生物を基礎からわかりやすく!呼吸(異化)の詳しい反応について【解糖系/クエン酸回路/電子伝達系】

呼吸(異化)とは

呼吸(異化)…細胞内で有機物などの呼吸基質を分解して
エネルギーを取り出す働き。
O2を用いる呼吸とO2を用いない発酵がある。

代謝 →・同化
             ・異化
  異化 →・呼吸
                    ・発酵

化学反応式    

※覚える
C6H12O6 + 6O2 + 6H2O6CO2 + 12H2O + 38ATP
グルコース        水:少し必要            水:たくさん出来る

☆1分子のグルコースから、38分子のATPが生成される。

呼吸は次の3つの過程からなる。

解糖系細胞質基質で行われる。ATPは2分子できる。

クエン酸回路ミトコンドリアのマトリックスで行われ、
ATPは2分子できる。

電子伝達系ミトコンドリアのクリステ(内膜)で行われ、
ATPは34分子できる。

図1 ミトコンドリアの構造

呼吸の詳しい反応

解糖系

  • 1分子のグルコースが複数の酵素によって徐々に分解され、2分子のピルビン酸になる過程。O2は反応に使われない。
  • 2分子の「NADH + H+」と2分子のATPがつくられる。
  • 「NADH + H+」をつくるときには、脱水素酵素と呼ばれる酵素がはたらく。

クエン酸回路

  • CO2が生じるときには、脱炭酸酵素がはたらく。
  • 2分子のピルビン酸は脱水素酵素炭酸酵素の作用を受け、アセチルCoA(アセチルコエー)になる。
  • アセチルCoA【C2化合物】は、オキサロ酢酸【C4化合物】と
    結合してクエン酸【C6化合物】となる。
  • 6H2O(2H2Oが3箇所)が加わり、全部で8分子の「NADH + H+」と2分子の「FADH2」と6CO22分子のATPが生じる。
    水素分子は全部で20分子。

電子伝達系

解糖系とクエン酸回路で生じた合計24Hが使われる。
24Hは24H+24eに分かれ、24eは内膜にあるシトクロム(Feを含むタンパク質)を次々と受け渡される。

このときに生じるエネルギーを利用してH+マトリックスから膜間へと能動輸送される。膜間での濃度が高まったH+は、ATP合成酵素の中を勢いよく流れてマトリックスへと戻る。

このとき、多量のエネルギーが放出され、34分子のATPがつくられる。これを酸化化リン酸化といい、化学浸透説にもとづく。

H+は、酸化酵素(オキシダーゼ)の作用により最後に6O2と反応して12H2Oになる。

図 2 呼吸の詳しい反応 模式図

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