4 章エネルギーの流れと代謝

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なおてっちがわら
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1 4 章エネルギーの流れと代謝

2 細胞代謝と自由エネルギー自発的反応分解反応 = 起こりやすい反応熱の放出エネルギー減少合成反応 = 起こりにくい反応熱を加える ΔG エネルギー増加 +ΔG CO 2 + H 2 O A B ΔG > 0 エネルギー的に不利 S P ΔG < 0 エネルギー的に有利光熱 A 光合成 B ΔG > 0 + ΔG < 0 = ΔG < 0 S P 有機分子熱呼吸動物共役 couple エネルギー転移を受けるエネルギー的に有利起こりやすい反応となる

エネルギーの流れにおけるの役割電荷反発有機分子の分解で得られるエネルギー転移エネルギー貯蔵分子アデノシン 3 リン酸 adenosine triphosphate() ADP + Pi ΔG < 0-7.

3 エネルギーの流れにおけるの役割電荷反発有機分子の分解で得られるエネルギー転移エネルギー貯蔵分子アデノシン 3 リン酸 adenosine triphosphate() ADP + Pi ΔG < kcal/mol 自由エネルギーを放出 AMP + P~P ΔG < kcal/mol の合成は ΔG が正であるので炭水化物や脂肪が分解される ΔG が負の反応系と共役して行われる炭水化物脂肪 ADP + Pi AMP + P~P ΔG < 0 ΔG > 0 CO 2 + H 2 O total ΔG < 0

4 同反応への加水分解の共役ウリジン3リン酸の合成反応 RNA 合成における前駆体分子 UMP UDP UDP UTP ΔG < 0 ΔG < 0 の分解と共役 ADP の分解と共役 ADP リン酸転移反応解糖系の第一段階グルコースグルコース 6 - P ADP ΔG < 0 タンパク質合成アミノ酸の付加 Leu Leu - AMP ΔG < 0 Leu - AMP AMP ΔG < 0 P~P -Gly-Leu-Arg- -Gly-Leu-Arg-Leu

5 光合成細胞と化学合成細胞植物光合成細菌直接光エネルギーを利用する生物光合成 photosynthesis 光栄養生物 phototroph 生産細菌類原生動物菌類動物細胞有機物を化学的に分解してエネルギーをえる異化 catabolism グルコース化学合成生物 chemotroph

6 光合成 photosynthesis 12H 2 O + 6CO 2 C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O 光光合成の式光の吸収光合成の最初の段階葉緑素クロロフィル chlorophyll + カロチノイド carotenoid フィコビリン phycobillin 補助色素葉緑体エネルギー転移吸収光のスペクトル範囲を広げているストロマグラナチラコイドギリシャ語嚢という意味外膜内膜

7 光合成の二つの反応明反応クロロフィル相 I 反応系光化学系 I グラナ granum 光化学反応光化学系 II 紫外線 ultra violet 可視光線赤外線 infra red NADP + CO 2 外膜内膜グラナストロマ暗反応ストロマ stroma 相 II 反応系酵素化学反応炭素固定葉緑体糖

8 P700* e - : H + 非循環的電子流 NADP + e - フェレドキシン e - シトクロムb 6 プラストキノン ADP + Pi シトクロムf 循環的電子流光化学系 I はグラナで起こる電子伝達体に電子を渡すを合成する循環的電子流の場合 ADP + Pi 非循環的電子流の場合 NADP + + e - 光化学系 I nicotinamide adenine dinucleotide phosphate NADP + 脱水素酵素の補酵素プラストシアニン電子伝達体 P700 反応中心光化学系 I 実際には非循環のみであるを合成する循環流には光化学系 II から電子が供給される光補足アンテナ葉緑素 chlorophyll カロチノイド carotenoid フィコビリン phycobillin 補助色素

