細胞呼吸プロセス、種類および機能



の 細胞呼吸 それはATP（アデノシン三リン酸）の形でエネルギーを生成するプロセスです。その後、このエネルギーは他の細胞プロセスに向けられます。この現象の間に、分子は酸化を受け、そして最終的な電子受容体は、ほとんどの場合、無機分子である。.

最終的な電子受容体の性質は、研究対象の生物の呼吸の種類によって異なります。ホモサピエンスのような好気性生物では、最終的な電子受容体は酸素です。これとは対照的に、嫌気性呼吸をしている人にとっては、酸素は有毒です。この最後の場合、最終受容体は酸素とは異なる無機分子です。.

有酸素呼吸は生化学者によって広く研究されており、クレブス回路と電子伝達系の2つの段階から成ります。.

真核生物では、呼吸を発生するために必要なすべての機械は、この細胞小器官膜のシステムのように、両方のミトコンドリアマトリックス内のミトコンドリア内にあります.

機械はプロセスの反応を触媒する酵素で構成されています。原核生物系統は、オルガネラの不在によって特徴付けられる。このため、呼吸は、ミトコンドリアの環境と非常によく似た環境を模した原形質膜の特定の領域で発生します。.

索引

  • 1用語
  • 2細胞呼吸はどこで起こりますか？?
    • 2.1真核生物における呼吸の位置
    • 2.2ミトコンドリア数
    • 2.3原核呼吸の場所
  • 3種類
    • 3.1有酸素呼吸
    • 3.2呼吸性呼吸
    • 3.3嫌気性生物の例
  • 4プロセス
    • 4.1クレブスサイクル
    • 4.2クレブス回路の反応
    • 4.3電子伝達系
    • 4.4化学浸透圧カップリング
    • 4.5形成されたATPの量
  • 5つの機能
  • 6参考文献

専門用語

生理学の分野では、用語「呼吸」は２つの定義、すなわち肺呼吸と細胞呼吸を有する。日常生活の中で呼吸という言葉を使うときは、最初のタイプを参照します.

肺の呼吸は鼓舞し、息を吐き出すという行為を伴います。この過程で酸素と二酸化炭素のガスが交換されます。この現象の正しい用語は「換気」です。.

対照的に、細胞呼吸は - 名前が示すように - 細胞内で起こり、電子伝達連鎖を介してエネルギーを発生させる原因となるプロセスです。この最後のプロセスは、この記事で説明するものです。.

細胞呼吸はどこで起こりますか？?

真核生物における呼吸の位置

細胞呼吸は、ミトコンドリアと呼ばれる複雑な細胞小器官で起こります。構造的には、ミトコンドリアの幅は1.5マイクロメートル、長さは2〜8です。それらは、それら自身の遺伝物質を持ち、二分裂 - それらの共生起源の痕跡的特徴 - で分けることによって特徴付けられる。.

それらは2つの膜、1つは滑らかで、もう1つは隆起部を形成する折り目が付いています。ミトコンドリアがより活発であるほど、それはより多くのクレストを持っています.

ミトコンドリアの内部はミトコンドリアマトリックスと呼ばれます。この区画には、呼吸器反応に必要な酵素、補酵素、水、およびリン酸塩があります。.

外膜はほとんどの小分子の通過を可能にする。しかしながら、内膜は実際には非常に特異的な輸送体を通る通過を制限するものである。この構造の透過性はATPの生産に基本的な役割を果たします.

ミトコンドリア数

細胞呼吸に必要な酵素やその他の成分は膜に固定されており、ミトコンドリアマトリックスには含まれていません。.

したがって、より多くのエネルギーを必要とする細胞は、エネルギー要求がより低い細胞とは対照的に、多数のミトコンドリアを有することを特徴とする。.

（高度に活性な代謝）筋細胞がより多くを含み、この細胞タイプのミトコンドリアが大きいながら、例えば、肝細胞は、2,500ミトコンドリアについて平均して.

さらに、これらはエネルギーが必要とされる特定の領域、例えば精子鞭毛の周囲に位置しています。.

