生物を基礎からわかりやすく！ 発酵 について【練習問題・解説付き】

発酵 とは

発酵 …酵素を使わずに呼吸基質を分解してエネルギーを取り出す働き。細胞質基質で行われる。発酵、解糖、腐敗などがある。

発酵 の種類

アルコール発酵

酵母菌が行う。酒、ビール、ワイン、パンの製造。

反応式 : C₆H₁₂O₆                         →          2 C₂H₅OH + 2CO₂ + 2ATP
                                                         　 分解       　 エタノール                解糖系と同じ

乳酸発酵

乳酸菌が行う。乳酸飲料、漬物、チーズの製造。

反応式 : C₆H₁₂O₆                         →          2 C₃H₆O₃ + 2ATP
                                                                   　　         乳酸

解糖

動物の筋肉の中で、酸素の供給が不十分なときに行われる。

乳酸発酵と同じ経路。
反応式 : C₆H₁₂O₆                         →          2 C₃H₆O₃ + 2ATP
                                                        ※筋肉疲労(乳酸がたまる)

腐敗

(窒素Nを含む)タンパク質などが嫌気的に分解され、(アンモニアNH₃などの)悪臭を伴う有害な物質ができる。

反応経路

図1 乳酸発酵とアルコール発酵の反応経路

●乳酸発酵
乳酸菌の行う発酵。
グルコースの分解で生じたピルビン酸が還元されて、乳酸ができる。

●アルコール発酵
酵母などが行う発酵。
ピルビン酸から脱炭酸酵素によってCO₂が除かれてアセトアルデヒドができ、その後これが還元されてエタノールができる。

パスツール効果

パスツール効果…酵母菌は酸素があるとアルコール発酵だけでなく呼吸も行う。
呼吸の方が同じグルコースから多くのATPを得られるからである。

練習問題

問1

問1.酵母はアルコール発酵だけでなく呼吸も行う。
ある酵母が呼吸によって酸素を16mg吸収し、二酸化炭素を33mg放出した。
原子量は、H=1、C＝12、O=16とする。

1. 呼吸によって消費された酸素は何mgか。
2. 呼吸によって放出された二酸化炭素は何mgか。
3. アルコール発酵で放出された二酸化炭素は何mgか。
4. アルコール発酵で消費されたグルコースは何mgか。

【解答】
(O₂ 1mol 32g、CO₂ 1mol 44g)
⑴問題文より消費した酸素は16mg

⑵呼吸の反応式 : C₆H₁₂O₆ + 6H₂O + 6O₂ → 6CO₂ +12H₂O +38ATP
①吸収した酸素のmolを計算する。
原子量と比によって計算する(消費された酸素のmolをxとする)と
1mol : 32g = xmol : 16mg
x = 0.5m mol
酸素は0.5m mol消費されたこととなる。

②呼吸の式から放出した二酸化炭素のmolを求める。
物質量と係数の関係より、酸素:二酸化炭素=6:6=1:1
よって、放出した二酸化炭素は0.5m mol

③二酸化炭素は何mg放出されたか求める。
0.5m mol × 44g/mol = 22 mg

⑶問題文より全体で放出された二酸化炭素が33mgより、
33 mg – 22 mg = 11 mg

⑷アルコール発酵 : C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ + 2ATP
アルコール発酵で放出された二酸化炭素が11mg
よって、アルコール発酵によって放出された二酸化炭素のmolは、
11 mg / 44 (g/mol) = 0.25m mol
物質量と係数の関係より、グルコース:二酸化炭素=1:2
よってアルコール発酵で消費されたグルコースのmolは、
0.25m mol / 2 = 0.125m mol
またグルコースの式量は、180 g/mol
よって0.125m mol × 180 g/mol = 22.5mg

問2

問2.酵母をある条件下においたところ、酸素48mgを吸収し、二酸化炭素を110mgを放出した。これについて後の問いに答えよ。
ただし、原子量は、H=1、C＝12、O=16とする。

1. 酵母がエネルギーを得るために行う2つの反応の名称を書け。
2. 酸素を用いる反応において放出された二酸化炭素は何mgか。

【解答】
⑴アルコール発酵、呼吸

⑵酸素を用いる反応→呼吸
呼吸の反応式 : C₆H₁₂O₆ + 6H₂O + 6O₂ → 6CO₂ +12H₂O +38ATP
①吸収された酸素のmolを求める。
48mg / 32(g/mol) = 1.5m mol
→物質量と係数の関係より二酸化炭素は1.5mol放出された。

②放出された二酸化炭素(mg)を求める。
1.5m mol × 44(g/mol) = 66mg
よって呼吸によって放出された二酸化炭素は66mg

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