嫌気性呼吸とは何ですか？

生物学では、嫌気性呼吸は、酸素を使用せずに細胞が化学エネルギーを生成する代謝プロセスです。 それは細胞呼吸の一種であり、代謝の重要な部分であり、細胞で起こるすべての成長、生殖、修復の源です。 糖をエネルギー分子に変換する解糖は、ほとんどの生物で見られる嫌気性経路の主なタイプです。 嫌気性代謝は、窒素サイクルのような生物と環境の間の重要な化学交換を促進します。

すべての生物は、エネルギーを使用して成長と繁殖を促進します。 細胞呼吸は、さまざまな栄養化学物質から生化学エネルギーを抽出し、それを普遍的なエネルギー移動分子であるATPに変換する細胞代謝の一種です。 嫌気性呼吸は、代謝に酸素分子を使用しない細胞で発生する細胞呼吸の一種です。 嫌気性呼吸の主な化学的経路は、極端な金属取り込みバクテリアを除くと、解糖であり、単糖グルコースの分子をピルビン酸の2分子に分割し、その過程でATPの2分子を生成します。

酸素を使用する好気性呼吸は、呼吸を効率的に酸素に依存しているほとんどの高等生物で嫌気性呼吸よりも一般的です。 解糖系よりもはるかに多くのATP（38分子）が生成され、2つしか生成されません。 しかし、地球上の生命の進化の初期の時期には、細胞が代謝するのに大気中の酸素が不十分だったため、嫌気的にエネルギーを生成するためにさまざまな他の分子に依存していました。 温泉や海底に住んでいる最も古い生き残りのバクテリアや生き物を含む原始生物は、まだこれに依存しています。 これらの多くは、酸素にさらされると死にます。

人間や他の動物は、好気性呼吸と嫌気性呼吸の両方を使用します。 後者は、解糖を使用して運動を促進し、乳酸を生成する筋肉活動の短いバースト中に重要です。 この酸が蓄積すると、筋肉痛とけいれんが起こります。 酵母の中には、代謝に特別な種類の嫌気性呼吸—発酵—を取り入れているものがあります。 発酵は糖を消化し、エチルアルコールといくつかのガスを副産物として生成します。 酵母の生化学プロセスが生地の化学反応を変化させるため、これがパンが上がる理由です。

地表および大気中の窒素、硫黄、および炭素の元素交換は、嫌気性呼吸によって緩和されます。 たとえば、タンパク質やその他の生物学的に不可欠な化合物には、細菌の嫌気性代謝によって大気中に放出される大量の窒素が含まれています。 一部の細菌は、酸素なしで燃料を代謝すると、メタンガスも放出します。 この機能は微生物学や石油産業では有用ですが、メタンの過剰生産は、気候変動に関連する二酸化炭素と同じくらい温室効果ガスであるため問題です。