代謝とエネルギー代謝

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第２節　代謝とエネルギー代謝

Ａ　同化と異化

◆代謝(同化と異化)

生体内で営まれている物質の変化で，物質代謝ともいう。この変化は，さまざま

な酵素反応が組み合わさった複雑な化学反応である。代謝はエネルギーの変化を伴

うので，この面から考えると次の二つのタイプに分けることができる。

(1)自由エネルギーの増大する変化(同化)……光合成など。体外から摂取した物質に

よって，生体の構成成分の合成を行う反応。

(2)自由エネルギーの減少する変化(異化)……呼吸，発酵など。体物質の分解によっ

てエネルギーを発生させる反応。

Ｂ　化学反応とエネルギー

◆エネルギー代謝

生命現象に伴うエネルギーの出入りと変換のことで，物質代謝のエネルギーの面か

らの表現である。エネルギー代謝には，次のようなものがある。

(1)光エネルギー　　→化学エネルギー……緑色植物による光合成に伴う変化

(2)化学エネルギー　→機械エネルギー……筋肉，繊毛，アメーバなどの運動，細胞

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　分裂などに伴う変化

(3)化学エネルギー　→化学エネルギー……生体物質が他の生体物質に変化

(4)化学エネルギー　→熱エネルギー………呼吸，発酵に伴う変化

(5)化学エネルギー　→光エネルギー………生物発光

(6)化学エネルギー　→電気エネルギー……生物の電気現象

　しかし，生物は熱エネルギーを，化学エネルギーや機械エネルギーに変えて利用

することはできない。同化の反応では多くは，生体が利用できる自由エネルギーが

増加するのでエネルギー吸収反応であり，異化の反応では利用できる自由エネルギ

ーが減少するのでエネルギー発生反応である。

Ｃ　エネルギーの変換

◆ATP

ATP(アデノシン三リン酸adenosine tri-phosphate)は，アデニンという塩基と，五炭

糖のリボースと，それにリン酸が3つ結合したものである。アデニンとリボースの

化合物はアデノシンとよばれ，これにリン酸が1つ結合したものがアデノシン一リ

ン酸(AMP，またはアデニル酸)である。アデニル酸は，RNAの4種のヌクレオチド

のうちの1つである。リン酸が2つ結合したものは，アデノシン二リン酸(ADP)と

よばれている。

　ATPは，筋肉(ウサギ)1kgから約3gとれる白い粉末であるが，動物だけでなく，

植物や微生物の細胞にも見い出され，エネルギー発生過程のあるところには必ず存

在する物質である。

◆ATPとエネルギー

ATPの発見は古い(フィスケ，ローマン1929年)が，生体内でのエネルギーの受け

渡し物質として注目されるようになったのは，第2次大戦中にリップマンによって

唱えられてからである。リップマンはATPの末端および第2のリン酸結合の部分に

エネルギーがたくわえられるという高エネルギーリン酸結合の概念を導きだした。

すなわち，ATPがATPアーゼによって分解されるとADPとなり，無機リン酸とエ

ネルギーを遊離する。このエネルギーを熱量で表すと，25℃，1気圧でATP lモル

について約42kJであるが，そのうち生体内エネルギーとして利用されるのは約

33kJである。

◆ATPの働き

細胞には，エネルギーを生成する機能とエネルギーを要求する機能がある。後者

が生物によってなされる仕事であり，これは基本的に3つに分けられる。

化学的仕事(成長，増殖)　細胞の主要な構成成分であるタンパク質，核酸，脂質，

多糖類のような高分子化合物は，たえまなく，単に生物の成長期だけでなく重量の

変化のない成熟期においても，低分子化合物から合成(生合成)されている。

物質の輸送と濃縮の仕事(浸透圧的仕事)　細胞はKイオンやグルコースなど，必要

な物質を外界から取り入れ，その濃度を外界よりも高くすることができる。また，

細胞内よりも濃度の高いところへ不要物を排出することもできる。このように濃度

勾配に逆らう分子の移動を「能動輸送」という。また，神経細胞や筋肉細胞の興奮

や伝達の仕事もここに含まれる。

機械的仕事　骨格筋の収縮，繊毛，鞭毛の運動など

　この3つの仕事で，連続的ないくつかの段階によってエネルギーの大部分は，熱

エネルギーとして失われていく。