細胞呼吸は、生物が栄養素の生化学的エネルギーをATPに変換するプロセスです。

このプロセスでは、グルコースが6個の二酸化炭素分子と12個の水分子に分解される。

好気性呼吸の全体の化学式は、C6H12O6 + 6O2 + 6H2O → 12H2O + 6CO2 + 36/38ATP
であり、嫌気呼吸の化学式は、C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP（エタノール発酵の場合）、C6H12O6 → 2C3H6O3 + 2ATP（乳酸発酵の場合）です。

細胞呼吸は、大きな分子を小さな分子に分解する異化プロセスです。

細胞呼吸の際に放出されるエネルギーは、ATPの合成に使われる。

細胞呼吸の基質として、様々な糖、アミノ酸、脂肪酸を用いることができる。

細胞呼吸とは

細胞呼吸は、栄養素を二酸化炭素と水に分解し、ATPを生成する一連の化学反応です。

ATPは、細胞の主要なエネルギー通貨です。

細胞呼吸は、地球上のほぼすべての生物の体内で起こっている。

炭水化物、タンパク質、脂肪酸などの栄養素はグルコースに変換され、細胞呼吸に使用されます。

細胞呼吸には、好気性呼吸と嫌気性呼吸の2種類があります。

好気性呼吸の最終電子受容体は酸素分子であり、嫌気性呼吸では無機化合物です。

細胞呼吸の全体像を図1に示す。

図1: 細胞呼吸の全体像

細胞呼吸の化学式は？

すべての種類の細胞呼吸の化学式は以下のとおりです。

好気性呼吸

好気性呼吸は、酸素の存在下で行われる細胞呼吸の中で最も効率の良いタイプです。

好気性呼吸の3つのステップは、解糖、クレブスサイクル、電子輸送連鎖です。

1. 解糖

解糖は好気呼吸の第一段階であり、細胞質で起こる。

解糖の際、グルコース1分子からピルビン酸2分子が生成される。

解糖の化学式は次の通りです。

グルコース＋2NAD＋2Pi＋2ADP → 2ピルビン酸＋2NADH＋2ATP＋2H+＋2H2O＋熱

このピルビン酸分子はコエンザイムAと反応してアセチル-CoAを生成する。

ピルビン酸＋2NAD＋CoA → アセチルCoA＋NADH＋CO2＋H＋α

2. クレブス回路

アセチルCoAはクレブスサイクルで完全に分解され、二酸化炭素になる。

アセチルCoA + 3NAD+ Q + GDP + Pi + 2H2O → CoA-SH + 3NADH + 3H+ +QH2 + GTP + 2CO2

3. 電子輸送系

上記2つのプロセスで作られた補酵素は、酸化的リン酸化によって還元される。

放出されたエネルギーはATPとして蓄えられる。

好気性呼吸の全体の化学式は以下のようになる。

C6H12O6 + 6O2 + 6H2O → 12H2O + 6CO2 + 36/38ATP

嫌気性呼吸

嫌気性呼吸とは、酸素がない状態で行われる細胞呼吸の一種である。

嫌気性呼吸の主なものは発酵です。

発酵には、エタノール発酵と乳酸発酵の2種類があります。

どちらの発酵法も、最初のステップは解糖です。

エタノール発酵と乳酸発酵の両者の平衡化学式を以下に示す。

エタノール発酵

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP

乳酸発酵

C6H12O6 → 2C3H6O3 + 2ATP

結論

細胞呼吸では、1個のグルコース分子が6個の二酸化炭素分子と12個の水分子に分解される。

放出されたエネルギーは、ATPの生成に使用される。