細胞の構造

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1 大阪電気通信大学 5/15/18 本日の講義の内容 代謝 教科書 第 5 章 代謝とは? 同化で生じる化学反応 1( 炭酸同化 ) 同化で生じる化学反応 2( 窒素同化 ) 異化で生じる化学反応 1( 好気的代謝 ) 異化で生じる化学反応 2( 嫌気的代謝 ) 代謝とは 生物の体内 細胞内で生じる化学反応全般 生命活動のエネルギーを作る ( 同化 異化 ) 代謝とは? 同化 : エネルギーを吸収する反応例 ) 光合成 異化 : エネルギーを放出する反応例 ) 呼吸 炭酸同化 二酸化炭素を材料としてエネルギーを利用して有機物をつくる事 例 ) 光合成 同化で生じる化学反応 1 ( 炭酸同化 ) CO₂ H₂O 光合成 光エネルギー 有機物 O₂ 1

2 吸収スペクトル 色素ごとの各波長光に対する吸光度グラフ 植物の葉はなぜ緑色なのか 吸 光 度 雑学5.光合成色素の種類 結果 Oh! Life 1.023world より引用 光合成色素 チラコイドに存在し 光を吸収する 例 クロロフィルa クロロフィルb カロテン キサントフィル 光合成の反応 作用スペクトル 各波長に対する光合成効率のグラフ 吸収スペクトルと作用スペクトルがほぼ対応することにおり 光合成色素に吸収されたエネルギーを光合成に利用しているこ とが分かる 1.チラコイドで起こる反応 光化学系II 電子伝達系 光化学系 I 光リン酸化 1. チラコイドでの反応 連続 2. ストロマでの反応 光化学系Ⅱ 2H₂O 4H O₂ 4e 4H はチラコイド内膜へ O₂は外へ 4e は電子伝達系へ 2

3 光化学系Ⅰ 電子伝達系 NAPD H 2e NADPH 光化学系Ⅱで できた 電子e が通るエネル ギーによって H が取 り込まれる 光リン酸化(ATP合成酵素) 電子伝達系通ってきた 電子(e )がストロマへ と放出される ストロマにあるNADP と結合してNADPHへ ATP合成酵素での反応 ADP リン酸 ATP チラコイドで起こる反応まとめ 水の分解による反応 12H₂O 12NADP+ 6O₂ 12NADPH 12H 外へ ATP合成 18ADP 18リン酸 18ATP ストロマで起きる反応 チラコイドでの反応で生じた12(NADPH+H )とATPを利 用して さらにCO₂を材料として有機物をつくる カルビン ベンソン回路が使われる ストロマへ ①RuBP PGA ②PGA GAP RuBP ストロマへ 3

4 1RuBP PGA 二酸化炭素が取り込まれ リブロースビスリン酸 (RuBP) がホスホグリセリン酸 (PGA) になる 2PGA GAP RuBP ホスホグリセリン酸 (PGA) からグリセルアルデヒドリン酸 (GAP) になり グリセルアルデヒドリン酸の一部がグルコースになる 光合成のまとめ 6CO₂+12H₂O C₆H₁₂O₆+6H₂O+6O₂ このように カルビンベンソン回路を使用して光合成を行う一般的な植物を C₃ 植物 という C₄ 植物 葉肉細胞の C₄ 回路を使って CO₂ から最終的にリンゴ酸をつくり 維管束鞘細胞のカルビン ベンソン回路を使う 強光下での光合成速度が大きい 例 : トウモロコシ ススキ アワ サトウキビ CAM 植物 高温で乾燥している砂漠など 厳しい環境に適した植物 例 : サボテン パイナップル ベンケイソウ アロエ CO₂ の取り込みを夜間に行い昼間は気候をとじた状態にする C₄ 回路を夜間 C₃ 回路 ( カルビン ベンソン回路 ) を昼間に行う 同化デンプンと貯蔵デンプン 光合成で作られたグルコースはデンプンとして蓄えられる 同化デンプン光合成でつくられたグルコース由来のデンプン 貯蔵デンプン他の組織 ( 葉など ) で作られた養分や 根から吸収された養分が転流し 種子などに運ばれ つくられたデンプン 4

