細胞エネルギーの主な源は何ですか？

あなたは若い頃から、あなたが食べる食べ物は、あなたの体を助けることができるように、食べ物の中にあるものが何であれ、その食べ物よりもはるかに小さい「何か」にならなければならないことをおそらく理解していました。 たまたま、より具体的には、あるタイプの単一分子 炭水化物 として分類 シュガー は、いつでも任意の細胞で発生するあらゆる代謝反応における究極の燃料源です。

その分子は グルコース、とがったリングの形の6炭素分子。 すべての細胞で、それは入ります 解糖、そしてより複雑な細胞では、それはまた参加します 発酵、光合成 そして 細胞呼吸 さまざまな生物でさまざまな程度に。

しかし、「どの分子が細胞によってエネルギー源として使用されているのか」という質問に答える別の方法はありますか？ それを次のように解釈しています。 直接 セル自体のプロセスに電力を供給しますか？」

ブドウ糖のようにすべての細胞で活性であるその「動力を与える」分子は、 ATP、または アデノシン三リン酸、しばしば「細胞のエネルギー通貨」と呼ばれるヌクレオチド。 では、「すべての細胞の燃料はどの分子なのか」と自問するとき、どの分子を考えるべきでしょうか。 ブドウ糖ですか、それともATPですか？

この質問に答えることは、「人間は地面から化石燃料を得る」と「人間は化石を得る」の違いを理解することに似ています。 石炭火力発電所からの燃料エネルギー。」両方のステートメントは真実ですが、代謝のエネルギー変換チェーンのさまざまな段階に対処します 反応。 生物では、 ブドウ糖は基本です 栄養素、しかしATPは基本です 燃料.

すべての生物は、原核生物と真核生物の2つの大きなカテゴリーのいずれかに属します。 原核生物は分類学の単細胞生物です ドメイン 細菌と古細菌、真核生物はすべて、動物、植物、菌類、原生生物を含む真核生物のドメインに分類されます。

原核生物は真核生物に比べて小さくて単純です。 それらのセルはそれに応じてそれほど複雑ではありません。 ほとんどの場合、原核細胞は原核生物と同じものであり、細菌のエネルギー必要量はどの真核細胞よりもはるかに低いです。

原核細胞は、自然界のすべての細胞に見られるのと同じ4つの成分、つまりDNA、細胞膜、細胞質、リボソームを持っています。 それらの細胞質には解糖に必要なすべての酵素が含まれていますが、ミトコンドリアと葉緑体がないということは、解糖が原核生物が利用できる唯一の代謝経路であることを意味します。

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ブドウ糖は、六角形の図で表されるリングの形の6炭素糖です。 その化学式はCです₆H₁₂O₆、C / H / O比を1：2：1にします。 これは、実際、または炭水化物として分類されるすべての生体分子に当てはまります。

ブドウ糖は考慮されます 単糖、つまり、異なる成分間の水素結合を切断することによって、異なる、より小さな糖に還元することはできません。 フルクトースは別の単糖です。 ブドウ糖と果糖を結合して作られたショ糖（テーブルシュガー）は、 二糖類.

ブドウ糖は「血糖」とも呼ばれます。これは、診療所や病院の研究室が患者の代謝状態を判断するときに血中濃度が測定されるのがこの化合物であるためです。 体細胞に入る前に分解する必要がないため、静脈内溶液で血流に直接注入することができます。

ATPは ヌクレオチドは、5つの異なる核酸塩基の1つ、リボースと呼ばれる5つの炭素糖、および1〜3つのリン酸基で構成されていることを意味します。 ヌクレオチドの塩基は、アデニン（A）、シトシン（C）、グアニン（G）、チミン（T）、またはウラシル（U）のいずれかです。 ヌクレオチドは、核酸DNAおよびRNAの構成要素です。 A、C、Gは両方の核酸に見られますが、TはDNAにのみ見られ、UはRNAにのみ見られます。

ご覧のとおり、ATPの「TP」は「三リン酸」の略で、ATPがヌクレオチドが持つことができるリン酸基の最大数である3つを持っていることを示しています。 ほとんどのATPは、リン酸化として知られるプロセスであるADPまたはアデノシン二リン酸へのリン酸基の結合によって作られます。

