大学受験生物「呼吸」解糖系→クエン酸回路→電子伝達系

大学受験生物、今日は呼吸です。呼吸では解糖系からクエン酸回路、電子伝達系の流れが重要です。どこまで覚えればよいのかも伝授します。

呼吸

呼吸とは、酸素を使って有機物であるグルコースを完全に無機物の二酸化炭素と水に分解する反応です。まずは大まかな流れを押させて細部を覚えるようにしましょう。グルコース1分子が呼吸によって無機物に分解されると合計38ATPが生じます。

  1. 解糖系細胞質基質で行われる
    2ATPが生じる
  2. クエン酸回路…ミトコンドリアのマトリックスで行われる
    2ATPが生じる
  3. 電子伝達系…ミトコンドリアの内膜で行われる
    34ATPが生じる
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解糖系

呼吸の第一段階です。細胞質基質で行われる反応で、酸素を必要としません。反応は発酵と全く同じで、1分子のグルコースが2分子のピルビン酸になります。

解糖系では2ATPが生じ、NADH+H+2つ電子伝達系に送られます。

  • C6H12O6+2NAD+→2C3H4O3+2(NADH+H+)

解糖系では酸素を必要としませんので、酸素が無い状態でも反応が続きます。

クエン酸回路

呼吸の第二段階目です。解糖系で生じたピルビン酸がクエン酸回路に投入されます。詳細は後述するとして、ピルビン酸1分子当たり、水3分子が使われ、二酸化炭素3分子と水5分子に分解されます。

クエン酸回路では、ピルビン酸1分子当たり1ATPが生じ、NADH+H+は4つ、FADH2は1つ電子伝達系に送られます。

  • C3H4O3+3H2O+FAD+4NAD+→3CO2+FADH2+4(NADH+H+)

グルコース1分子当たりピルビン酸は2分子できるので、クエン酸回路にピルビン酸2分子が投入されると、次のような反応になり、ATPも2分子生じます。

  • 2C3H4O3+6H2O+2FAD+8NAD+→6CO2+2FADH2+8(NADH+H+)

クエン酸回路では酸素を直接使いませんが、酸素が無い状態だと先の電子伝達系が機能しなくなり、クエン酸回路自体も停止してしまいます。
参考大学入試生物「クエン酸回路」炭素の数の変化や脱炭酸・脱水素の場所を覚える!
参考クエン酸回路の覚え方を伝授!

電子伝達系

呼吸の最終段階です。解糖系で生じた2つのNADH+H+とクエン酸回路で生じた8つのNADH+H+2つのFADH2合計24原子の水素Hがミトコンドリアの内膜電子伝達系に使われます。

この電子伝達系の反応では、最大で34分子のATPが生成されます。最終的に24個の水素原子Hは6分子の酸素O2と結合して12分子の水H2Oになります。

  • 10(NADH+H+)+2FADH2+6O2→12H2O+10NAD++2FAD

電子伝達系では直接酸素を使って水をつくりだす反応ですので、酸素が無いと停止してしまいます。
参考大学受験生物「電子伝達系」呼吸でのATP合成の仕組み

呼吸の全体の反応

グルコース1分子が呼吸で分解された場合、解糖系、クエン酸回路、電子伝達系での反応式をすべて足し合わせると次のような反応式が得られます。最大で38ATP生成されます。

  • C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O

呼吸の練習問題

  1. 呼吸の第1段階である解糖系はどこで行われるか。
  2. 解糖系では1分子のグルコースから何分子のATPが生成されるか。
  3. 解糖系は酸素が無い場合でも機能するか、それとも停止するか。
  4. 解糖系では1分子のグルコースが分解されると、何分子のピルビン酸が生じるか。
  5. クエン酸回路はどこで行われるか。
  6. クエン酸回路では2分子のピルビン酸から何分子のATPが生じるか。
  7. クエン酸回路は酸素が無い場合機能するか、それとも停止するか。
  8. クエン酸回路では水素原子の運搬役としてNAD+だけでなく何が使われるか。
  9. 電子伝達系にはグルコース1分子当たり何個の水素原子が送られてくるか。
  10. 電子伝達系はどこで行われるか。
  11. 電子伝達系ではグルコース1分子当たり、何分子のATPが生じるか。
  12. 呼吸全体の反応を表す化学反応式をかけ。

解答

  1. 細胞質基質
  2. 2分子のATP
  3. 機能する
  4. 2分子のピルビン酸
  5. ミトコンドリアのマトリックス
  6. 2分子のATP
  7. 停止する
  8. FAD(フラビンアデニンジヌクレオチド)
  9. 24個の水素原子
  10. ミトコンドリアの内膜
  11. 34分子のATP
  12. C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O

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