細胞代謝とは？

細胞代謝は、細胞内でエネルギーを変換したりエネルギーを使用したりするすべての化学反応をカバーする一般的な用語です。 人間や他の多くの多細胞生物の細胞は、好気性呼吸のプロセスを使用して食物をエネルギーに変換します。 植物と一部の微生物は、光合成のプロセスを実行します。 他の生物は、酸素を必要としない細胞代謝の種類である嫌気性呼吸または発酵を使用します。

細胞代謝では、異化反応と同化反応の2種類の化学反応が発生します。 異化反応は、細胞が使用するエネルギーを生成しますが、同化反応は、細胞が機能し続けるために必要な分子を作成するためのエネルギーを必要とします。 細胞は、異化反応によって生成され、同化反応によって使用されるアデノシン三リン酸（ATP）の形でエネルギーを保存します。

好気性呼吸は、炭水化物、タンパク質、脂肪などの有機炭素源を分解します。 最初に、解糖のプロセスは、グルコースの分子（6つの炭素原子を持つ糖）をピルビン酸の2つの分子、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NADH）の2つの分子、およびATPの2つの分子に分解します。 クエン酸サイクル（CAC）またはトリカルボン酸（TCA）サイクルとも呼ばれるクレブスサイクルは、解糖中に生成されたピルビン酸を二酸化炭素と水にさらに分解し、プロセスでさらに2つのATP分子を生成します。 電子輸送チェーンと呼ばれるメカニズムは、水素原子をNADHから酸素に移動します。 この移動によりエネルギーが放出され、それを使用して34個のATP分子が作成されます。

解糖とクレブスのサイクルは、好気性呼吸と同じように嫌気性呼吸でも起こります。 ただし、電子輸送チェーンでは、酸素の代わりに無機分子（炭素を含まない分子）が電子受容体として使用されます。 使用される無機分子の種類は生物によって異なります。 たとえば、硫黄を含む化合物を使用する生物もあれば、窒素を含む化合物を使用する生物もいます。 好気性呼吸では38であるのに対し、嫌気性呼吸では合計36のATP分子が生成されます。

発酵は嫌気性代謝の別の形態ですが、嫌気性呼吸とは異なり、電子伝達チェーンやクレブスサイクルは関与しません。 解糖は、有機分子を分解してエネルギーを生成します。 解糖は発酵で起こる唯一の反応であるため、グルコース分子あたり2分子のATPしか生成しません。

植物と一部の微生物はすべて光合成独立栄養生物に分類され、呼吸ではなく光合成と呼ばれる細胞代謝の形からエネルギーを獲得します。 光合成独立栄養生物は、光からエネルギーを得て、ATPの形で化学エネルギーに変換します。 次に、細胞はATPを使用して二酸化炭素をグルコースと、生物が必要とする他の栄養素に変換します。