原核呼吸の場所

論理的には、原核生物は呼吸する必要があり、これらにはミトコンドリアがなく、真核生物に特徴的な複雑な細胞小器官もありません。このため、呼吸過程は、ミトコンドリアと同様に、原形質膜の小さな陥入で起こる。.

タイプ

電子の最終受容体として働く分子に応じて、呼吸の2つの基本タイプがあります。いくつかの特定のケースではアクセプターが有機分子であるが - 嫌気性無機分子であるが、好気性呼吸アクセプタにおいて、酸素です。私たちは詳細に、それぞれについて説明します：

有酸素呼吸

有酸素呼吸をする生物では、電子の最終受容体は酸素です。発生するステップは、クレブス回路と電子伝達系に分けられます。.

これらの生化学的経路で起こる反応の詳細な説明は次のセクションで展開されます.

無呼吸性呼吸

最終受容体は酸素以外の分子からなる。嫌気性呼吸によって生成されるATPの量は、試験生物や使用される経路など、いくつかの要因によって異なります。.

クレブスサイクルは部分的にしか動作しないすべてのコンベヤチェーン分子が呼吸に関与しかし、エネルギー生産は、好気性呼吸で常に高くなっています

このため、嫌気性個体の成長と発達はエアロビクスよりもかなり低いです。.

嫌気性生物の例

いくつかの生物では酸素は有毒であり、厳密嫌気性菌と呼ばれる。最もよく知られている例は破傷風とボツリヌス中毒を引き起こす細菌です： クロストリジウム.

さらに、通性嫌気性菌と呼ばれる、好気呼吸と嫌気呼吸を交互に繰り返すことができる他の生物があります。言い換えれば、彼らはそれが彼らに合ったときに酸素を使い、それがなければ彼らは嫌気性呼吸に頼る。例えば、よく知られている細菌 大腸菌 この代謝があります.

特定の細菌は硝酸イ​​オンを使用することができます（NO3-）電子の最終的な受容体として、 シュードモナス そして バチルス. このイオンは亜硝酸イオン、亜酸化窒素または窒素ガスに還元することができます.

他の場合には、最終受容体は硫酸イオン（SO）からなる。42-硫化水素が発生し、炭酸塩を使用してメタンを生成します。細菌の属 デススルホビブリオ このタイプのアクセプターの例です.

硝酸塩および硫酸塩分子における電子のこの受容は、これらの化合物の生物地球化学的サイクルにおいて重要です - 窒素と硫黄.

プロセス

解糖は細胞呼吸への以前の経路である。それはグルコース分子で始まり、最終生成物はピルビン酸、3炭素分子です。解糖は細胞の細胞質内で起こる。この分子は、その分解を続けるためにミトコンドリアに入ることができなければなりません.

ピルビン酸は、膜の細孔を通して、濃度勾配によって細胞小器官に拡散することができる。最終目的地はミトコンドリアのマトリックスになります.

細胞呼吸の第一段階に入る前に、ピルビン酸分子は特定の修飾を受けます.

最初は補酵素に複合aceilを得、補酵素に結合する各ピルビン酸が二酸化炭素に切断される分子と呼ばれる補酵素A.アセチル基と反応します.

この反応では、2つの電子と1つの水素イオンがNADPに移動します。+, ＮＡＤＨを生成し、酵素複合体ピルビン酸デヒドロゲナーゼによって触媒される。反応は一連の補因子を必要とする.

この変更の後、呼吸の2つの段階が始まります。クレブス回路と電子伝達系です。.

クレブスサイクル

クレブス回路は生化学において最も重要な周期反応の一つです。それはまた、クエン酸回路またはトリカルボン酸回路（ＴＣＡ）として文献で知られている。.

それはその発見者に敬意を表してその名前を受けます：ドイツの生化学者ハンス・クレブス。 1953年に、クレブスは生化学の分野を特徴付けるこの発見のおかげでノーベル賞を受賞しました.

目標サイクルが徐々にNAD主に、分子にエネルギーを移動これは、酸化還元反応の一連の構成アセチルコエンザイムAに含まれるエネルギーを放出しています+.

