生物は、植物が動物や他の生物がエネルギーに使用する食物を生産するエネルギーチェーンを形成します。 食料を生産する主なプロセスは 光合成 植物では、食物をエネルギーに変換する主な方法は細胞呼吸です。
TL; DR（長すぎる; 読んでいない）
細胞が使用するエネルギー伝達分子は ATP. 細胞呼吸のプロセスは、分子ADPをATPに変換し、そこでエネルギーが蓄えられます。 これは、解糖、クエン酸回路、電子伝達系の3段階のプロセスを介して行われます。 細胞呼吸はブドウ糖を分裂させて酸化し、ATP分子を形成します。
光合成の間、植物は光エネルギーを捕らえ、それを使って植物細胞の化学反応を促進します。 光エネルギーにより、植物は空気中の二酸化炭素からの炭素と水からの水素と酸素を組み合わせて形成します グルコース.
に 細胞呼吸、動物などの生物はブドウ糖を含む食物を食べ、ブドウ糖をエネルギー、二酸化炭素、水に分解します。 二酸化炭素と水は生物から排出され、エネルギーはと呼ばれる分子に蓄えられます アデノシン三リン酸または ATP. 細胞が使用するエネルギー伝達分子はATPであり、他のすべての細胞および生物の活動にエネルギーを提供します。
エネルギーにブドウ糖を使用する細胞の種類
生物は単細胞のいずれかです 原核生物 または 真核生物、単細胞または多細胞にすることができます。 2つの主な違いは、原核生物は核や細胞小器官のない単純な細胞構造を持っているということです。 真核生物は常に 核 そしてより複雑な細胞プロセス。
両方のタイプの単細胞生物は、エネルギーを生成するためにいくつかの方法を使用でき、多くは細胞呼吸も使用します。 高度な植物や動物はすべて真核生物であり、細胞呼吸をほぼ独占的に使用します。 植物は光合成を利用して太陽からエネルギーを取り込みますが、そのエネルギーの大部分をブドウ糖の形で貯蔵します。
植物も動物も、光合成によって生成されたブドウ糖を エネルギー源.
細胞呼吸は生物にブドウ糖エネルギーを捕獲させます
光合成はブドウ糖を生成しますが、ブドウ糖は化学エネルギーを蓄える方法にすぎず、細胞が直接使用することはできません。 全体的な光合成プロセスは、次の式に要約できます。
6CO2 + 12H2O +光エネルギー → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
植物は光合成を使用して変換します 光エネルギー 化学エネルギーに変換し、それらはブドウ糖に化学エネルギーを保存します。 蓄積されたエネルギーを利用するには、2番目のプロセスが必要です。
細胞呼吸は、ブドウ糖に蓄えられた化学エネルギーをATP分子に蓄えられた化学エネルギーに変換します。 ATPは、すべての細胞が代謝と活動を促進するために使用されます。 筋細胞は、エネルギーにブドウ糖を使用するが、最初にそれをATPに変換する種類の細胞の1つです。
細胞呼吸の全体的な化学反応は次のとおりです。
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + ATP分子
細胞はブドウ糖を二酸化炭素と水に分解し、ATP分子に蓄えるエネルギーを生成します。 次に、ATPエネルギーを筋肉の収縮などの活動に使用します。 完全な細胞呼吸プロセスには 3つの段階.
