人間の細胞呼吸

細胞呼吸の目的は、ブドウ糖を食物からエネルギーに変換することです。

細胞は一連の複雑な化学反応でブドウ糖を分解し、反応生成物を酸素と組み合わせてエネルギーを貯蔵します アデノシン三リン酸 （ATP）分子. ATP分子は、細胞の活動に電力を供給し、生物の普遍的なエネルギー源として機能するために使用されます。

細胞呼吸 人間の場合、消化器系と呼吸器系から始まります。 食物は腸で消化され、ブドウ糖に変換されます。 酸素は肺に吸収され、赤血球に蓄えられます。 ブドウ糖と酸素は循環器系を通って体内に移動し、エネルギーを必要とする細胞に到達します。

細胞は、エネルギー生産のために循環器系からのブドウ糖と酸素を使用します。 それらは老廃物である二酸化炭素を赤血球に戻し、二酸化炭素は肺を通して大気中に放出されます。

消化器系、呼吸器系、循環器系が人間の呼吸に大きな役割を果たしている一方で、細胞レベルでの呼吸は細胞内と細胞内で起こります。 ミトコンドリア 細胞の。 このプロセスは、次の3つの異なるステップに分けることができます。

• 解糖： 細胞は細胞質ゾル内のグルコース分子を分割します。
  
• クレブス回路（またはクエン酸回路）： 一連の周期的反応により、次のステップで使用される電子供与体が生成され、ミトコンドリアで発生します。
• 電子伝達系： 酸素を使用してATP分子を生成する最後の一連の反応は、ミトコンドリアの内膜で起こります。

全体的な細胞呼吸反応では、各グルコース分子が生成します 36または38分子のATP、セルタイプによって異なります。 人間の細胞呼吸は継続的なプロセスであり、酸素の継続的な供給が必要です。 酸素がない場合、細胞呼吸プロセスは解糖で停止します。

細胞呼吸の目的は、ATP分子を生成することです。 酸化 ブドウ糖の。

たとえば、グルコースの分子から36個のATP分子を生成するための細胞呼吸式はCです。₆H₁₂O₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂O +エネルギー（36ATP分子）。 ATP分子は3つにエネルギーを蓄えます リン酸基結合.

細胞によって生成されたエネルギーは、細胞呼吸プロセス中にATP分子に追加される3番目のリン酸基の結合に保存されます。 エネルギーが必要になると、3番目のリン酸結合が切断され、細胞の化学反応に使用されます。 アン アデノシン二リン酸 （ADP）分子 2つのリン酸基が残っています。

細胞呼吸中、酸化プロセスからのエネルギーは、3番目のリン酸基を追加することによってADP分子をATPに戻すために使用されます。 その後、ATP分子は、この3番目の結合を切断して、細胞が使用するエネルギーを放出する準備が整います。

解糖系では、6炭素のグルコース分子が2つの部分に分割されて2つを形成します ピルビン酸 一連の反応における分子。 グルコース分子が細胞に入った後、その2つの3炭素の半分は、それぞれ2つの別々のステップで2つのリン酸基を受け取ります。

まず、2つのATP分子 リン酸化 それぞれにリン酸基を追加することにより、グルコース分子の2つの半分。 次に、酵素はグルコース分子の半分のそれぞれにもう1つのリン酸基を追加し、それぞれが2つのリン酸基を持つ2つの3炭素分子の半分を生成します。

2つの最後の並行した一連の反応では、元のグルコース分子の2つのリン酸化された3炭素の半分がリン酸基を失い、2つのピルビン酸分子を形成します。 グルコース分子の最後の分裂は、リン酸基をADP分子に追加してATPを形成するために使用されるエネルギーを放出します。

グルコース分子の各半分は、その2つのリン酸基を失い、ピルビン酸分子と2つのATP分子を生成します。

解糖は細胞質ゾルで起こりますが、残りの細胞呼吸プロセスは細胞質ゾルに移動します ミトコンドリア. 解糖は酸素を必要としませんが、ピルビン酸がミトコンドリアに移動すると、それ以降のすべてのステップで酸素が必要になります。

