好気性解糖と嫌気性解糖の違いとは?

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好気性解糖と嫌気性解糖の大きな違いは、好気性解糖が酸素の存在下で起こるのに対し、嫌気性解糖は酸素の非存在下で起こることである

さらに、好気性解糖は、Krebsサイクルと酸化的リン酸化を経て進行する著しく効率の良いATP生成経路をもたらすが、嫌気性解糖は、エタノール発酵または乳酸発酵を経て進行する効率の悪いATP生成経路をもたらす。

つまり、好気性解糖と嫌気性解糖は、全く異なるタイプの細胞呼吸経路につながる2つの初期経路です。

しかし、どちらのタイプの解糖もグルコースから始まり、最終的にピルビン酸2分子となる。

また、それぞれの解糖系でATP2分子とNADH2分子が生成される。

主な対象分野

  1. 解糖とは
         – 定義、プロセス、重要性
  2. 好気性解糖とは?
         – 定義、意義
  3. 嫌気性解糖とは?
         – 定義、意義
  4. 好気性解糖と嫌気性解糖の類似点とは?
         – 共通点の概要
  5. 好気性解糖と嫌気性解糖の違いとは?
         – 主な違いの比較

この記事の重要な単語

好気性解糖、好気性呼吸、嫌気性解糖、嫌気性呼吸、解糖

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解糖とは

解糖は、すべての生物における細胞呼吸の最初のステップです。

一般に、生物の細胞呼吸は2種類に分けられる。

それは、好気性呼吸と嫌気性呼吸です。

解糖は、この2種類の呼吸のいずれにおいても起こる。

解糖は細胞質で起こり、グルコースを2分子のピルビン酸に分解する役割を担っている。

まず、ヘキソキナーゼという酵素によってグルコース分子にリン酸基が付加され、グルコース6-リン酸が生成される。

次に、グルコース6-リン酸が異性化し、フルクトース6-リン酸が生成される。

その後、フルクトース6-リン酸はフルクトース1, 6-ビスリン酸に変換され、さらにアルドース酵素の作用により、ジヒドロキシアセトンとグリセルアルデヒドに分解される。

図1: 解糖反応

さらに、ジヒドロキシアセトンもグリセルアルデヒドも、ジヒドロキシアセトンリン酸とグリセルアルデヒド3-リン酸に容易に変換され、1, 3-ビスホスホグリセレートに酸化される。

ここで、脱離したリン酸基はNAD+に取り込まれ、グリセルアルデヒド3-リン酸脱水素酵素の働きによりNADHが生成される。

また、1, 3-ビスホスホグリセレートからリン酸基が1つ、ADPに移動してATPが生成される。

そして、3-リン酸グリセリン分子のリン酸基が同分子の2番目の炭素位置に移動して2-リン酸グリセリン分子が生成される。

さらに、2-ホスホグリセリン酸から水分子が1つ除かれると、ホスホエノールピルビン酸(PEP)が生成される。

最後に、PEPのリン酸基がADP分子に転移すると、ピルビン酸分子が生成される。

最も重要なことは、解糖反応全体でピルビン酸分子2個、NADH分子2個、ATP分子2個、水分子2個が生成されることである

好気性解糖とは

好気性解糖は、酸素の存在下で行われる解糖の一種である

したがって、酸素の存在下で行われる細胞呼吸の一種である好気性呼吸につながる

好気性呼吸の後続の2つのステップは、クレブスサイクルと酸化的リン酸化です。

解糖の最終産物であるピルビン酸は、ミトコンドリアのマトリックスに変化し、酸化的脱炭酸というプロセスで二酸化炭素を排除してピルビン酸からアセチル-CoAを形成する。

基本的にアセチル-CoAはクレブスサイクルに入り、ピルビン酸1分子を完全に酸化して、GTP、NADH3分子、FADH2 1分子とともに二酸化炭素3分子にする。

さらに、NADHとFADH2分子は酸化的リン酸化を受けてATPを生成する。

好気性呼吸におけるATPの総収量は30-32です。

Main Difference - Aerobic vs Anaerobic Glycolysis 図2:好気性呼吸

また、好気性解糖は、酸素の存在下でグルコースが乳酸に変換されるワールブルグ効果という状態を指すこともあります。

ここで、酸素が不足しているときや、細胞が好気性解糖を行っているとき、NADHはミトコンドリア内で酸化的リン酸化により再酸化されずにピルビン酸を乳酸に還元してしまうのです。

このため、好気性呼吸におけるATPの総収量が減少してしまうのは残念なことである

しかし、臨床的に重要なのは、好気性解糖が腫瘍内の癌幹細胞内で起こることである

したがって、広範な好気性解糖は、攻撃的な癌の指標となってきた。

嫌気性解糖とは?

