好気呼吸主としてグルコース- -最終的な電子受容体が酸素である酸化反応の一連によって、または好気性有機分子のエネルギーを得ることを含む生物学的プロセスです。
このプロセスは、ほとんどの有機生物、特に真核生物に存在します。すべての動物、植物、菌類は好気的に呼吸します。さらに、一部の細菌は好気性代謝も示します。
真核生物では、細胞呼吸の機構はミトコンドリアにあります。
出典：ウィキメディア・コモンズ経由、米国メリーランド州ベセスダの国立人間ゲノム研究所（NHGRI）
一般に、グルコース分子からエネルギーを取得するプロセスは、解糖（このステップは好気性および嫌気性経路の両方で一般的です）、クレブス回路、および電子輸送チェーンに分けられます。
好気性呼吸の概念は、嫌気性呼吸とは対照的です。後者では、電子の最終的な受容体は、酸素とは別の無機物質です。それはいくつかの原核生物に典型的です。
酸素とは？
有酸素呼吸のプロセスを説明する前に、酸素分子の特定の側面を知る必要があります。
これは、周期表で文字Oと原子番号8で表される化学元素です。標準的な温度と圧力の条件下では、酸素は対になって結合し、二酸素分子を生じさせる傾向があります。
このガスは2つの酸素原子で構成されており、色、臭い、味はなく、式O 2で表されます。大気では、それは卓越した成分であり、地球上のほとんどの生命体を維持するために必要です。
酸素の気体の性質のおかげで、分子は細胞膜を自由に通過することができます-細胞を細胞外環境から分離する外膜とミトコンドリアを含む細胞内コンパートメントの膜の両方。
呼吸特性
細胞は、私たちの食事を通じて摂取した分子を一種の呼吸「燃料」として使用します。
細胞呼吸は、ATP分子の形のエネルギー生成プロセスであり、分解される分子は酸化を受け、電子の最終受容体は、ほとんどの場合、無機分子です。
呼吸プロセスの発生を可能にする重要な機能は、電子輸送チェーンの存在です。有酸素呼吸では、電子の最終受容体は酸素分子です。
通常の状態では、これらの「燃料」は炭水化物または炭水化物と脂肪または脂質です。食糧不足のために身体が不安定な状態になると、エネルギー需要を満たすためにタンパク質を使用します。
呼吸という言葉は、日常生活における私たちの語彙の一部です。呼気と吸入の連続的なサイクルで、空気を肺に取り込む行為を呼吸と呼びます。
ただし、ライフサイエンスの正式なコンテキストでは、そのような動作は換気という用語で指定されます。したがって、呼吸という用語は、細胞レベルで行われるプロセスを指すために使用されます。
プロセス（ステージ）
有酸素呼吸の段階には、有機分子からエネルギーを抽出するために必要な手順が含まれます-この場合、呼吸分子としてのグルコース分子の場合について説明します-酸素受容体に到達するまで。
この複雑な代謝経路は、解糖系、クレブス回路、および電子伝達系に分けられます。
解糖
図1：解糖と糖新生 関与する反応と酵素。
グルコースモノマーの分解の最初のステップは解糖であり、解糖とも呼ばれます。このステップは酸素を直接必要とせず、事実上すべての生物に存在します。
この代謝経路の目標は、グルコースをピルビン酸の2つの分子に切断し、2つの正味エネルギー分子（ATP）を取得し、NAD +の 2つの分子を削減することです。
酸素の存在下で、経路はクレブス回路と電子輸送チェーンに続くことができます。酸素がない場合、分子は発酵経路に従います。言い換えれば、解糖は好気性および嫌気性呼吸の一般的な代謝経路です。
クレブス回路の前に、ピルビン酸の酸化的脱炭酸が発生する必要があります。このステップは、前述の反応を実行するピルビン酸デヒドロゲナーゼと呼ばれる非常に重要な酵素複合体によって媒介されます。
このように、ピルビン酸はアセチル基になり、それがその後コエンザイムAに捕獲され、それがクレブス回路への輸送に関与します。
クレブスサイクル
クレブス回路は、クエン酸回路またはトリカルボン酸回路とも呼ばれ、アセチル補酵素Aに蓄積された化学エネルギーを徐々に放出しようとする特定の酵素によって触媒される一連の生化学反応で構成されています。
