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呼吸の仕組み-解糖系・クエン酸回路・電子伝達系-

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。

5 Comments

すなぎも

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。

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管理人

>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。

返信する
yumiko

こんにちは。
何かの時に、いつもみさせてもらっています。

以前もコメントしたカラダ探索家の、
ミラクル結実子です。

ここ1か月、

人間の中にある、
そもそもの人間とは?
の、無意識に植え付けられた人間観。
そこが変わっていくような働きかけが必要だ、
と動画作成にいそしんでいます。

そのなか、いろいろ調べるたびに、
行き当たるのが、このサイトで
すごいサイトだなあ、
と感服しています。

ありがとうございます。

そこで、いくつかの質問です。

1・まず、このページの
”エネルギーが失われた”というてんについて、

エネルギー保存の法則から言って、
ある物質のエネルギーが失われることはないと思うのですが?

わたしは、それが人体の体温なのでは?

と思うのですが、
どう思われますか?

2.呼吸というと
  人は 酸素を吸って~~~ 植物は 二酸化炭素を吸って
  が、一般的なのですが、
  人も、植物も、空気から、
  それだけをわけて吸うことは不可能に思います。

  もし、わけてる、とすると、どうやってわけるのでしょう。

  ここが、かわれば、今言われている、人体の様々なとらえ方が、変化
  すると思うのですが、どう思われますか?

3、なぜ、細胞の中に中心体ができたのだと、思いますか?

  私は、核が中心でよかったのに、と素直に思います。
  
  そんなことから、私は、中心体を持つ生き物と、生物の進化が大きく
関係しているのでは?と思うのですが・・・

  そうやって考えると、
  人間へと発展した生物進化の道は、
  核を持つ細胞と、ミトコンドリアと、中心体の誕生なのでは?
  なんて考えてしまい、もしかしたら、。

  ミトコンドリアの細胞膜の成分と、
  人体の細胞膜の成分は、同じなのでは?と思うのですが、     
  いかがでしょうか?

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管理人

>yumikoさん
コメントいただきありがとうございます。力不足ながら、質問に答えさせていただきたいと思います。


このページ内で「エネルギーが失われた」との記述を見つけられなかったため、他のページでしょうか。確かに代謝には100%のエネルギー効率ではないため、一部が熱エネルギーとして放出されます。


植物に関しては詳しいメカニズムはわかりませんが、動物は毛細血管のヘモグロビンが酸素と結合し、肺に詰まった空気から酸素のみを体内に取り込みます。


中心体の起源については面白いですね。
共生説を唱えたリン・マーギュリスなどは、「中心体はそもそも原生生物としての運動性バクテリアであるスピロヘータが細胞内共生した名残である」とも述べています。

細胞膜の組成は、生物種や細胞内小器官によって異なっているそうなので、もしかしたら細胞膜とミトコンドリア膜の成分は違うかもしれませんね。詳しくはわかりません。

「現存する細胞のすべての細胞膜は、リン脂質を主成分とする二分子膜構造を基本構造として成り立っていますが、様々な生物の細胞膜を構成するリン脂質の組成は、生物種、組織、細胞内オルガネラで際立って異なっています(Form and Function of Phospholipids, BBA Library, Vol.3, 1973)。」

動画作成がんばってください・w・!

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