高校生物のお勉強 エネルギーと代謝とATP・・・ZZZ(1.5) 

生物基礎<生物
学年が上がると難しくなる



 前回は『生物基礎』(東京書籍)を紹介しましたが、高校1年レベルだとあのくらいになるようです。で今回からは『生物』(東京書籍)を使います。



 前回忘れていたのですが、植物は光合成によって光エネルギーを取りこんでATP(アデノシン三リン酸)を作りますが、動物は呼吸によってATPから取り出したエネルギーを用いて他のATPを作ります。また呼吸由来のエネルギーで体を作ります。



エネルギー変化と
化学反応の向き
(1 エネルギー変化と化学反応から)



 《化学反応とエネルギーの総和》
 物質のもつエネルギー(物質から仕事として取り出せる化学エネルギー)は、物質ごとに異なっており、化学反応によって物質が変換すると、反応系に含まれる物質のエネルギーの総和も変わる。このときエネルギーが減少する方向の化学反応が起こりやすく、減少する分のエネルギーを放出する。それに対し、エネルギーが増加する方向の反応は起こりにくく、増加分に見合うエネルギーの供給をどこかから受けなければ反応は進まない。
 ここで注意したいのは、実際の化学反応は、一時的にエネルギーの高い中間状態を経て起こる、という点である。反応の速度を決めているのは、実はこの中間状態と初期状態とのエネルギー差である活性化エネルギーである。活性化エネルギーが小さいほど、反応は早く進む。 



 はい、自然では物質の持つエネルギーが減少する方向に反応が進みます。なおエネルギーの総和が大きいものが小さくなる際にはエネルギーを放出し、逆ではエネルギーを吸収します。



 《エネルギーが増加する反応の進み方》
 次に複数の反応が組み合わさって同時に起こる場合を考えてみよう。
 このときには、反応系全体としてはエネルギーが減少する方向に反応が進むが、個々の反応の向きと系全体のエネルギー変化は必ずしも一致しない。個別にみるとエネルギーが増加する反応は、エネルギ^が大きく減少する反応と結びつくことで進行するようになる。つまり、エネルギーが減少する反応が放出するエネルギーを利用して、エネルギー増加反応が進む。


 より大きなエネルギーの減少を伴う反応から得られたエネルギーを使ってエネルギーの増加を伴う反応が起こる、ということ。



 

 《同化と異化》
 代謝は、大きく同化と異化に分けられる。同課は単純な物質から複雑な物質がつくられていく反応であり、以下は複雑な物質が単純な物質に分解されていく反応である。同化では一般に、素材となる物質がもつエネルギーの総和に比べて生成物がもつエネルギーの方が大きくなる。この増加分のエネルギーを、エネルギーが減少するような物質変換から得て同化は進む。多くの場合、同化と結びついてエネルギー供給役となっているのは、1molあたり30.5kJのエネルギーが減少するATPの加水分解反応である。ATPは代謝におけるエネルギーの運び手として特に重視され、エネルギー通貨ともいわれるが、それは、こうした結びつきを通して、さまざまな反応にエネルギーを提供しているからである。
 ATPの合成は、単純な反応ならATPの分解の逆となり、30.5kJのエネルギーが必要となるので、自然には起こりにくい。したがって、生物は、いろいろな形で、ATPの合成に必要なエネルギーの供給を受けてATPの合成を実現している。エネルギーが減少する物質変換と反応を組み合わせたATP合成のほか、呼吸の電子伝達系や光合成の光化学系にみられるように、水素イオンの流れを介した、より巧妙なしくみのATP合成もある。


 なお30.5kJ(キロジュール)≒7.29キロカロリーです。また下の図はATPの合成・分離とエネルギーの出入り。
アデノシン三リン酸 アデノシン二リン酸 

 こちらはアデノシン三リン酸の大雑把な図。
アデノシン三リン酸


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