細胞呼吸 - タイプ、方程式、およびステップ

概要

細胞呼吸は、食物から生物学的エネルギーをアデノシン三リン酸 (ATP) として知られる化学分子に変換するために細胞内で発生する一連の代謝イベントです。代謝とは、生物の細胞を維持するために発生する一連の化学的事象です。これらは 2 つのタイプに分類されます。

• 異化とは、エネルギーを得るために分子を分解する方法です。
• 同化作用は、細胞が必要とするすべての分子が合成されるプロセスです。

その結果、細胞呼吸は、大きな分子が小さな分子に分解される異化活動であり、細胞機能に燃料を供給するエネルギーを提供します.

細胞呼吸とは？

細胞が炭水化物をエネルギーに変えるメカニズムは、細胞呼吸として知られています。生きている細胞は、燃料と電子受容体を必要とし、エネルギーを使用可能な形に変換する化学プロセスを推進して、細胞プロセスに電力を供給する ATP やその他の種類のエネルギーを生成します。

細胞呼吸の種類

• 有酸素呼吸

真核生物は、ミトコンドリアと呼ばれる細胞小器官で細胞呼吸を受けます。ミトコンドリアは、炭水化物に分解し、ATP を効果的に生成するように設計されたオルガネラです。ミトコンドリアは、十分な量の ATP を生成する能力があるため、「細胞の発電所」と表現されることがあります!

酸素は自然界で知られている最も強力な電子受容体ですが、好気呼吸は非常に効率的です。酸素は電子を「愛します」。その電子への愛情は、ミトコンドリアの電子伝達系を介して電子を「引き寄せ」ます。

細胞呼吸に必要なすべての反応物分子を細胞内のコンパクトな膜結合領域に収容するミトコンドリアの独自のアーキテクチャも、好気呼吸の高効率に貢献しています。

ほとんどの真核細胞は、酸素なしで、乳酸発酵などの嫌気呼吸も行うことができます。しかし、これらのメカニズムは、細胞の生命機能を維持するのに十分な ATP を生成せず、細胞は酸素なしでは最終的に死ぬか機能を停止します。

• 発酵

「発酵」という用語は、バクテリアや古細菌、特定の真核細胞の多くの株によって酸素の不在下で行われる、多くの異なる形態の嫌気性呼吸のために造られました.

これらのプロセスでは、さまざまな電子受容体が使用され、さまざまな副産物が生成されます。発酵には、次のようないくつかの形態があります。

• アルコール発酵

この発酵は酵母細胞などによって行われ、代謝物としてアルコールと二酸化炭素が生成されます。ビールが発泡するのはそのためです。発酵中、酵母は二酸化炭素ガスを生成し、それが泡とエチルアルコールを生成します。

• 乳酸発酵

無酸素環境では、人間の筋肉細胞と一部の微生物がこの種の発酵を実行します.人間は乳酸発酵を利用してヨーグルトを作ります。無害な微生物を牛乳で培養してヨーグルトを作ります。これらのバクテリアは乳酸を生成し、ヨーグルトに独特の鋭い酸味を与え、乳タンパク質と結合して濃厚でクリーミーな食感を形成します.

• プロピオン酸発酵

この形式の発酵はバクテリアによって行われ、スイス チーズの製造に使用されます。スイスチーズ特有の苦味とナッツのような風味は、プロピオン酸によるものです。チーズ スライスの穴は、これらの微生物によって生成される気泡によって引き起こされます。

• 酢酸生成

酢酸生成は、副産物として酢酸を生成するバクテリアによって行われる発酵プロセスです。酢酸は酢の際立った要素であり、酸っぱい味と香りを与えます.驚くべきことに、酢酸を作るバクテリアはエチルアルコールで動いています。酢を作るには、まず糖を含む混合物を酵母で発酵させてアルコールを生成し、次にバクテリアでアルコールを酢酸に変換する必要があります!

• メタン生成

メタン生成は、古細菌だけが達成できる一種の嫌気性代謝です。メタン生成は、炭水化物燃料源を分解して二酸化炭素とメタンを生成することです。

宿主、牛、その他の動物の胃腸系にいる善玉菌の中には、メタンを生成するものがあります。これらの細菌の一部は、細胞呼吸では分解できない植物糖であるセルロースを消化できます。共生微生物のおかげで、牛やその他の動物は、これらの通常消化されない炭水化物からいくらかのエネルギーを得ることができます!

細胞呼吸の式とは?

好気呼吸

好気性細胞呼吸方程式 グルコース (C₆ H₁₂ O₆ ) 酸素と結合 (O₂ ) と ADP で二酸化炭素 (CO₂ )、水 (H₂ O)、ATP:

C6H12O6 (グルコース)+ 6O₂ + 36 ADP (枯渇ATP) + 36 Pi (リン酸基)→ 6CO₂ + 6H₂ O + 36 ATP

グルコースの炭素分子は、完全に分解されると、6 分子の二酸化炭素として放出されます。

上記の 細胞呼吸図 を参照してください 理解を深めるために。

乳酸発酵

乳酸発酵の過程で、1分子のブドウ糖が2分子の乳酸に分解されます。壊れたグルコース分子に保持されている化学エネルギーは、リン酸基と ADP によって形成された結合に転送されます。

C₆ H₁₂ O₆ (グルコース) + 2 ADP (枯渇 ATP) + 2 Pi (リン酸基) → 2 CH₃ CHOHCOOH (乳酸) + 2 ATP

上記の 細胞呼吸図 を参照してください より明確に。

アルコール発酵

アルコール発酵は乳酸発酵に匹敵します。アルコール発酵では、酸素は最終的な電子受容体ではありません。そのため、細胞は酸素ではなく、変換された形のピルビン酸を介して残りの電子を受け取ります。これにより、アルコール飲料に含まれるエチルアルコールが生成されます。醸造業者や蒸留業者は、発酵に非常に優れた酵母細胞を使用してこのアルコールを製造しています。

C₆ H₁₂ O₆ (グルコース) + 2 ADP (枯渇 ATP) + 2 Pi (リン酸基)→ 2 C₂ H₅ OH (エチルアルコール) + 2 CO₂ + 2 ATP

上記の細胞呼吸図を参照してください .

