Oksygen fra vann inngår i organiske stoffer i overgangen fra det ustabile C6-komplekset i rubisko hvor det dannes to molekyler 3-fosfoglycersyre.
Oksygen kan assimileres ved direkte reaksjon med organiske molekyler katalysert av oksygenaser. Rubisko inneholder også oksygenaseaktivitet.
Oksygenaser deles i to hovedgrupper avhengig av hvor mange oksygenatomer som overføres: monooksygenase som overfører ett oksygenatom og dioksygenase som overfører to.
Monooksygenase tilfører ett av oksygenatomene inn i en karbonforbindelse og det andre oksygenmolekylet blir til vann.
A + O2 + BH2 → AO + H2O + B
Hvor A er organisk stoff, og B er elektrondonor.
Monooksygenaser blir også kalt “mixed-function” oksidaer (MFO). MFO i ER oksiderer monoterpener, diterpener, samt fettsyrer.
Monooksygenaser trenger NAD(P)H som elektrondonor.
En gruppe monooksygenaser kalles cytokrom P450.
C + O2 + NAD(P)H + H+ → CO + H2O + NAD(P)+
Et eksempel er cytokrom P450 hydroksylering av cinnamat som omdannes til p-koumarsyre. Oksygen er først bundet til jern i hem.
Dioksygenase inkorporerer begge oksygenatomene i dioksygen i en eller to karbonforbindelser. Ekstensin i celleveggen inneholder mye av aminosyren hydroksyprolin som lages fra aminosyren prolin ved hydroksylering katalysert av prolyl hydoksylase i endoplasmatisk retikulum og som trenger jern og askorbinsyre som kofaktorer, en dioksygenase. Hydroksylseringen skjer etter at prolin er satt inn i protein.
Lipoksygenase er en dioksygenase som tilfører to oksygenatomer til umettede fettsyrer.
2 1011 tonn oksygen frigis årlig til atmosfæren fra fotosyntesen. Oksygenforgiftning skyldes en ubalanse i en finstemt likevekt. Oksygen trengs for å frigi energi og opprettholde liv i en aerob atmosfære.
Reaksjoner som hemmes av oksygen er reduksjonen av nitrogen til ammonium vha. nitrogenase. For ca. 3 milliarder år siden startet en fotokjemisk spalting av vann. Jern hjalp til med avgiftningen av oksygen.
Oksygen er nødvendig i syntese av fettsyrer. Oksygen fungerer ellers som elektronakseptor. Oksidasjon av substratet med oksygen frigir energien. Molekylært oksygen i atmosfæren er triplett oksygen og ikke spesielt reaktivt med biologiske substrater, sammenlignet med aktivert singlett oksygen som er meget reaktivt og må avgiftes.