これは、ピルビン酸分子を完全に酸化し、ミトコンドリアのマトリックスで発生する経路です。
このサイクルは、電子の形でポテンシャルエネルギーをそれらを受け入れる要素、特にNAD +分子に転送する一連の酸化および還元反応に基づいています。
クレブスサイクルのまとめ
ピルビン酸の各分子は、二酸化炭素とアセチル基として知られる2炭素分子に分解されます。コエンザイムA（前のセクションで説明）との結合により、アセチルコエンザイムA複合体が形成されます。
ピルビン酸の2つの炭素がサイクルに入り、オキサロ酢酸と縮合して、6炭素のクエン酸塩分子を形成します。したがって、酸化ステップ反応が発生します。クエン酸塩は、2モルの二酸化炭素、3モルのNADH、1モルのFADH 2、および1モルのGTPの理論的生成量でオキサロ酢酸に戻ります。
2つのピルビン酸分子が解糖で形成されるため、1つのグルコース分子はクレブス回路の2回転を伴います。
電子輸送チェーン
電子輸送チェーンは、酸化反応と還元反応を実行する能力を持つ一連のタンパク質で構成されています。
電子がこれらのタンパク質複合体を通過すると、徐々に化学エネルギーが放出され、その後、化学運動によるATPの生成に使用されます。重要なことに、最後の連鎖反応は不可逆的なタイプです。
細胞内コンパートメントを持つ真核生物では、トランスポーター鎖の要素がミトコンドリアの膜に固定されています。これらのコンパートメントを欠く原核生物では、鎖の要素は細胞の原形質膜に位置しています。
このチェーンの反応は、トランスポーターを介した水素の置換によって得られたエネルギーを通じて、最終受容体に到達するまでATPの形成につながります。酸素、水を生成する反応です。
キャリア分子のクラス
チェーンは、3種類のコンベヤで構成されています。最初のクラスはフラビンタンパク質で、フラビンの存在を特徴としています。このタイプのトランスポーターは、還元と酸化の2つのタイプの反応を交互に実行できます。
2番目のタイプはシトクロムで構成されています。これらのタンパク質にはヘモグロビンのようなヘムグループがあり、異なる酸化状態を示す可能性があります。
トランスポーターの最後のクラスは、コエンザイムQとしても知られるユビキノンです。これらの分子は、本来タンパク質ではありません。
有酸素呼吸を行う生物
ほとんどの生物は好気性の呼吸をします。これは真核生物の典型的なものです（細胞内に真の核があり、膜で区切られています）。すべての動物、植物、菌類は好気的に呼吸します。
動物と真菌は従属栄養生物です。つまり、呼吸の代謝経路で使用される「燃料」は、食事で積極的に消費する必要があります。植物とは対照的に、植物は光合成を介して独自の食物を生産する能力を持っています。
原核生物のいくつかの属も、呼吸のために酸素を必要とします。具体的には、厳密な好気性細菌があります。つまり、シュードモナスなどの酸素が豊富な環境でのみ増殖します。
細菌の他の属には、サルモネラ菌などの環境条件に基づいて、代謝を好気性から嫌気性に変更する能力があります。原核生物では、好気性または嫌気性であることは、それらの分類にとって重要な特性です。
嫌気性呼吸との違い
好気性呼吸の反対のプロセスは、嫌気性モードです。2つの間の最も明らかな違いは、最終的な電子受容体としての酸素の使用です。嫌気性呼吸は他の無機分子を受容体として使用します。
さらに、嫌気性呼吸では、反応の最終生成物は分子であり、依然として酸化し続ける可能性があります。例えば、乳酸は発酵中に筋肉で形成されました。対照的に、有酸素呼吸の最終生成物は二酸化炭素と水です。
エネルギーの観点からも違いがあります。嫌気性経路では、2つのATP分子のみが生成され（解糖経路に対応）、好気性呼吸では、最終生成物は一般に約38 ATP分子であり、これは大きな違いです。
参考文献
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