好気性呼吸：定義と種類|生き物

好気呼吸

すべての生物は、さまざまな活動を行うためにエネルギーを必要とします。呼吸は、生命プロセスに必要なエネルギーを放出する重要な化学プロセスです。酸素の存在下と非存在下の両方で発生する可能性があります。したがって、酸素の利用可能性に応じて、呼吸は好気性または嫌気性になります。次の記事では、好気呼吸とその意義、発生場所、好気呼吸方程式について説明します。

有酸素呼吸とは?

分子状酸素の取り込みを伴う呼吸は、好気呼吸と言われています。好気呼吸の方程式は、次のように記述できます。

C₆ H₁₂ O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂ O+673kcal

さまざまな種類の好気性菌

酸素に依存する生物は好気性生物と呼ばれます。さまざまな種類の好気性菌は次のとおりです。

オブリゲートエアロブス :生き残るためには、厳密に遊離酸素が必要です。細胞呼吸を行っている間、偏性好気性菌は酸素を代謝に使用し、糖を分解してエネルギーを生成します。電子伝達系では、酸素が末端の電子受容体として機能します。偏性好気性菌の例は、結核菌、バチルス菌、ノカルジアアステロイデス、緑膿菌などの菌類や細菌です。
通性嫌気性菌 :酸素の存在下で好気呼吸を介してエネルギーを合成します。ただし、酸素がない状態で発酵プロセスに切り替えることもできます。通性嫌気性菌の例としては、ブドウ球菌属、大腸菌、サルモネラ属、リステリア属などの細菌や、出芽酵母などの真核生物があります。
微好気性: 彼らは生存のために酸素を必要としますが、大気中に存在するよりも低いレベルの酸素を含む環境、つまり <21% O₂ を含みます。 .微好気性菌の例には、カンピロバクターおよびヘリコバクターが含まれる。

有酸素細胞呼吸のメカニズム

好気性細胞呼吸に含まれるステップは次のとおりです。

解糖
ピルビン酸の酸化 (アセチル補酵素 A の形成)
クレブスサイクル
電子輸送

解糖

これは、細胞質で行われる好気呼吸の最初のステップです。
酸素を必要とせず、好気呼吸と嫌気呼吸の両方に共通の直線経路です。
使用される基質はグルコース (6 炭素化合物) です。
最終生成物は、2 つのピルビン酸分子 (それぞれ 3 炭素化合物)、2 つの NADH 分子、および 1 つの H です。
二酸化炭素は発生しません。
解糖は 2 つの ATP 分子を消費し、4 つの ATP 分子を生成します。したがって、2 つの ATP 分子の純増があります。

解糖経路

ステップ 1:最初のリン酸化

グルコースは、ATP、Mg、およびヘキソキナーゼの存在下でグルコース-6-リン酸に変換されます。 ATP は ADP に切望されます。

ステップ 2:異性化

グルコース-6-リン酸は、G-6-Pの異性体であるフルクトース-6-リン酸に異性化されます。この反応は、ホスホヘキソースイソメラーゼの存在下で起こります。

ステップ 3:2 回目のリン酸化

フルクトース-6-リン酸は、Mgと酵素ホスホフルクトキナーゼの存在下でフルクトース-1,6-二リン酸に変換されます。 ATP は ADP に切望されます。

ステップ 4:劈開

酵素アルドラーゼは、フルクトース-1,6-二リン酸をジヒドロキシアセトンリン酸とグリセルアルデヒド-3-リン酸に分解するのに役立ちます.これらの化合物は両方とも、ホスホトリオースイソメラーゼの存在下で相互変換可能です。

ステップ 5:リン酸化と酸化的脱水素

グリセルアルデヒド-3-リン酸は、NAD、酵素グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ、および H₃ の存在下で 1,3-ジホスホグリセリン酸に変わります。 PO₄ . NADis は NADH に変換されます。

ステップ 6:最初の ATP 生成

1,3-ビホスホグリセリン酸は、Mg とホスホグリセロキナーゼ酵素の助けを借りて 3-ホスホグリセリン酸に変化し、最初の ATP 分子が生成されます。

ステップ 7:異性化

酵素ホスホグリセロムターゼとマグネシウムイオンは、3-ホスホグリセリン酸から 2-ホスホグリセリン酸への変換を助けます。

ステップ 8:脱水

エノラーゼとMg は、2-ホスホグリセリン酸を2-ホスホエノールピルビン酸に変換し、水分子を放出します。

ステップ 9:2 番目の ATP 生成

最終段階で、2-ホスホエノールピルビン酸は、ピルビン酸キナーゼとマグネシウムイオンの存在下でピルビン酸に変換されます。 ADP は ATP に変換されます。

ピルビン酸の酸化

好気条件下では、ピルビン酸はクレブス回路を介して酸化されます。しかし、サイクルに入る前に、第 2 段階でアセチル補酵素 A が形成されます。変換に含まれる一連の段階は次のとおりです。

チアミンピロリン酸とピルビン酸の間の複合体の形成。
ピルビン酸の脱炭酸
脱炭酸プロセスから残ったアセトアルデヒド単位は補因子のリポ酸と結合し、アセチル-リポ酸複合体を形成します。
アセチル基がリポ酸から CoA に放出され、アセチル CoA が形成されます。

次の方程式は反応を表すことができます:

ピルビン酸 + CoA + NAD → アセチル CoA + CO₂ + NADH + H

TPP、リポ酸、ピルビン酸デヒドロゲナーゼ多酵素複合体の存在下。

クレブスサイクル

TCA サイクル、クエン酸サイクルとも呼ばれます。
ミトコンドリアで行われます。
好気呼吸でのみ発生します。
循環経路は、その過程で酸素を必要とします。
使用される基質はアセチル CoA です。
最終生成物はオキサロ酢酸 (OAA) と二酸化炭素です。
ATP を消費しませんが、2 つのピルビン酸分子から 2 つの ATP、2 つの NADH、2 つの FADH、および 1 つの H を生成します。