ミトコンドリアは、酸素とピルビン酸を外膜から流入させ、 次に、反応生成物である二酸化炭素とATPを細胞に戻し、循環器に戻します。 システム。

ザ・ クエン酸回路 NADHとFADHを生成する一連の循環化学反応です₂ 分子。 これらの2つの化合物は、細胞呼吸の次のステップである 電子伝達系、チェーンで使用される最初の電子を寄付します。 結果のNAD⁺ およびFAD化合物はクエン酸回路に戻され、元のNADHおよびFADHに戻されます。₂ フォームとリサイクル。

3炭素ピルビン酸分子がミトコンドリアに入ると、それらは炭素分子の1つを失い、二酸化炭素と2炭素化合物を形成します。 この反応生成物はその後酸化され、結合されます 補酵素A 2つを形成する アセチルCoA 分子。 クエン酸回路の過程で、炭素化合物は4炭素化合物に結合して、6炭素クエン酸塩を生成します。

一連の反応で、クエン酸塩は二酸化炭素として2つの炭素原子を放出し、3つのNADH、1つのATP、および1つのFADHを生成します。₂ 分子。 プロセスの最後に、サイクルは元の4炭素化合物を再構成し、再開します。 反応はミトコンドリア内部で起こり、NADHとFADHは₂ 次に、分子はミトコンドリアの内膜の電子伝達系に参加します。

電子伝達系は4つで構成されています タンパク質複合体 ミトコンドリアの内膜にあります。 NADHは最初のタンパク質複合体に電子を提供し、FADHは₂ その電子を2番目のタンパク質複合体に与えます。 タンパク質複合体は、一連の還元酸化または レドックス 反応.

エネルギーは各レドックス段階で解放され、各タンパク質複合体はそれを使用してポンプを送ります 陽子 ミトコンドリア膜を横切って、内膜と外膜の間の膜間腔に入る。 電子は、酸素分子が最終的な電子受容体として機能する、4番目の最後のタンパク質複合体に通過します。 2つの水素原子が酸素原子と結合して水分子を形成します。

内膜の外側のプロトンの濃度が増加するにつれて、 エネルギー勾配 が確立され、プロトンを膜を越えてプロトン濃度の低い側に引き戻す傾向があります。 と呼ばれる内膜酵素 ATP合成酵素 プロトンを内膜に戻す通過を提供します。

プロトンがATPシンターゼを通過すると、酵素はプロトンエネルギーを使用してADPをATPに変更し、電子伝達系からのプロトンエネルギーをATP分子に蓄積します。

細胞レベルで呼吸を構成する複雑な生物学的および化学的プロセスには、酵素、プロトンポンプ、およびタンパク質が非常に複雑な方法で分子レベルで相互作用することが含まれます。 ブドウ糖と酸素の入力は単純な物質ですが、酵素とタンパク質はそうではありません。

の概要 解糖、クレブス回路またはクエン酸回路と電子伝達系は、細胞呼吸が基本的なレベルでどのように機能するかを示すのに役立ちますが、これらの段階の実際の操作ははるかに複雑です。

細胞呼吸のプロセスを説明することは、概念レベルでより簡単です。 体は栄養素と酸素を取り込み、必要に応じて食物中のブドウ糖と酸素を個々の細胞に分配します。 細胞はブドウ糖分子を酸化して、化学エネルギー、二酸化炭素、水を生成します。

このエネルギーは、ADP分子に3番目のリン酸基を追加してATPを形成するために使用され、二酸化炭素は肺から排出されます。 3番目のリン酸結合からのATPエネルギーは、他の細胞機能に電力を供給するために使用されます。 それが、細胞呼吸が他のすべての人間の活動の基礎を形成する方法です。