細胞呼吸におけるブドウ糖の役割は何ですか？

地球上の生命は、熱水噴出孔に生息する最も小さなバクテリアから、アジアに住む風格のある数トンの象まで、非常に多様です。 しかし、すべての生物（生物）には、エネルギーを引き出す分子の必要性など、多くの共通の基本的な特徴があります。 成長、修理、維持、再生のために外部ソースからエネルギーを抽出するプロセスは、 代謝.

すべての生物は少なくとも1つで構成されています 細胞 （あなた自身の体には数兆が含まれています）、これは従来の定義を使用して生命に帰するすべての特性を含む最小の既約エンティティです。 代謝はそのような特性の1つであり、複製またはその他の方法で複製する能力も同様です。 地球上のすべての細胞は、利用することができ、実際に利用しています グルコース、それがなければ、地球上の生命は決して生まれなかったか、非常に異なって見えるでしょう。

ブドウ糖は式Cを持っています₆H₁₂O₆、分子に1モルあたり180グラムの分子量を与えます。 （すべての炭水化物は一般式Cを持っています_nH_2nO_n。）これにより、グルコースは最大のアミノ酸とほぼ同じサイズになります。

自然界のブドウ糖は、ほとんどのテキストで六角形として描かれている6原子のリングとして存在します。 5つの炭素原子が1つの酸素原子とともに環に含まれ、6番目の炭素原子はヒドロキシメチル基（-CH）の一部です。₂OH）他の炭素の1つに付着。

グルコースのようなアミノ酸は、生化学において著名なモノマーです。 同じように グリコーゲン ブドウ糖の長鎖から組み立てられ、タンパク質はアミノ酸の長鎖から合成されます。 多くの共通の特徴を持つ20の異なるアミノ酸がありますが、グルコースは1つの分子形態でしか提供されません。 したがって、グリコーゲンの組成は本質的に不変ですが、タンパク質は人によって大きく異なります。

アデノシン三リン酸（ATP）とCOの形でエネルギーを生み出すグルコースの代謝₂ （二酸化炭素、この方程式の廃棄物）は次のように知られています 細胞呼吸. 細胞呼吸の3つの基本的な段階の最初は 解糖、酸素を必要としない一連の10の反応、最後の2つの段階は クレブス回路 （別名 クエン酸回路） そしてその 電子伝達系、酸素を必要とします。 一緒に、これらの最後の2つの段階はとして知られています 好気呼吸.

細胞呼吸はほぼ完全に

「細胞呼吸」と「好気性呼吸」は、真核細胞の代謝を議論するときにしばしば交換可能に使用されます。 解糖は、嫌気性プロセスではありますが、ほとんど常に最後の2つの細胞呼吸ステップに進むことが理解されています。 とにかく、細胞呼吸におけるブドウ糖の役割を要約すると、ブドウ糖がないと、呼吸が停止し、生命の喪失が続きます。

酵素 として機能する球状タンパク質です 触媒 化学反応で。 これは、これらの分子が、酵素がなくても進行する反応に沿って速度を上げるのに役立つことを意味しますが、はるかにゆっくりです。 酵素が作用するとき、それらは反応の終わりにそれ自体は変化しませんが、基質と呼ばれるそれらが作用する分子は、設計によって変化します。 反応物 COなどの製品に変換されたブドウ糖など₂.

ブドウ糖とATPは互いに化学的類似性がありますが、 後者の分子の合成を促進する前者の分子は、全体でかなりの生化学的アクロバットを必要とします セル。 ほとんどすべての細胞反応は特定の酵素によって触媒され、ほとんどの酵素は1つの反応とその基質に特異的です。 解糖系、クレブス回路、および電子伝達系を組み合わせると、約20の反応と酵素が特徴です。

グルコースが原形質膜を通って拡散することによって細胞に入るとき、それはすぐにリン酸（P）基に付着します、または リン酸化. これは、Pの負電荷のために細胞内にグルコースをトラップします。 グルコース-6-リン酸（G6P）を生成するこの反応は、酵素の影響下で発生します ヘキソキナーゼ. （ほとんどの酵素は「-ase」で終わるため、生物学の世界で酵素を扱っているかどうかを簡単に知ることができます。）

そこから、G6Pはリン酸化型の糖に再配列されます フルクトース、次に別のPが追加されます。 その後すぐに、6個の炭素分子が2つの3個の炭素分子に分割され、それぞれにリン酸基があります。 これらはすぐに同じ物質、グリセルアルデヒド-3-リン酸（G-3-P）になります。

G-3-Pの各分子は、一連の転位ステップを経て、3炭素分子に変換されます。 ピルビン酸、プロセスで2分子のATPと1分子の高エネルギー電子キャリアNADH（ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド、またはNAD +から還元）を生成します。

解糖の前半はリン酸化ステップで2ATPを消費し、後半は合計2つのピルビン酸、2つのNADH、および4つのATPを生成します。 直接エネルギー生産に関しては、 したがって、解糖は、グルコース分子あたり2つのATPをもたらします。. これは、ほとんどの原核生物にとって、グルコース利用の効果的な上限を表しています。 真核生物では、ブドウ糖細胞呼吸ショーは始まったばかりです。

次にピルビン酸分子は細胞の細胞質から細胞小器官の内部に移動します ミトコンドリア、独自の二重原形質膜で囲まれています。 ここで、ピルビン酸はCOに分割されます₂ およびアセテート（CH₃COOH-）、そして酢酸塩は補酵素A（CoA）と呼ばれるBビタミンクラスからの化合物によってつかまれて アセチルCoA、さまざまな細胞反応における重要な2炭素中間体。

クレブス回路に入るには、アセチルCoAが4炭素化合物と反応します オキサロ酢酸 申込用紙へ クエン酸塩. オキサロ酢酸はクレブス反応で生成される最後の分子であり、最初の反応で基質であるため、このシリーズには「サイクル」という説明があります。 サイクル 合計8つの反応が含まれ、クエン酸6炭素を5炭素分子に還元し、次に一連の4炭素中間体に還元してから再び到達します。 オキサロ酢酸。

クレブス回路に入るピルビン酸の各分子は、さらに2つのCOの生成をもたらします₂、1 ATP、3 NADH、およびNADHと同様の電子キャリアの1分子と呼ばれる フラビンアデニンジヌクレオチド、またはFADH₂.

• クレブス回路は、電子伝達系がNADHとFADHを拾うために下流で動作している場合にのみ進行できます₂ 生成します。 したがって、セルに利用できる酸素がない場合、クレブス回路は停止します。

NADHとFADH₂ このプロセスのためにミトコンドリア内膜に移動します。 チェーンの役割は 酸化的リン酸化 ATPになるADP分子の。 電子キャリアからの水素原子は、ミトコンドリア膜を横切る電気化学的勾配を作成するために使用されます。 最終的に電子を受け取るために酸素に依存するこの勾配からのエネルギーは、ATP合成に電力を供給するために利用されます。

ブドウ糖の各分子は、細胞呼吸を介し​​て36から38 ATPのどこかに寄与します：解糖系で2、 クレブス回路で2、電子伝達系で32から34（これが実験室でどのように測定されるかに依存します） 鎖。