5 葉緑体 DNA の遺伝 斑入りの葉 白い部分の細胞は 欠陥のある葉緑体を遺伝により受けついている 同化で生じる化学反応 2 ( 窒素同化 ) 窒素固定 硝化 窒素同化 窒素固定 空気中の N₂ を水にとける NH₄+ にする このような反応ができるは 窒素固定生物のみである 窒素固定生物の例 : 根粒菌 ネンジュモ クロストリジウム アゾトバクター N₂+3H₂ 2NH₃ NH₄+ ニトロゲナーゼ 水に溶けてイオンへ 根粒菌の窒素固定 根粒菌はマメ科植物根に共生している時のみ 窒素固定を行う NH₄ を直接植物に渡しており この関係は相利共生である 根粒菌 NH₄+ 植物 硝化 死体などから発生するアンモニウムイオン (NH4+) は土中の亜硝酸菌によって 亜硝酸イオン (NO2 ) へと酸化される また 亜硝酸イオンは硝酸菌によって硝酸イオン (NO3 ) へと酸化される この働きを硝化と呼ぶ 相利共生 有機物 NH4+ NO2 NO3 亜硝酸菌 硝酸菌 5

6 窒素同化植物が土中から硝酸イオンやアンモニウムイオンを根から吸収し アミノ酸や核酸 ATP などを合成する働きを窒素同化と呼ぶ 異化で生じる化学反応 1 ( 好気的代謝 ) 異化 エネルギー通貨 ATP 複雑なものをいくつかの簡単なものに分解して エネルギー (ATP) を生み出す 酸素を用いて有機物を分解し ATP を産生する 好気的代謝 ( 呼吸 ) 酸素を利用せずに有機物を分解し ATP を産生する 嫌気的代謝 ( 解糖 発酵 ) 酸素を使う反応 燃焼と呼吸 燃焼 有機物などを酸素を使って一気に酸化する反応 熱と光がでる 呼吸 有機物の酸化を段階的に行い エネルギーを取り出す過程 呼吸の反応 1 解糖系 2 クエン酸回路 3 電子伝達系 細胞質基質 ミトコンドリア ( マトリックス ) ミトコンドリア ( 内膜 ) 6

7 C₆H₁₂O₆+2NAD+ 解糖系 2C₃H₄O₃+2(NADH+H+)+2ATP クエン酸回路へ電子伝達系へ クエン酸回路 2C₃H₄O₃+6H₂O+8NAD++2FAD 6CO₂+8(NADH+H+)+2FADH₂+2ATP 電子伝達系へ 呼吸によって排出される二酸化炭素は クエン酸回路でできる 電子伝達系 24H++6O₂ 12H₂O+34ATP 電子伝達系が動いているのを見てみよう 呼吸によって取り込まれる酸素は 電子伝達系で消費される ATP 合成酵素での反応 呼吸の反応まとめ C₆H₁₂O₆+6H₂O+6O₂ 6CO₂+12H₂O+38ATP = 38 7

8 脂肪とタンパク質のエネルギーの利用 脂肪酸からエネルギーを取り出す 解糖 異化で生じる化学反応 2 ( 嫌気的代謝 ) 酸素が不足して利用できない時に ATP を合成する経路 C₆H₁₂O₆ ( グルコース ) 2C₃H₆O₃ ( 乳酸 ) +2ATP 発酵 アルコール発酵 微生物が酸素を使わずに有機物から ATP を合成する反応 アルコール発酵酵母 ( 真核生物 ) が行う反応 最終的に 2ATP とエタノールができる C₆H₁₂O₆ 2CO₂+2C₂H₆O+2ATP 乳酸発酵乳酸菌 ( 原核生物 ) が行う反応 最終的に 2ATP と乳酸ができる 8

9 乳酸発酵の進み方 Q 発酵と腐敗の違いとは? 主な参考文献 新しい教養のための生物学 ( 裳華房 ) 細胞の分子生物学第 5 版 (NEWTON PRESS) Essential 細胞生物学第 2 版 ( 南江堂 ) 来週の講義 (5 月 22 日 ) は 遺伝子 について講義します 事前学習として PCR について調べておいて下さい 授業で使用したスライドはホームページに UP します 必要に応じでダウンロードして下さい URL: ml 質問は以下アドレスへ Mail:sumiyoma@hirakata.kmu.ac.jp 9

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