嫌気性解糖とは、酸素がない状態で起こる解糖のことである

したがって、嫌気性呼吸につながる。

基本的に嫌気性呼吸には、エタノール発酵と乳酸発酵の2種類があります。

エタノール発酵は主に酵母で起こり、乳酸発酵は哺乳類で起こる。

また、細菌では、乳酸がプロピオン酸などの異なる物質に置き換わります。

さらに、エタノール発酵では、解糖の最終産物であるピルビン酸がピルビン酸脱炭酸酵素によってアセトアルデヒドに変換され、二酸化炭素が放出される。

そして、アルコールデヒドロゲナーゼの働きにより、アセトアルデヒドがエタノールに変換される。

しかし、筋肉細胞内に十分な酸素が存在しない場合、ピルビン酸を乳酸に還元して乳酸発酵が起こる。

図3: エタノール発酵の様子

さらに、原核生物で起こる嫌気性呼吸にはもう一つ種類があり、電子伝達系の末端で硫酸や硝酸を最終電子受容体としている。

また、メタン菌では、最終的な電子受容体は二酸化炭素です。

しかし、嫌気性呼吸の最大の特徴は、発酵と同様、ATPの生産効率が低いことである

一般に、嫌気性解糖から見張るタイプの細胞呼吸では、ATPの総生産量は2です。

基本的に、この2つのATP分子は解糖からのものです。

好気性解糖と嫌気性解糖の類似点

  • 好気性解糖と嫌気性解糖は、異なる細胞呼吸経路に存在する2種類の解糖経路です。
  • 特に、両者はそれぞれの細胞呼吸の初期段階です。
  • これらは細胞質で発生します。
  • 通常、グルコースから始まり、2つのATPと2つのNADH分子を生成しながら、2つのピルビン酸分子に変換する。

好気性解糖と嫌気性解糖の違い

定義

好気性解糖は酸素の存在下で起こる解糖であり、嫌気性解糖は酸素のない状態で起こる解糖です。

発生状況

一般に、好気性解糖は真核細胞内で起こり、嫌気性解糖は原核細胞および真核細胞の両方で起こる。

につながる。

さらに、好気性解糖はクレブスサイクルと酸化的リン酸化によって進行し、嫌気性解糖はエタノール発酵または乳酸発酵によって進行する。

ミトコンドリアの関与

好気性解糖はミトコンドリア内でさらに進行し、嫌気性解糖は細胞質でさらに進行する。

ピルビン酸の運命

さらに、好気性解糖はピルビン酸をアセチルCoAに酸化する役割を担い、嫌気性解糖はピルビン酸を乳酸発酵の場合は乳酸に、エタノール発酵の場合はアセトアルデヒドに還元する役割を担っている。

最終製品

好気性解糖の最終生成物は二酸化炭素と水であり、嫌気性解糖の最終生成物は主に乳酸またはエタノールです。

補酵素

好気性呼吸では2 GTP、6 NADH、2 FADH2が生成され、これらは酸化的リン酸化を受けるが、嫌気性呼吸ではNADH4分子のみが生成され、基質レベルのリン酸化により再生される。

補酵素からのATPの生成

好気性呼吸の補酵素はATPの産生を伴うが、嫌気性呼吸の補酵素はATPの産生を伴わない。

ATPの生成

また、好気性解糖はグルコース1分子あたり32ATPを生成する著しく効率の良いATP生成経路となり、嫌気性解糖はグルコース1分子あたり2ATPを生成する効率の悪いATP生成経路になる。

結論

好気性解糖は、酸素の存在下で起こる解糖の一種である

したがって、真核細胞で行われる好気性呼吸につながる。

したがって、好気性解糖は著しく効率的なATPの産生につながる。

これに対して、嫌気性解糖は、酸素がない状態で起こる、解糖の一種である

したがって、乳酸発酵かエタノール発酵になり、ATPの生産量は非常に少なくなる。

したがって、好気性解糖と嫌気性解糖の主な違いは、ATPを産生するために酸素と許容量を必要とすることである

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