9 光化学系 II 光合成で発生する酸素は光化学系 II で放出される P700* P680* NADP + e - e - フェレドキシン光化学系 II 2e - ADP + Pi シトクロム b 6 プラストキノン光化学系 I 葉緑素シトクロム f カロチノイドフィコビリンタンパク質補助色素光補足アンテナ P680 反応中心 2e - H 2 O 2H + + 1/2O 2 プラストシアニン P700 反応中心光補足アンテナ

10 循環電子流 e - グラナの模式図非循環電子流光 H + 光 NADP + H + 2e - II pq 1/2O 2 2H + 6x H 2 O H + pc I cyt f fd cyt b 6 e - 36x H + 化学浸透説 chemiosmotic hypothesis プロトンポンプ ADP + Pi H + 18x 暗反応

11 相 II 反応系暗反応暗反応は葉緑体のストロマで起こる CO 2 グルコース C 6 H 12 O 6 炭素固定反応 carbon fixation 6x H 2 O NADP + ADP P- -P Pi -P Pi -P ホスホグリセリン酸グリセルアルデヒドリン酸炭素固定回路カルビンベンソン回路 Melvin Calvin & Adam Benson (1950) 6x CO 2 10x 6x 2x Pi 6x P-C 5 -P フルクトース 2 リン酸 C 5 -P ADP リブロースリン酸リブロースリン酸 x6 x6 C 6 H 12 O 明反応から

12H 2 O + 6CO 2 C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O 光 6CO 2 C 6 H 12 O 6 18 18ADP + 18Pi 12NDPH 12NADP + 光合成のまとめ光 II pq H + cyt f 2e - 6x O 2 2H + H 2 O

12 12H 2 O + 6CO 2 C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O 光 6CO 2 C 6 H 12 O ADP + 18Pi 12NDPH 12NADP + 光合成のまとめ光 II pq H + cyt f 2e - 6x O 2 2H + H 2 O H + 光 pc NADP + I fd cyt b 6 グラナ 6x H 2 O -P NADP + Pi P- -P ADP Pi -P C 6 H 12 O 6 炭素固定回路 C 5 -P ストロマ x6 ADP Pi 6x P-C 5 -P 6x CO 2 18x ADP + Pi H +

13 炭酸ガスの供給と光合成大気中の CO 2 濃度 = 約 0.03% 砂漠高温低湿度状態 0.005% 以上で光合成が可能 x 気孔 stoma CO % 以下気孔は閉じる水分の蒸発を防ぐ光合成が不可能リブロースリン酸リブロースリン酸 ADP C 5 -P P-C 5 -P リブロース1.5-2リン酸 -P カルボキシラーゼ Pi O 2 CO 2 CO 2 カルビンベンソン回路 3 ホスホグリセリン酸 -P ADP P- -P NADP + 光呼吸 photorespiration O 2 を用いて光合成の逆反応 C 6 H 12 O 6 フルクトース 2 リン酸グリセルアルデヒドリン酸 H 2 O CO 2 放出

14 気孔 stoma NADP - リンゴ酸 malate CO 2 大気中の CO 2 濃度 = 約 0.005% 以下ホスホエノールピルビン酸葉肉細胞ピルビン酸 pyruvate AMP+ P~P C 4 C4 植物高温乾燥に強い植物トウモロコシやサトウキビ光呼吸以外の方法で問題を克服しているホスホエノールピルビン酸 CO 2 NADP - リンゴ酸 C 4 NADP - ピルビン酸 CO 2 リンゴ酸 C 4 malate NADP - CO 2 ピルビン酸 pyruvate -P 3- ホスホグリセリン酸炭素固定回路グルコース維管束鞘細胞

15 大きさ : 約 2 μm 数 : 20 ~ 40 /cell 葉緑体の特徴例外 )1 個巨大な螺旋状明所数時間数日暗所黄化 etiolation チラコイドが消失する数万におよぶものプロラメラ体 prolamellar body 細胞分裂に先立って2 分裂する細胞に分配されるが均等ではない DNA を持つただし大部分は細胞の核の情報に依存する

細胞の構造

細胞の構造大阪電気通信大学 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