大学入試生物で頻出の「コハク酸脱水素酵素」と「ツンベルク管を用いた実験」は、呼吸の代謝過程を理解するうえで非常に重要なテーマです。ミトコンドリア内で行われるクエン酸回路の一部として、コハク酸がフマル酸に変換される際の酵素反応や、メチレンブルーの脱色による観察方法など、出題されやすいポイントが多数含まれています。本記事では、コハク酸脱水素酵素の具体的な働きや、ツンベルク管を使った実験手順・結果の考察まで、図解付きでわかりやすく解説します。
ツンベルク管の実験
ツンベルク管とは、大きな主室と副室を備えた試験管のようなもので、2つの液体などを混ぜるときに使う実験器具です。このツンベルク管を使って脱水素酵素の実験を行います。
- 脱水素酵素を含んだニワトリの筋肉などをすりつぶし、ろ過したものを酵素液としてツンベルク管の主室に入れる。
- 基質となるコハク酸を含むコハク酸ナトリウム溶液と、青色のメチレンブルーを副室にいれる。
- 真空ポンプやアスピレーターでツンベルク管内の空気を抜く。
- 副室を回し、空気を抜く穴をふさぎ副室の液体と主室の液体を混合させる。
- 青色のメチレンブルーが次第に無色の還元型メチレンブルーに変化する。
- 副室を回し、空気を入れる穴をあけてツンベルク管内に空気を入れると、無色の還元型メチレンブルーが酸化されて、青色のメチレンブルーに戻る。
コハク酸脱水素酵素のはたらきで、コハク酸から水素が奪われます。奪われた水素はFADに渡されFADH2になります。FADH2の水素がメチレンブルー（Mb）と結合し還元型メチレンブルー（MbH2）になり青色から無色に色が変わるのです。
ツンベルク管に空気を送ってあげると、還元型メチレンブルーが酸化され、青色のメチレンブルーにもどります。このとき水素が還元されて水が生じます。
ツンベルク管から空気に抜く理由
実験で初めにツンベルク管の空気を抜くのは、還元型メチレンブルーが空気中の酸素と反応しすぐに（酸化型）メチレンブルーに戻ってしまい無色に変化しなくなってしまうからです。
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