細胞呼吸のステップ

細胞呼吸のプロセスには、次の 3 つのステップが含まれます。

ステップ 1:解糖

解糖は、すべてのタイプの細胞呼吸によって共有される主要な機能です。さて、解糖では何が起こるでしょうか?

解糖の過程で、糖分子は半分に分割され、2 分子の ATP が生成されます。

細胞呼吸の方程式 解糖系は次のとおりです:

C₆ H₁₂ O₆ (グルコース) + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 CH₃ COCOO− + 2 NADH + 2 ATP + 2 H₂ O + 2H+

解糖という用語はギリシャ語に由来します。 「グリコ」は「糖」を意味し、「溶解」は「分裂する」ことを意味します。したがって、解糖は糖の分子を分裂させるプロセスです。

大部分の経路では、解糖のプロセスは、グルコースが 2 つのピルビン酸分子に分解されることから始まります。これらの 2 分子のピルビン酸はさらに処理されて、さまざまな形態の副産物が放出されます。これらの副産物には、エチルアルコールと乳酸が含まれます。

ステップ 2:削減

プロセスの次のステップは削減です。還元とは、分子に電子を加えて分子を「還元」することです。

乳酸発酵では、NADH はピルビン酸に電子を与えます。それは、乳酸とNADの副産物をもたらします。 NAD は解糖のプロセスにとって重要であるため、このステップは細胞にとって重要になります.

アルコール発酵では、ピルビン酸は補助工程を通過します。それは二酸化炭素の形で炭素原子を失います。この過程で、中間分子、すなわちアセトアルデヒドが形成されます。アセトアルデヒドはさらに還元され、エチルアルコールとNADが生成されます。

ステップ 3:クレブス サイクル

好気呼吸は、これらのプロセスを次のレベルにアップグレードします。クレブス サイクルの中間生成物は使用しません。代わりに、好気呼吸は酸素を電子の最終受容体として使用します。電子輸送鎖は、電子伝達体 (NADH) に結合したプロトンと電子を処理します。

ミトコンドリア膜内で動作する電子伝達鎖は、電子からのエネルギーを使用して、プロトンをミトコンドリア膜の片側に駆動します。これが起電力になります。この力は、ATP 合成酵素のリン酸化 (タンパク質複合体) によって利用され、ATP が生成されます。

細胞呼吸の副産物

細胞呼吸の副産物は次のとおりです:

• ATP

化学物質のアデノシン三リン酸 (ATP) は、すべての細胞呼吸の主要な生成物です。 ATP の機能は次のとおりです。

• この分子は、呼吸中に生成されたエネルギーを蓄積します.
• セルをセルの他のセクションに分配できます。
• さまざまな生体成分が ATP をエネルギー源として使用します。
• ATP は、細胞膜を横切って化学物質を運ぶ通常はタンパク質である担体によっても頻繁に利用されます。

• 二酸化炭素

二酸化炭素は、生物学的呼吸のいたるところにある副産物です。二酸化炭素は通常、排除しなければならない廃棄物とみなされます。二酸化炭素は、水溶液中で酸性イオンを生成します。これにより、細胞のpHが大幅に低下し、最終的に正常な細胞活動が停止する可能性があります.これを避けるために、細胞は常に二酸化炭素を排出しなければなりません。

• その他の副産物

あらゆる種類の細胞呼吸が定期的に ATP と二酸化炭素を生成しますが、さまざまな呼吸形態は、プロセスで必要な電子の最終的な受容体となるさまざまな分子に依存します。

よくある質問

1.細胞呼吸の主なエネルギー源は何ですか?

A:細胞呼吸の主な供給源は分子グルコースです。それがなければ、二酸化炭素と NADH を生成するクレブス回路で使用するピルビン酸が存在しないため、プロセス全体が始まらないでしょう.

2.ミトコンドリアで解糖が起こっていますか?

A:ミトコンドリアの解糖は、三炭素糖がピルビン酸に変換され、エネルギーを放出し、ATP と NADH の形で同等物を還元する、解糖のペイオフ フェーズのみに対応します。

3. ATP の機能は何ですか?

A:ATP の機能には、イオン輸送、基質リン酸化、神経インパルス伝達、筋肉収縮、および化学合成が含まれます。これらすべてのプロセスは、エネルギーの生産に ATP を必要とします。これらのプロセスやその他のプロセスは、ATP に対する大きな需要を生み出します。

まとめ

細胞呼吸とは ?燃料の酸化によって減少した補酵素を再酸化する、酸素依存性および電子伝達系依存性の活動を指します。これは、ミトコンドリア ROS の生成と解毒、酸化的リン酸化、膜を横切る電気化学的勾配形成、および熱発生に関連しています。大量の還元的生合成を達成する細胞は、継続的な燃料の酸化にもかかわらず、それを減らします.