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=== 光合成と呼吸 ===
[[ファイル:Simple photosynthesis overview-ja.svg|thumb|光合成は水を分解し、酸素を放出して水素を二酸化炭素と反応させて糖類を得る過程である]]
自然界において遊離酸素は、[[光合成]]によって水が[[光分解]]されることで生じ、海洋中の[[緑藻]]類や[[シアノバクテリア]]が地球大気中の酸素70&nbsp;%を、残りは陸上の植物が作り出している<ref>{{cite book|url=https://books.google.co.jp/books?id=g6RfkqCUQyQC&pg=PA147&redir_esc=y&hl=ja|title=Plants: the potentials for extracting protein, medicines, and other useful chemicals (workshop proceedings)|year=1983|month=September|chapter=Marine Plants: A Unique and Unexplored Resource|last=Fenical|first=William|page=147|isbn=1428923977|publisher=DIANE Publishing}}</ref>。

簡易な光合成の反応式は以下の通りである<ref>{{cite book|last=Brown|first=Theodore L. |coauthors=LeMay, Burslen|title=Chemistry: The Central Science|isbn=0130484504|page=958|year=2003|publisher=Prentice Hall/Pearson Education}}</ref>。
:<chem>6CO2 + 6H2O +</chem> [[光子]] <chem> -> C6H12O6 + 6O2</chem> （二酸化炭素+水+日光 → グルコース+酸素）

光分解による酸素発生は[[葉緑体]]の[[チラコイド|チラコイド膜]]中で起こる。光をエネルギーとするこの作用は多くの段階を経て、[[アデノシン三リン酸|ATP]] を[[光リン酸化]]（[[:en:photophosphorylation|photophosphorylation]]）させる[[水素イオン|プロトン]]の濃度勾配を起こす<ref name="Raven">[[#Reference-idRaven2005|Raven (2005)]], pp. 115-127.</ref>。この際、水を酸化することで酸素ガスが発生し、大気中に放出される<ref>Raven 2005</ref>。

酸素ガスは[[好気性生物]]が[[呼吸]]を行い、[[ミトコンドリア]]で[[酸化的リン酸化]]反応を経てATPを発生させるために使われる。酸素呼吸の反応は本質的に光合成の逆である。
: <chem>C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O + </chem><math>2880\,\mathrm{kJ\, mol^{-1}}</math>

[[脊椎動物]]では酸素ガスは肺の膜を通して[[血液]]中に拡散し[[赤血球]]中の[[ヘモグロビン]]と結びつき、その色を紫がかった赤から明るい赤へ変える<ref name="sakurai68">[[#桜井|桜井 (1997)]]、68頁。</ref><ref name="GuideElem48">{{cite book|title=Guide to the Elements|edition=revised |first=Albert|last=Stwertka|publisher=Oxford University Press|year=1998|isbn=0-19-508083-1|pages=48-49}}</ref>。ほかの動物では[[ヘモシアニン]]（[[軟体動物]]や[[節足動物]]の一種など）や[[ヘムエリスリン]]（[[クモ]]や[[ロブスター]]など）が使われる例もある<ref name="NBB298"/>。{{Val|1|u=L}}の血液が溶かせる酸素ガスは{{Val|200|u=mL}}である<ref name="NBB298">[[#Reference-idEmsley2001|Emsley (2001)]], p. 298.</ref>。

[[超酸化物イオン]]や[[過酸化水素]]などの[[活性酸素]]は、酸素呼吸を行う生体にとって非常に危険な副産物であり<ref name="sakurai68" /><ref name="NBB298"/>、[[ミトコンドリア]]を取り込んだ[[真核生物]]は、進化の過程で[[デオキシリボ核酸]]を酸素から保護するために[[核膜]]を獲得した<ref name="mito31-35" />。その一方で、高等生物は[[免疫系]]で[[細菌]]を破壊するために[[過酸化物]]を用いている<ref name="sakurai68" /><ref name="mito71-74">[[#瀬名ら|瀬名らp.71-74 2.危険なエネルギープラント ミトコンドリアの姿と働き 酸素と活性酸素]]</ref>。また、植物が病原体に抵抗して起こす[[過敏感反応]]（[[:en:hypersensitive response|hypersensitive response]]）でも、活性酸素は重要な役割を果たす<ref>{{Cite web|和書|url=http://www.agr.niigata-u.ac.jp/study_report/report/60-02/91_95.pdf|format=PDF|title=植物病原菌の防御反応の誘導機構|publisher=[[新潟大学]]農学部|author=古市尚高|accessdate=2010-05-14}}</ref><ref>{{Cite web|和書|url=http://lifesciencedb.jp/dbsearch/Literature/get_pne_cgpdf.php?year=2005&number=5004&file=glxJMfrEsiMHymYJQTzRoQ== |format=PDF|title=植物における活性酸素の役割とその誘導|publisher=[[文部科学省]]委託研究開発事業|author=吉岡博文・山溝千尋|accessdate=2010-05-14}}</ref>。

成人が消費する酸素は、1分あたり約{{Val|250|u=mL}}であり<ref>{{Cite web|和書|title=東邦大学医学部 「呼吸器系」ユニット講義録８|url=http://www.lab.toho-u.ac.jp/med/physi1/respi/respi8/respi8.html|accessdate=2012-07-01}}</ref>、これは約{{Val|0.36|u=g}}に相当する。ここから計算すると、人類全体が1年間に消費する量は13億トンに相当する<ref group="注">(0.36 g/分/人) × (60秒/時) × (24時/日) × (365日/年) × (70億人)/{{gaps|1|000|000}} = 13.2億トン</ref>。

なお、酸素を利用しない呼吸の形態を[[嫌気呼吸]]という。最初の地球に酸素が存在しなかったことから、これが最初の呼吸のあり方と考えられる。これは好気呼吸の経路にも、[[解糖系]]という形態で残っている。酸素を全く使わずに生活する微生物も存在し、そのような微生物は、酸素の存在下では死滅する（[[嫌気性生物]]）。初期の微生物にとっても、酸素は有毒物質であった。