呼吸

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ミトコンドリアの構造

ミトコンドリアは内膜外膜からできている。内膜は内側に折れ曲がってひだひだを形成している。このひだひだをクリステと呼ぶ。内膜に包まれた空間はマトリックスと呼ぶ。マトリックスにはクエン酸回路などの代謝経路がある。内膜には電子伝達系、ATP合成酵素、などの酵素が埋め込まれている。

ミトコンドリア

呼吸の仕組み

呼吸とは酸素を用いて、グルコースを水と二酸化炭素に分解しエネルギーを得る反応である。呼吸全体で最大で38ATPを作ることができる。呼吸には解糖系、クエン酸回路、電子伝達系の3段階がある。

グルコース + 6O2 +6H2O → 6CO2 +12H2O +38ATP

エネルギー効率

グルコース1molが完全に分解されたとき、2867kJに相当するエネルギーが生じる。燃焼反応であれば全て熱エネルギーとなるが、呼吸ではこのエネルギーを利用して最大で38molのATPを合成する。

ADPとリン酸からATP1molを合成するのには30.5kJのエネルギーを要する。よって、1molのグルコースから38molのATPを合成する際のエネルギー利用の効率は次の式となる。

(30.5kJ × 38) ÷ 2867kJ × 100 = 約40%

残りの60%は熱として失ったと考えることができる。

解糖系

発酵の解糖系と同様の反応が起こる。グルコース1分子からピルビン酸2分子が生成され、ATP2分子が生成される。

解糖系
クエン酸回路

ミトコンドリアのマトリックスで起こる反応。ピルビン酸が、脱炭酸酵素脱水素酵素によって、二酸化炭素、H+、e-に分解される。また、水が付加される。H+、e-はNAD+FADと結合し、電子伝達系へと供給される。クエン酸回路では、ピルビン酸1分子からATP2分子が生成される。

電子伝達系

ミトコンドリアの内膜にある。解糖系とクエン酸回路で生じたNADHFADHからH+とe-が放出される。e-は電子伝達系のシトクロム(鉄を含むタンパク質)に次々伝達されていき、エネルギーを放出する。そのエネルギーを利用してH+が外膜と内膜の間に取り入れられ、H+の濃度差によってATP合成酵素が働き、34ATPを生成する。e-は最終的に酸化酵素(シトクロムオキシダーゼ)によってH+と結合し、その後O2と結合してH2Oとなる。

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コメント

  1. すなぎも より:

    エネルギー効率について少しばかり疑問に思ったので投稿させていただきます。
    [呼吸では2867kJの熱量のエネルギーが生じる。ATP1molあたり41.8kJとすると、エネルギー利用の効率は
    41.8 × 38 ÷ 2867 × 100 = 約55%
    残りの45%は熱として失ったと考えることができる。]
    との記載がありますが、これは
    {グルコース1molを燃焼させると2867kJの熱エネルギーが生じる。ATP1molがもつエネルギーは41.8kJなので、呼吸のエネルギー効率は
    41.8 × 38 ÷ 2867 × 100 = 約55%
    である。残りの45%は熱として失われる}ということでいい…んですよね?
    また、最初意味が分からず他のサイト(啓林館やWikipediaなど。下式の数値はWikipedia[アデノシン三リン酸]より引用)を調べたのですが、
    ATP + H2O → ADP + Pi + 30.5kJ
    ほどで、計算すると(30.5 × 38 ÷ 2867 × 100 = 40% ; 残り60%ほどが熱としてのロス)になるのですが私の計算が間違っていますでしょうか?グルコース1molの燃焼とATP38molの加水分解でエネルギー効率を比較していると思ったのですが。

  2. 管理人 より:

    >すぎなもさん
    コメント大変ありがとうございました。ご指摘の通りです。
    ある本に41.8KJと書かれていたものをそのまま使用してしまいましたが、別の書物で30.5KJであることを確認しました。
    色々と不備があることを思いますが、また教えていただけると嬉しいです・w・よろしくお願いいたします。

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