サイクルに入る2分子のアセチルコエンザイムAごとに、4つの二酸化炭素分子が放出され、6分子のNADHと2分子のFADHが生成されます。2. CO2 それはプロセスの廃棄物として大気中に放出されます。 GTPも生成されます.

この経路は同化作用（分子合成）および異化作用（分子分解）過程の両方に関与するので、それは「角閃光」と呼ばれる。.

クレブス回路の反応

このサイクルは、アセチルコエンザイムAの分子とオキサロ酢酸分子との融合から始まる。この結合により、6個の炭素からなる分子、クエン酸が生成されます。これにより、コエンザイムAが放出され、実際には何度も再利用されます。細胞内に大量のATPが存在する場合、このステップは抑制されます.

上記の反応はエネルギーを必要とし、アセチル基と補酵素Aとの間の高エネルギー結合の破壊から得られる。.

クエン酸塩はcis aconitatoに渡され、酵素aconitasaによってisocitratoに起こります。次の工程は、脱水素化イソクエン酸塩によるイソクエン酸塩のアルファケトグルタル酸塩への変換である。それはNADHの減少につながり、二酸化炭素を放出するのでこの段階は適切です.

アルファケトグルタレートは、ピルビン酸キナーゼと同じ補因子を使用するアルファケトグルタレートデヒドロゲナーゼによってスクシニル補酵素Ａに変換される。このステップでは、NADHも生成され、最初のステップとして、過剰なATPによって抑制されます。.

次の製品はコハク酸です。その産生において、GTPの形成が起こる。コハク酸はフマル酸に移行します。この反応はFADHを生じる。フマル酸塩は、順番に、リンゴ酸塩になり、最後にシュウ酸塩になります.

電子輸送チェーン

電子輸送鎖は、NADHやFADHなど、前のステップで生成された化合物から電子を取り出すことを目的としています。2, それは高エネルギーレベルにあり、より低いエネルギーレベルにそれらを導きます.

このエネルギーの減少は段階的に起こる、すなわちそれは突然には起こらない。それは酸化還元反応が起こる一連のステップからなる.

鎖の主成分は、シトクロムに結合したタンパク質と酵素によって形成された複合体である：ヘム型のメタロポルフィリン.

シトクロムはそれらの構造の点で非常に似ていますが、それぞれが異なるエネルギーレベルで電子を歌いながら、鎖内でその特定の機能を果たすことを可能にする特異性を持っています。.

呼吸鎖を通る電子の低レベルへの移動は、エネルギーの放出を引き起こす。このエネルギーは酸化的リン酸化として知られているプロセスで、ATPを合成するためにミトコンドリアで使用することができます.

化学浸透結合

生化学者ピーターミッチェルが化学浸透結合を提案するまで、長い間、鎖におけるATPの形成のメカニズムは謎でした。.

この現象において、プロトン勾配はミトコンドリア内膜を通して確立される。このシステムに含まれているエネルギーは解放され、ATPを総合するのに使用されています.

形成されたATPの量

私達が見たように、ATPはクレブス回路ではなく、電子輸送連鎖で直接形成されていません。 ＮＡＤＨから酸素へと通過する２電子ごとに、３分子のＡＴＰの合成が起こる。この見積もりは参考文献によって多少異なる場合があります。.

同様に、FADHから通過する2つの電子ごとに2, 2分子のATPが形成される.

機能

細胞呼吸の主な機能はそれを細胞の機能に向けるためにATPの形でエネルギーを発生させることです.

動植物は、食物として使う有機分子に含まれる化学エネルギーを抽出する必要があります。野菜の場合、これらの分子は同じ植物が有名な光合成過程で太陽エネルギーを使って合成する糖です。.

動物は、その一方で、自分の食べ物を合成することはできません。したがって、従属栄養生物は食事中に食物を消費します - たとえば私たちのように。酸化プロセスは、食品からエネルギーを抽出するための責任があります.

光合成の機能と呼吸の機能を混同してはいけません。動物のように植物も呼吸します。どちらのプロセスも補完的であり、生きている世界のダイナミクスを維持します。.

参考文献

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