ATPとその誘導体は、生化学と医学において幅広い用途があり、その多くは21世紀が30年に近づくにつれて探索段階にあります。

食品からのエネルギーの放出には、食品成分の化学結合を切断し、このエネルギーをATP分子の合成に利用することが含まれます。 たとえば、炭水化物はすべてです 酸化 最後に二酸化炭素（CO₂）と水（H₂O）。 脂肪も酸化され、その脂肪酸鎖が酢酸分子を生成し、それが真核生物のミトコンドリアで好気性呼吸に入ります。

タンパク質の分解生成物は窒素が豊富で、他のタンパク質や核酸の構築に使用されます。 しかし、タンパク質が構築されている20のアミノ酸のいくつかは、修飾され、細胞呼吸のレベルで細胞代謝に入ることができます（例えば、解糖後）

概要：解糖は直接生成します 2 ATP ブドウ糖のすべての分子のために; それは、さらなる代謝プロセスのためにピルビン酸と電子キャリアを供給します。

解糖は、グルコースの分子が3炭素分子のピルビン酸の2つの分子に変換され、途中で2つのATPを生成する一連の10の反応です。 これは、2つのATPを使用してリン酸基をシフトするグルコース分子に結合する初期の「投資」フェーズと、その後の「リターン」フェーズで構成されます。 これは、グルコース誘導体が3炭素中間化合物のペアに分割されており、3炭素化合物ごとに2つのATPを生成します。 全体。

これは、解糖の正味の効果は、投資フェーズで2 ATPが消費されるが、ペイオフフェーズで合計4 ATPが生成されるため、グルコース分子ごとに2ATPを生成することです。

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概要：発酵はNADを補充します⁺ 解糖のため; ATPを直接生成しません。

非常に激しく走っているときやウェイトを激しく持ち上げているときのように、エネルギー需要を満たすのに十分な酸素が存在しない場合、解糖が利用可能な唯一の代謝プロセスである可能性があります。 ここで、聞いたことがあるかもしれない「乳酸燃焼」が登場します。 ピルビン酸が以下に説明するように好気性呼吸に入ることができない場合、それ自体が乳酸に変換されます あまり効果はありませんが、重要な中間分子を供給することで解糖を継続できるようにします NADと呼ばれる⁺.

概要：クレブス回路は 1 ATP サイクルのターンごと（したがって、2つのピルビン酸が2つのアセチルCoAを生成できるため、「上流」のグルコースごとに2つのATP）。

適切な酸素の通常の条件下では、真核生物の解糖で生成されたピルビン酸のほとんどすべてが 細胞質はミトコンドリアとして知られる細胞小器官（「小さな器官」）になり、そこで2炭素分子に変換されます。 アセチル補酵素A （アセチルCoA）COを剥がして放出する₂. この分子は、オキサロ酢酸と呼ばれる4炭素分子と結合してクエン酸を生成します。これは、TCA回路またはクエン酸回路とも呼ばれるものの最初のステップです。

この反応の「輪」は、最終的にクエン酸塩をオキサロ酢酸に還元し、その過程で、4つのいわゆる高エネルギー電子キャリア（NADHおよびFADH）とともに単一のATPが生成されます。₂).

概要：電子伝達系は約 32から34ATP 「上流」のグルコース分子あたり、真核生物の細胞エネルギーへの最大の貢献者となっています。

クレブス回路からの電子伝達体は、ミトコンドリアの内側からオルガネラの内膜に移動します。オルガネラの内膜には、シトクロムと呼ばれるあらゆる種類の特殊な酵素がすぐに機能します。 要するに、水素原子の形の電子がそれらのキャリアから取り除かれるとき、これはADP分子の大量のATPへのリン酸化を促進します。

この一連の反応が起こるためには、膜を横切って起こるカスケードの最後の電子受容体として酸素が存在しなければなりません。 そうでない場合、細胞呼吸のプロセスは「バックアップ」され、クレブス回路も発生しません。