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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,RNA4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)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,ATPATP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。

 

 








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