細胞呼吸は、細胞が酸素の存在下でグルコースからエネルギーを生成するプロセスです。細胞質とミトコンドリアで起こるこのプロセスは非常に重要かつ複雑で、グルコースの完全な酸化に関与しており、次の反応が続きます。
C 6 H1 2 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 +6H 2 O + エネルギー
以下に、呼吸の 3 つの段階、解糖、クレブス回路、酸化的リン酸化を列挙します。
→解糖系
解糖は細胞の細胞質で起こるステップであり、すべての生物で行われます。この段階では酸素は使用されず (嫌気段階)、グルコースは 10 種類の化学反応を経てピルビン酸に変換されます。
最初に、グルコース (C 6 H 12 O 6 ) は、2 つの ATP 分子に由来する 2 つのリン酸の添加によって活性化されます。グルコースはピルビン酸分子に分解され、その過程で 4 つの ATP 分子が生成されます。 2 ATP の初期支出により、この段階では 2 ATP のエネルギー収支があります。解糖では、電子受容体である NAD + (ニコチンアミドアデニン ジヌクレオチド) の NADH への還元も行われます。
全体的な解糖方程式は次のように記述できます。
C 6 H 12 O 6 + 2 NAD+ 2ADP + 2P i → 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP +2 NADH +2H +
→クレブスサイクル
クレブス回路はミトコンドリアで発生し、一連の反応を伴います
解糖プロセス中に細胞質で形成された 2 つのピルビン酸分子は、ミトコンドリアマトリックスに向かってミトコンドリアに入ります。マトリックス内では、分子の 1 つが補酵素 A (CoA) と反応し、アセチル CoA と二酸化炭素 (CO 2 ) を生成します。この反応では、NAD +分子が 2 つの高エネルギー電子と 1 つの H +イオンを捕捉し、NADH に変換します。
クレブスサイクルは、アセチルCoAとオキサロ酢酸が反応して補酵素Aの分子を放出し、クエン酸の1つを生成するときに始まります。続いて 8 つの反応が起こり、二酸化炭素 2 分子、電子、H +イオンが放出されます。プロセスの最後にオキサロ酢酸が回収されます。
このプロセスで生成された電子と H+ イオンは NAD+ によって捕捉されて NADH を形成し、FAD (フラビン アデニン ジヌクレオチド) によって捕捉されて FADH 2に変換されます。 FAD は NAD と同様に電子受容体です。 ATP とよく似た GTP (グアノシン三リン酸) 分子も形成されます。
ATP の生成を保証するには、NADH および FADH 2分子の再酸化が必要です。このプロセスでは、NAD +と FAD によって受け入れられた高エネルギー電子が、減少するエネルギー準位を通って酸素に移動します。電子の酸素ガスへの伝導は、ミトコンドリアのクリステ内に配置された一連のタンパク質として定義できる電子伝達鎖を通じて行われます。このプロセスでは、大量のエネルギーが放出され、プロトンの移動が発生し、ATP の形成を引き起こします。
→エネルギー収量
各グルコース分子は 30 個の ATP 分子の生成に関与しています: 解糖系で形成される 2 個の ATP、クレブス回路で形成される 2 個の ATP (アセチル COA 分子ごとに 1 個の GTP)、および呼吸鎖を通過するときに得られる 26 個の ATP 分子。
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