代謝エネルギーを化学エネルギーから得られたすべての生き物は、食品（または栄養素）に含まれているということなエネルギーです。このエネルギーは基本的にすべてのセルで同じです。ただし、それを取得する方法は非常に多様です。
食品は、さまざまなタイプの一連の生体分子で構成されており、化学結合エネルギーが結合に蓄積されています。このようにして、生物は食物に蓄えられたエネルギーを利用し、このエネルギーを他の代謝プロセスで使用することができます。
すべての生物は、成長して再生し、構造を維持し、環境に応答するためにエネルギーを必要とします。代謝には、生命を維持し、生物が化学エネルギーを細胞にとって有用なエネルギーに変換することを可能にする化学プロセスが含まれます。
動物では、代謝により炭水化物、脂質、タンパク質、核酸が分解され、化学エネルギーが提供されます。植物は、太陽からの光エネルギーを化学エネルギーに変換して他の分子を合成します。彼らは光合成プロセス中にこれを行います。
代謝反応の種類
代謝は、有機分子の分解反応と他の生体分子の合成反応の2つのカテゴリに分類できるいくつかのタイプの反応で構成されています。
代謝分解反応は、細胞異化作用（または異化反応）を構成します。これらには、グルコースや他の糖（炭水化物）などのエネルギーの豊富な分子の酸化が含まれます。これらの反応はエネルギーを放出するため、それらはexergonicと呼ばれています。
対照的に、合成反応は細胞同化作用（または同化反応）を構成します。これらは、グリコーゲンのような、蓄積されたエネルギーが豊富な他のものを形成するために分子を還元するプロセスを実行します。これらの反応はエネルギーを消費するため、エンダーゴニックと呼ばれます。
代謝エネルギーの源
代謝エネルギーの主な供給源は、グルコース分子と脂肪酸です。これらは、エネルギーのために急速に酸化することができる生体分子のグループを構成します。
ブドウ糖分子は、主に米、パン、パスタなどの食事に摂取された炭水化物、デンプンが豊富な野菜の他の誘導体に由来します。血中のグルコースが少ない場合、肝臓に貯蔵されているグリコーゲン分子からも得られます。
長時間の絶食中、または追加のエネルギー消費を必要とするプロセスでは、脂肪組織から動員される脂肪酸からこのエネルギーを取得する必要があります。
これらの脂肪酸は、それらを活性化する一連の代謝反応を受け、ミトコンドリアの内部に輸送され、そこで酸化されます。このプロセスは脂肪酸のβ酸化と呼ばれ、これらの条件下で最大80％の追加エネルギーを提供します。
タンパク質と脂肪は、特に極端な空腹時の場合、新しいグルコース分子を合成するための最後の予備です。この反応は同化型であり、糖新生として知られています。
化学エネルギーの代謝エネルギーへの変換プロセス
糖、脂肪、タンパク質などの複雑な食物分子は、細胞の豊富なエネルギー源です。これらの分子を作るために使用されるエネルギーの多くは、文字通りそれらを結びつける化学結合内に蓄えられるからです。
科学者は、爆弾熱量計と呼ばれるデバイスを使用して、食品に蓄積されたエネルギー量を測定できます。この技術では、食品は熱量計の内側に置かれ、燃焼するまで加熱されます。反応によって放出される過剰な熱は、食品に含まれるエネルギーの量に正比例します。
現実には、細胞は熱量計として機能しません。1つの大きな反応でエネルギーを燃焼させる代わりに、細胞は一連の酸化反応を通じて、食品分子に蓄積されたエネルギーをゆっくりと放出します。
酸化
酸化とは、電子が1つの分子から別の分子に移動して、ドナー分子とアクセプター分子の組成とエネルギー量が変化する化学反応の一種です。食品中の分子は電子供与体として機能します。
食品の分解に関与する各酸化反応の間、反応の生成物は、経路上でそれに先行するドナー分子よりもエネルギー含有量が低くなります。
同時に、電子受容体分子は、各酸化反応中に食品分子から失われるエネルギーの一部を捕捉し、後で使用するために保存します。
最終的に、複雑な有機分子の炭素原子が完全に酸化されると（反応チェーンの最後で）、二酸化炭素として放出されます。
細胞は、酸化反応のエネルギーが解放されてもすぐには使用しません。何が起こるかというと、ATPやNADHなどのエネルギー豊富な小さな分子に変換され、細胞全体で代謝を促進して新しい細胞成分を構築することができます。
待機電力
エネルギーが豊富である場合、真核細胞は、この過剰なエネルギーを蓄えるために、エネルギーが豊富なより大きな分子を作成します。
得られた糖と脂肪は細胞内の沈着物に保持され、そのいくつかは電子顕微鏡写真で見るのに十分な大きさです。
動物細胞は、グルコース（グリコーゲン）の分岐ポリマーを合成することもできます。これは、電子顕微鏡で観察できる粒子に凝集します。細胞は、高速のエネルギーを必要とするときはいつでも、これらの粒子を迅速に移動させることができます。
しかし、通常の状況下では、人間は1日分のエネルギーを提供するのに十分なグリコーゲンを貯蔵しています。植物細胞はグリコーゲンを生成しませんが、代わりにデンプンと呼ばれるさまざまなグルコースポリマーを生成します。デンプンは顆粒に保存されます。
さらに、植物細胞と動物細胞の両方が、脂肪合成経路でグルコースを迂回させることによってエネルギーを節約します。1グラムの脂肪には、同量のグリコーゲンのエネルギーのほぼ6倍のエネルギーが含まれていますが、脂肪からのエネルギーはグリコーゲンからのエネルギーよりも利用できません。
それでも、セルには短期と長期の両方のエネルギー貯蔵が必要であるため、各貯蔵メカニズムは重要です。
脂肪は細胞の細胞質に液滴として保存されます。人間は通常、細胞に数週間パワーを供給するのに十分な脂肪を蓄えます。
参考文献
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