コンテンツ
- 簡単な概要
- エネルギーはATPリン酸結合に保存されます
- 解糖は酸化への道を準備する
- ロケーション
- クレブスクエン酸サイクルは電子供与体を生成します
- 電子輸送鎖はほとんどのATP分子を生成します
- ヒトの細胞呼吸は複雑なプロセスを伴う単純な概念です
細胞呼吸の目的は、食物からのグルコースをエネルギーに変換することです。
細胞は一連の複雑な化学反応でグルコースを分解し、反応生成物を酸素と結合してエネルギーを貯蔵します アデノシン三リン酸 （ATP）分子。 ATP分子は、細胞の活動に動力を与え、生物の普遍的なエネルギー源として機能します。
簡単な概要
人間の細胞呼吸は消化器系と呼吸器系で始まります。食物は腸で消化され、グルコースに変換されます。酸素は肺に吸収され、赤血球に保存されます。グルコースと酸素は循環系を介して体内に移動し、エネルギーを必要とする細胞に到達します。
細胞はエネルギー生産のために循環系からのグルコースと酸素を使用します。廃棄物である二酸化炭素を赤血球に送り返し、肺から二酸化炭素が大気中に放出されます。
消化器系、呼吸器系、循環器系は人間の呼吸で重要な役割を果たしますが、細胞レベルの呼吸は細胞内および ミトコンドリア 細胞の。このプロセスは、3つの異なるステップに分類できます。
全体的な細胞呼吸反応では、各グルコース分子が生成します ATPの36または38分子、セルのタイプに応じて。人間の細胞呼吸は連続的なプロセスであり、酸素の連続的な供給を必要とします。酸素が存在しない場合、細胞呼吸プロセスは解糖で停止します。
エネルギーはATPリン酸結合に保存されます
細胞呼吸の目的は、ATP分子を生成することです 酸化 グルコースの。
たとえば、グルコースの分子から36個のATP分子を生成するための細胞呼吸式はC6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O +エネルギー（36 ATP分子）。 ATP分子は3つのエネルギーを蓄積します リン酸基結合.
細胞によって生成されたエネルギーは、細胞呼吸プロセス中にATP分子に追加される3番目のリン酸基の結合に保存されます。エネルギーが必要になると、3番目のリン酸結合が切断され、細胞の化学反応に使用されます。あ アデノシン二リン酸 （ADP）2つのリン酸基を持つ分子が残っています。
細胞呼吸中に、酸化プロセスからのエネルギーを使用して、3番目のリン酸基を追加することにより、ADP分子をATPに戻します。 ATP分子は再びこの3番目の結合を切断して、細胞が使用するエネルギーを放出する準備ができています。
解糖は酸化への道を準備する
解糖系では、6炭素のグルコース分子が2つの部分に分割され、2つの ピルビン酸 一連の反応における分子。グルコース分子が細胞に入った後、その2つの3炭素半分はそれぞれ2つの別々のステップで2つのリン酸基を受け取ります。
まず、2つのATP分子 リン酸化する リン酸基をそれぞれに追加することにより、グルコース分子の2つの半分。次に、酵素はグルコース分子の各半分にもう1つのリン酸基を追加し、それぞれ2つのリン酸基を持つ2つの3炭素分子半分になります。
2つの最終および並行した一連の反応で、元のグルコース分子の2つのリン酸化3炭素半分はリン酸基を失い、2つのピルビン酸分子を形成します。グルコース分子の最終的な分裂は、ADP分子にリン酸基を追加してATPを形成するために使用されるエネルギーを放出します。
グルコース分子の各半分は、2つのリン酸基を失い、ピルビン酸分子と2つのATP分子を生成します。
ロケーション
解糖は細胞のサイトゾルで行われますが、細胞呼吸プロセスの残りの部分は ミトコンドリア。解糖には酸素は必要ありませんが、ピルビン酸がミトコンドリアに移動すると、以降のすべてのステップで酸素が必要になります。
