%E7%BB%99%E7%BB%86%E8%83%9E%E8%89%B2%E7%B4%A0%20%CE%B1%EF%BC%8C%E7%BB%A7%E8%80%8C%E4%BC%A0%E9%80%92%E8%87%B3%E7%BB%86%E8%83%9E%E8%89%B2%E7%B4%A0%20%CE%B13%20%E5%92%8C%20CuB%20%E7%BB%84%E6%88%90%E7%9A%84%E6%B0%A7%E6%B0%94%E5%8F%8D%E5%BA%94%E4%B8%AD%E5%BF%83%EF%BC%8C%E7%94%B5%E5%AD%90%E4%BC%A0%E9%80%92%E8%BF%87%E7%A8%8B%E4%B8%AD%E9%87%8A%E6%94%BE%E7%9A%84%E8%83%BD%E9%87%8F%E5%AF%BC%E8%87%B4%20C%E2%85%A3%20%E8%9B%8B%E7%99%BD%E6%9E%84%E8%B1%A1%E5%8F%91%E7%94%9F%E5%8F%98%E5%8C%96%EF%BC%8C%E4%BD%BF%E7%BA%BF%E7%B2%92%E4%BD%93%E5%9F%BA%E8%B4%A8%E4%B8%AD%E7%9A%84%E4%B8%80%E9%83%A8%E5%88%86%E8%B4%A8%E5%AD%90%E9%80%9A%E8%BF%87%20K%20%E9%80%9A%E9%81%93%E5%92%8C%20D%20%E9%80%9A%E9%81%93%E4%BC%A0%E9%80%92%E8%87%B3%E6%B0%A7%E6%B0%94%E5%8F%8D%E5%BA%94%E4%B8%AD%E5%BF%83%E8%BF%98%E5%8E%9F%E6%B0%A7%E6%B0%94%E7%94%9F%E6%88%90%E6%B0%B4%EF%BC%8C%E5%90%8C%E6%97%B6%E5%8F%A6%E4%B8%80%E9%83%A8%E5%88%86%E8%B4%A8%E5%AD%90%E9%80%9A%E8%BF%87H%E9%80%9A%E9%81%93%E7%9B%B4%E6%8E%A5%E8%A2%AB%E6%B3%B5%E5%85%A5%E7%BA%BF%E7%B2%92%E4%BD%93%E8%86%9C%E9%97%B4%E9%9A%99%E4%B8%AD%E3%80%82
  7. ^呼吸链复合体V https://www.abbkine.cn/talking-about-research-hotspots/#:~:text=%E5%91%BC%E5%90%B8%E9%93%BE%E5%A4%8D%E5%90%88%E4%BD%93V%E6%98%AF,%E5%85%BC%E5%AE%B9%E6%A3%80%E6%B5%8B%E5%A4%9A%E7%A7%8D%E7%B1%BB%E5%9E%8B%E7%9A%84%E6%A0%B7%E6%9C%AC%E3%80%82

氮气太稳定，排除(参考固氮酶用16个ATP才打开三键，把一个放能反应硬生生变成了高度耗能，得不偿失)(纠正：21个ATP)

氟气和氯气太活泼，排除(F2真的不是开玩笑吗？这硅基生物都扛不住吧)

硫蒸汽？倒是可以考虑一下

生物分为自养型和异养型两种。异养型的典型代表就是动物，只能利用现成的有机物生存，也就是必须要依赖其他生物存活。自养型则不需要依赖其他生物存活。我们要说的就是自养型中的一种——绿硫细菌。

绿硫细菌，顾名思义，可以利用无机硫进行产能和同化过程。这些无机硫可以包括S，H2SO4，等等。它们以这些氧化态的硫为原料，将其还原为H2S，与植物将O2还原为H2O类似。顺便提一下，绿硫细菌也能进行光合作用，而且它的光合复合物与植物的PS1似乎是同源的。

因此，生物是可以利用硫单质的。问题在于硫蒸汽的温度。硫的沸点高达444.6°C，而生物几乎不能在此温度下生存(都熟了)。哪怕是微生物界的极端嗜热古菌，也不能在200度以上的环境中生存。但有报道说一种软体动物可以在400度以上环境中生存，所以硫蒸汽对它也不是很严重。

所以，硫蒸汽是最可能被利用的。

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评论区提出硫单质也需要稳定存在。

确实，这一点刚开始没考虑到。但事实上，早期地球的大气环境是相当呈还原态的，主要是因为NH3，CH4这些，如果这个星球的大气与早期地球类似，完全可供硫单质存在。