高校生物 代謝

代謝の概要 同化(炭酸同化と窒素同化)と異化(呼吸と発酵)

生体内の生化学的反応を代謝といいます。光合成によって有機物を合成することも、息を吸って吐くことも同じ代謝という言葉で表現します。

光合成は単純な物質(二酸化炭素)を複雑な物質(糖)に合成する反応です。呼吸は複雑な物質(糖)を単純な物質(二酸化炭素)に分解する反応。それぞれ同化と異化といいます。

同化

同化はさらに炭酸同化と窒素同化に分けられます。

注 アミノ酸には窒素が含まれている

炭酸同化≒光合成。ただし光合成でない炭酸同化もあります。

窒素同化は小学校や中学校で習わない難しい反応で、光合成とかなり違います。おおまかには、大気中から取りいれた窒素をアンモニウムイオンにして、アンモニウムイオンを利用して有機酸をアミノ酸にする反応です。

異化

異化の目的はエネルギーを取りだすことで、多くの動物は糖を二酸化炭素にする分解反応からエネルギーを得ます。

異化は呼吸と発酵に分けられます。

どちらも分解反応に変わりないですが、複雑度がかなり違います。なお発酵は酵母菌が行うアルコール発酵と乳酸菌が行う乳酸発酵などがあります。

呼吸はさらに酸素を使う好気呼吸と酸素を使わない嫌気呼吸に分けられます。

好気呼吸と嫌気呼吸

好気呼吸は燃焼と糖などの物質を酸素と反応させている点で本質的に同じです。好気呼吸≒燃焼と考えてもいいでしょう。好気呼吸は人間がこれまで発明してきた熱機関(火力発電など)と比較してエネルギー効率が極めて高いことがわかっています。

好気呼吸によって取りだされたエネルギーの半分はATPとして蓄えられますが、この効率性は現代科学でもなかなか実現できません。実際、火力発電のエネルギー効率は三割程度(残りは廃棄されている)。生命活動がいかに複雑で、いかに進化してきたか、好気呼吸のエネルギー効率が物語っていますね。

一方、嫌気呼吸は好気呼吸ほどエネルギー効率がよくありません。