細胞呼吸はブドウ糖を2つの部分に分解することから始まります
ブドウ糖は6つの炭素原子を持つ炭水化物です。 と呼ばれる細胞呼吸プロセスの最初の段階で 解糖、細胞はグルコース分子をピルビン酸の2つの分子、または3つの炭素分子に分解します。 プロセスを開始するにはエネルギーが必要なので、セルの予備から2つのATP分子が使用されます。
プロセスの最後に、2つのピルビン酸分子が作成されると、エネルギーが放出され、4つのATP分子に蓄積されます。 解糖は2つのATP分子を使用し、処理されるグルコース分子ごとに4つを生成します。 正味のゲインは2つのATP分子です。
細胞小器官のどれが食物に蓄えられたエネルギーを放出しますか？
解糖は細胞の細胞質で始まりますが、細胞呼吸のプロセスは主に細胞質で起こります ミトコンドリア. ブドウ糖をエネルギーとして利用する細胞の種類には、血球などの高度に特殊化された細胞を除いて、人体のほぼすべての細胞が含まれます。
ミトコンドリアは小さな膜結合細胞小器官であり、ATPを生成する細胞工場です。 彼らは滑らかな外膜と高度に折りたたまれています 内膜 細胞呼吸反応が起こる場所。
反応は最初にミトコンドリア内で起こり、内膜全体にエネルギー勾配を生成します。 膜が関与するその後の反応は、ATP分子を作成するために使用されるエネルギーを生成します。
クエン酸回路は細胞呼吸のための酵素を生成します
解糖によって生成されるピルビン酸は、細胞呼吸の最終生成物ではありません。 第2段階では、2つのピルビン酸分子を処理して次のような別の中間物質にします。 アセチルCoA. アセチルCoAは クエン酸回路 元のグルコース分子の炭素原子は完全にCOに変換されます2. ザ・ クエン酸 根はリサイクルされ、新しいアセチルCoA分子にリンクしてプロセスを繰り返します。
炭素原子の酸化により、さらに2つのATP分子が生成され、酵素NADが変換されます。+ とFADに NADH およびFADH2. 変換された酵素は、細胞呼吸の第3の最終段階で使用され、電子伝達系の電子供与体として機能します。
ATP分子は生成されたエネルギーの一部を捕捉しますが、化学エネルギーのほとんどはNADH分子に残ります。 クエン酸回路反応はミトコンドリア内で起こります。
電子伝達系は、細胞呼吸からのエネルギーの大部分を取り込みます
ザ・ 電子伝達系 (等) ミトコンドリアの内膜にある一連の化合物で構成されています。 NADHとFADHからの電子を使用します2 クエン酸回路によって生成され、プロトンを膜全体に送り出す酵素。
連鎖反応では、NADHとFADHからの高エネルギー電子2 は一連のETC化合物に受け継がれ、各ステップで電子エネルギー状態が低下し、プロトンが膜全体に送り出されます。
ETC反応の終わりに、酸素分子は電子を受け取り、水分子を形成します。 もともとグルコース分子の分裂と酸化から来る電子エネルギーは、 陽子エネルギー勾配 ミトコンドリアの内膜を横切って。
内膜全体でプロトンの不均衡があるため、プロトンはミトコンドリアの内部に拡散して戻る力を経験します。 と呼ばれる酵素 ATP合成酵素 は膜に埋め込まれ、開口部を作成し、プロトンが膜を横切って戻ることを可能にします。
プロトンがATP合成酵素の開口部を通過すると、酵素はプロトンからのエネルギーを使用してATP分子を作成します。 細胞呼吸からのエネルギーの大部分はこの段階で捕捉され、32個のATP分子に保存されます。
ATP分子はそのリン酸結合に細胞呼吸エネルギーを蓄えます
ATPは、アデニン塩基と3つのリン酸基を持つ複雑な有機化学物質です。 エネルギーはリン酸基を保持する結合に蓄えられます。 細胞がエネルギーを必要とするとき、それはリン酸基の結合の1つを壊し、化学エネルギーを使用して他の細胞物質に新しい結合を作成します。 ATP分子は アデノシン二リン酸または ADP.
細胞呼吸では、放出されたエネルギーを使用して、ADPにリン酸基を追加します。 リン酸基の追加は、解糖、クエン酸回路からのエネルギー、およびETCからの大量のエネルギーを取り込みます。 得られたATP分子は、運動、食物の探索、生殖などの活動に生物が使用できます。