ミトコンドリアは、酸素とピルビン酸を外膜に通し、反応生成物である二酸化炭素とATPを細胞に戻して循環系に戻すエネルギー工場です。
クレブスクエン酸サイクルは電子供与体を生成します
クエン酸回路は、NADHとFADHを生成する一連の循環化学反応です。2 分子。これらの2つの化合物は、細胞呼吸の次のステップに入ります。 電子輸送チェーン、チェーンで使用される初期電子を寄付します。結果のNAD+ およびFAD化合物はクエン酸回路に戻され、元のNADHおよびFADHに戻されます2 フォームとリサイクル。
3炭素のピルビン酸分子がミトコンドリアに入ると、炭素分子の1つを失い、二酸化炭素と2炭素化合物を形成します。その後、この反応生成物は酸化され、 コエンザイムA 二を形成する アセチルCoA 分子。クエン酸サイクルの過程で、炭素化合物は4炭素化合物と結合して6炭素クエン酸塩を生成します。
一連の反応において、クエン酸塩は2つの炭素原子を二酸化炭素として放出し、3つのNADH、1つのATP、および1つのFADHを生成します2 分子。プロセスの最後に、サイクルは元の4炭素化合物を再構成し、再び開始します。反応はミトコンドリア内部で起こり、NADHとFADH2 その後、分子はミトコンドリアの内膜の電子伝達鎖に参加します。
電子輸送鎖はほとんどのATP分子を生成します
電子輸送チェーンは4つで構成されています タンパク質複合体 ミトコンドリアの内膜に位置しています。 NADHは電子を最初のタンパク質複合体に供与し、FADHは2 その電子を2番目のタンパク質複合体に与えます。タンパク質複合体は、一連の還元酸化で電子を輸送チェーンに送ります。 酸化還元 反応。
エネルギーは各酸化還元段階で解放され、各タンパク質複合体はそれを使用してポンピングします 陽子 ミトコンドリア膜を横切って、内膜と外膜の間の膜間スペースに入る。電子は、酸素分子が最終的な電子受容体として機能する4番目の最終的なタンパク質複合体に到達します。 2つの水素原子が酸素原子と結合して水分子を形成します。
内膜の外側のプロトンの濃度が増加すると、 エネルギー勾配 が確立され、プロトンが膜を横切ってプロトン濃度の低い側に引き寄せられる傾向があります。と呼ばれる内膜酵素 ATPシンターゼ プロトンに内膜を通過する通路を提供します。
プロトンがATPシンターゼを通過すると、酵素はプロトンエネルギーを使用してADPをATPに変更し、ATP分子内の電子輸送チェーンからのプロトンエネルギーを保存します。
ヒトの細胞呼吸は複雑なプロセスを伴う単純な概念です
細胞レベルで呼吸を構成する複雑な生物学的および化学的プロセスには、非常に複雑な方法で分子レベルで相互作用する酵素、プロトンポンプおよびタンパク質が含まれます。グルコースと酸素の入力は単純な物質ですが、酵素とタンパク質はそうではありません。
解糖、クレブスまたはクエン酸回路および電子伝達鎖の概要は、細胞呼吸が基本レベルでどのように機能するかを示すのに役立ちますが、これらの段階の実際の操作ははるかに複雑です。
細胞呼吸のプロセスを説明することは、概念レベルではより簡単です。体は栄養素と酸素を摂取し、必要に応じて食物中のグルコースと酸素を個々の細胞に分配します。細胞はグルコース分子を酸化して、化学エネルギー、二酸化炭素、および水を生成します。
このエネルギーは、ADP分子に3番目のリン酸基を追加してATPを形成するために使用され、二酸化炭素は肺から排出されます。 3番目のリン酸結合からのATPエネルギーは、他の細胞機能に電力を供給するために使用されます。それが、細胞呼吸が他のすべての人間活動の基礎を形成する方法です。