細胞呼吸

Cellular Respiration

細胞呼吸はブドウ糖を段階的に分解してATPを得る過程です。解糖系・TCA回路・電子伝達系を経ると、酸素が十分なとき最大およそ38 ATPが得られます。酸素が足りないと解糖系だけの発酵で2 ATPしか得られず、筋肉では乳酸が溜まります。スライダーで酸素供給を減らし、電子伝達系が止まり総ATPがどう変わるかを確かめてみましょう。

ブドウ糖を燃やしてエネルギーを得る

🔥 細胞呼吸 = 緩やかな燃焼

①木を燃やすと熱と光が出る(燃焼)

②細胞もブドウ糖を「燃やして」ATPを作る(細胞呼吸)

③ただし一度に燃やすと細胞が燃え尽きるので段階的に!

細胞呼吸の3段階

O₂供給量8

💡 O₂を減らしてみよう!

①O₂が十分なら38 ATP(解糖2+TCA 2+電子伝達34)

②O₂不足では2 ATPのみ!(解糖のみ作動)

③これが激しい運動時に乳酸が溜まる理由(乳酸発酵)

核心公式

細胞呼吸全反応式

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + エネルギー(38ATP)

ブドウ糖1分子完全分解で最大38 ATP生成

呼吸段階比較

Chart細胞呼吸3段階比較

段階	場所	基質	産物	ATP
解糖系	細胞質	ブドウ糖	ピルビン酸2個	2
TCA回路	マトリックス	アセチルCoA	CO₂·NADH·FADH₂	2
電子伝達系	内膜	NADH·FADH₂	H₂O	34

発酵 — 酸素なしでのエネルギー生産

発酵比較

Chartアルコール発酵 vs 乳酸発酵

区分	アルコール発酵	乳酸発酵
生物	酵母	動物筋肉細胞
最終産物	エタノール+CO₂	乳酸
ATP	2個	2個
用途	パン·酒·ビール	ヨーグルト·キムチ

例題と過去問で確認

例題 1

ブドウ糖1分子が酸素が十分な条件で完全に分解されるとき、生成される最大ATP数は?(解糖系·TCA回路·電子伝達系の合計)

解糖系で2 ATP、TCA回路で2 ATPが生成される。

電子伝達系でNADH·FADH₂が酸化され、最大34 ATPが生成される。

2 + 2 + 34 = 38 ATP。

▸ 最大38 ATP

ATPの大半(34個)は電子伝達系で生じる。酸素がなければ解糖系の2 ATPしか得られない。

例題 2

酸素が不足したヒトの筋肉細胞で、激しい運動中に起こる発酵の名称·最終産物·得られるATP数は?

動物の筋肉細胞は酸素が不足すると乳酸発酵を行う。

ブドウ糖は解糖系だけを経てピルビン酸になり、ピルビン酸は乳酸に還元される。

▸ 乳酸発酵、最終産物は乳酸、ATPは2個

発酵は解糖系のみが働くためATPは2個だけ。乳酸がたまると筋肉が疲労する。

共通テスト類題

ヒトの細胞呼吸についての説明として正しいものは?

①解糖系はミトコンドリアの基質で起こる

②TCA回路でCO₂が放出される

③電子伝達系は酸素なしでも進行する

④解糖系で最も多くのATPが生成される

⑤乳酸発酵はミトコンドリアで起こる

▸ ② TCA回路でCO₂が放出される

TCA回路(ミトコンドリア基質)で炭素が酸化されてCO₂が放出され、NADH·FADH₂ができる。

解糖系は細胞質で起こり(①)、電子伝達系はO₂が必要で(③)、ATPは電子伝達系で最も多く(④)、発酵は細胞質で起こる(⑤)。

総まとめ

好気呼吸

38 ATP

O₂あり

嫌気発酵

2 ATP

O₂なし

🎯 試験ポイント

①解糖系:細胞質·ブドウ糖→ピルビン酸·2 ATP(O₂不要)

②TCA:マトリックス·CO₂発生·NADH/FADH₂生成

③電子伝達系:内膜(クリステ)·O₂必要·34 ATP(最大)

④O₂不足 → 発酵(アルコール or 乳酸)·解糖のみ

⑤電子伝達系の最終電子受容体 = O₂ → H₂O