クレブスサイクルパスウェイ

ステップ 1:クエン酸の形成

最初のステップでは、クエン酸シンターゼの存在下でアセチル CoA とオキサロ酢酸を組み合わせることにより、クエン酸を形成します。

ステップ 2:異性化

クエン酸は、アコニターゼの存在下で異性体のイソクエン酸に変換されます。

ステップ 3:脱炭酸と脱水素

イソクエン酸はα-ケトグルタル酸に変化し、α-ケトグルタル酸は5炭素化合物であるため、二酸化炭素の分子が放出されます. NADおよびイソクエン酸デヒドロゲナーゼがこの工程を触媒する。

ステップ 4:脱炭酸

4炭素化合物のスクシニルCoAは、α-ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼの存在下で形成されます。このステップでは、二酸化炭素 1 分子と NADH が放出されます。

ステップ 5:脱水素

スクシニルCoAからCoAが取り除かれ、スクシネートが形成される。 GDP は GTP に変換され、スクシニル CoA 合成酵素が反応を触媒します。

ステップ 6:脱水素

コハク酸は、酵素コハク酸デヒドロゲナーゼの助けを借りてフマル酸に変換されます.このステップには、FAD の FADH₂ への還元も含まれます。 .

ステップ 7:水分補給

H₂ の付加 Oは、フマラーゼの存在下でフマル酸塩をリンゴ酸塩に変えます。

ステップ 8:脱水素

酵素リンゴ酸デヒドロゲナーゼは、NAD を利用して NADH と H を放出しながら、リンゴ酸をオキサロ酢酸に変換します。

電子輸送システム (ETS)

ETS は、ミトコンドリアの F1 粒子に局在する NAD、FAD、コネクザイム Q、およびシトクロムを含む担体の鎖です。電子は高いエネルギー準位から低いエネルギー準位へと流れるため、ETS のすべてのステップで電子のエネルギー準位が低下します。エネルギー差は、ADP から ATP への変換によってリン酸結合に変換されます。還元型コエンザイム Q が酸化されると、水素イオンが放出されます。電子は一連のシトクロムに沿って渡され、渡された電子のペアごとに 3 つの ATP 分子が形成されます。

10 個の NADH 分子を使用し、10 個の NAD 分子を生成します。
2 FADH₂ 分子は 2 つの FAD 分子に変換されます。
プロセスは 12 H₂ も放出します O分子。
34 ADP は 34 ATP に変換されます。
酸素が末端受容体である ETS による ATP の合成プロセスは、酸化的リン酸化として知られています。

好気呼吸と嫌気呼吸の違い

次の表は、好気性呼吸と嫌気性呼吸の主な違いを列挙しています。

・基質の完全酸化。・基質の分解が不完全。

特徴	好気呼吸	無酸素呼吸
酸素	分子状酸素の取り込みを伴う。	分子状酸素の取り込みを伴わない。
基質の劣化
最終製品	二酸化炭素水エネルギー	二酸化炭素乳酸やエチルアルコールなどの有機化合物エネルギー
エネルギー分子	1 モルのグルコースから 38 分子の ATP が生成されます。	1 モルのグルコースから 2 つの ATP が生成されます。
細胞内の発生部位	細胞質とミトコンドリアの両方で発生します。	細胞の細胞質でのみ発生します。
方程式	好気呼吸式:C₆ H₁₂ 0₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂ ○+673kcal	無酸素呼吸方程式: C₆ H₁₂ 0₆ + 6O₂ →2C₂ H₅ OH + 6CO₂ + 21kcal

結論

好気性細胞呼吸は、有機物質の化学エネルギーを生きた細胞が使用できる代謝エネルギーに変換する一連の重要なプロセスです。グルコースを最初の基質と酸素として取り、エネルギー分子 ATP、水、および二酸化炭素を与えます。エネルギーを提供するだけでなく、CO₂ その過程で放出され、自然界の二酸化炭素バランスの維持に役立ちます。

よくある質問

1.好気性細胞呼吸におけるクレブス回路の重要性は何ですか?

A. クレブス回路は、最終的に 1 つのグルコース分子の酸化から得られるエネルギーの大部分を生み出す水素原子を生成します。さらに、脂肪酸、アミノ酸、カロテノイドなどの他の物質の製造に使用される中間体の貴重な供給源でもあります。

2.解糖にはどのような酵素が使われますか?

A. 以下の酵素が解糖の過程で使用されます:

ヘキソキナーゼ
ホスホヘキソイソメラーゼ
ホスホフルクトキナーゼ
フルクトース-1,6-二リン酸
アルドラーゼ
ホスホトリオースイソメラーゼ
3-ホスホグリセルアルデヒド脱水素酵素
ホスホグリセロキナーゼ
ホスホグリセロムターゼ
エノラーゼ
ピルビン酸キナーゼ

3.解糖とクレブス回路の違いは何ですか?

A. 解糖は、2 つの ATP 分子を消費して 4 つの ATP 分子を生成する嫌気性プロセスです。その最終産物はピルビン酸であり、細胞質で行われます。クレブス回路は好気性プロセスであり、最終生成物はオキサロ酢酸です。それは ATP を消費しませんが、2 つの ATP 分子を提供します。クレブス回路はミトコンドリアで発生します。解糖には直線的な経路がありますが、クレブス回路には循環的な経路があります。

好気性呼吸：定義と種類