細胞呼吸：それとは何か、段階と種類

細胞呼吸は、グルコースの酸化によって化学エネルギーを得るために使用される一連の代謝反応です。細胞呼吸の段階は、解糖、ピルビン酸酸化、クレブス回路、および酸化的リン酸化です。細胞呼吸には 2 つのタイプがあります。酸素が存在する場合に起こる好気性呼吸と、酸素が存在しない場合に起こる嫌気性呼吸です。

生命は、すべての要素が相互に依存して存在するために存在します。植物は動物が呼吸する酸素を生成し、私たちが排出する二酸化炭素は植物によって再利用されます。これは、細胞呼吸と呼ばれる、エネルギーを生成するための重要な細胞レベルのプロセスで発生するものの一部です。私たちは呼吸を酸素の摂取と二酸化炭素の放出として一般に知っていますが、細胞レベルでの呼吸の概念はより複雑で、いくつかの段階で構成されており、それほど単純ではありませんが、この「ワイルド＆グリーン」記事では、それを簡単に理解できるように簡略化します。テーマを簡単に理解します。細胞呼吸とは何か、その段階と種類について学びましょう。

細胞呼吸は、食物からの炭水化物や糖などの有機分子の酸化からATP の形で化学エネルギーを得る一連の代謝反応です。簡単に言えば、細胞呼吸は細胞がエネルギーを得るプロセスです。

これは異化プロセスであり、エネルギーを放出しながら大きな分子を小さな分子に分解することを意味します。ここでは、同化作用と異化作用の違いについて読むことができます。

細胞呼吸が起こるには、特定の累積的かつ相互依存的なステップが発生する必要があります。各段階で、細胞が実行しなければならない活動にエネルギーを供給する分子である ATP が生成されることがわかります。利用可能な分子を最大限に活用するには、いくつかの手順が使用されます。

呼吸の段階は次のとおりです。

• 解糖:解糖は私たちが食べる食べ物、特にグルコースから作られる炭水化物から始まります。これらの炭水化物は胃で処理されて血液に送られます。ここで解糖が起こるため、インスリンの助けを借りてそれらは細胞に導入されます。このグルコースは細胞に入ると、酵素の助けを借りてより単純な分子であるピルビン酸に分解されます。このようなプロセスでは、ATP と NADH の 2 分子も放出されます。合計で、2 つのピルビン酸、2 つの ATP、および 2 つの NADH が得られます。
• ピルビン酸の酸化：ミトコンドリアマトリックスで起こります。このサイクルでは、ピルビン酸は炭素を 1 つ失うため、酸化によってより小さな分子のアセチル CoA に変換されます。
• クエン酸回路またはクレブス回路:アセチル Co-A はミトコンドリアに入り、この回路でエネルギーとして使用されます。それは GTP、FADH2、3 分子の NADH に分解され、二次生成物として 2 分子の CO2 が放出されます。 FADH2 と NADH は ATP を生成します。
• 酸化的リン酸化：ミトコンドリアでも起こります。ここには、いくつかの分子がある場所から別の場所に移動してエネルギーを放出し、最終的なアクセプター（酸素である場合もあればそうでない場合もあります）に至るまで、電子伝達連鎖が存在します。これにより電気化学的勾配が生じ、ATP を合成するためのエネルギーが蓄えられます。したがって、ATPもここで生成されます。

ご覧のとおり、すべての段階を通じて、外因性要素によるエネルギー生産における細胞の効率のおかげで、多くの ATP が生成されます。

細胞呼吸は、酸素の存在下でも、酸素の不在下でも起こります。このように、2 つの異なるタイプが存在します。両方のケースでどのように起こるかを確認してみましょう。

好気呼吸

これは、好気性生物と呼ばれる、生きるために酸素を必要とする生物、たとえば動物によって行われます。この呼吸は、前の段階のセクションで見たように起こり、そこではグルコースが解糖、アセチル-CoA、クレブス回路、さらには酸化的リン酸化を経ます。この最後の段階では、酸素が特に外部電子伝達系の最後のアクセプターとして活躍します。この酸素は私たちが呼吸するものなので、呼吸するときに細胞がエネルギーを作るのを助けていることが理解できます。

好気性細胞呼吸のプロセスは、次の方程式で要約できます。

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 36 ATP

この方程式は、1 つのグルコース (C6H12O6) から 6 分子の CO2、6 分子の水、36 分子の ATP が生成されることを表しています。内部呼吸の副産物としてのこの水は、好気呼吸の場合にのみ発生します。両方のタイプの呼吸の間に存在するその他の違いを見てみましょう。

嫌気呼吸

これは 2 番目のタイプの内部呼吸または細胞呼吸であり、酸素が欠乏した状態で発生します。発酵と同義で使われることも多いですが、両者は相反する概念であることを明確にします。

ここでは、前のセクションと同じ手順が行われますが、酸素は使用されません。代わりに、酸素以外の別の分子が外部アクセプターとして使用されます。この場合、電子伝達系は、最終的なアクセプターとして、とりわけ硝酸塩、硫化物、硫黄、メタン、水素を使用します。それは細菌や古細菌などの原核生物で起こります。

発酵と嫌気呼吸の本質的な違いは、前者には電子伝達系やクレブス回路、クエン酸回路が存在しないため、両者を同等の概念として使用すべきではないことである。

細胞呼吸のプロセスについてはすでによく理解されているので、細胞周期の段階について読むことをお勧めします。

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