呼吸におけるATPの役割

ATPは、すべての細胞活動にエネルギーを提供する必須分子です。 分子のリン酸塩結合には、細胞が必要になるまで節約できるエネルギーを大量に保存します。 ATPは、細胞呼吸中に使用および作成され、呼吸プロセス全体が消費されたグルコース分子あたり約30分子のATP分子の正味を生成します。

1. 関数

   • アデノシン三リン酸（ATP）は、細胞内で発生するすべての活性にエネルギーを提供する分子化合物です。 ATPのリン酸塩結合に保存されているエネルギーはバッテリーとして機能し、セルが代謝需要の変化に応じてエネルギーを節約および使用できるようにします。 呼吸とは、細胞がグルコースをATPに変換し、二酸化炭素（CO2）と水の馴染みのある廃棄物を生成する生物学的プロセスです。 呼吸の一部は細胞の細胞質で発生しますが、ATP産生の大部分はミトコンドリア内で発生します。

   構造

   • ATPは、カーボンアデニン環、リボース糖、および酸素分子で互いに付着した3つのリン基で構成されています。 酵素が3番目のリン酸塩結合を破るとエネルギーが放出され、遊離リン基とアデノシン二リン酸（ADP）の分子を残します。 この絆を破ると、モルあたり最大7.3キロカロリーの膨大な量のエネルギーが、ピーナッツで見つかったほぼ同じ量のエネルギーを放出します。

   ATPの支出

   • ATPは、2つの異なる方法での細胞呼吸に特徴があります。 まず、ATPは、細胞のミトコンドリアの外側で行われる解糖として知られる呼吸の第1段階のエネルギーを提供するために使用されます。 グルコースの各分子について、グルコースをフルクトース6-リン酸と呼ばれる別の化合物に変換するには、ATPの2つの分子が必要です。

   ATPの生産

   • 第二に、ATPは呼吸の後続の段階で生成されます。 フルクトース分子がピルビン酸の2つの分子に変換されるため、解糖の最終段階でATPの4つの分子が作成されます。 クエン酸または「クレブス」サイクルと呼ばれる呼吸の第2段階では、ATPはクエン酸分子からの炭素原子の剥離に由来するエネルギーによって生成されます。 これはミトコンドリア内で行われ、生物によって二酸化炭素が吸い出されるこのプロセスです。 しかし、ATP産生の大部分は、ミトコンドリアの膜で発生します。そこでは、いわゆる電子輸送チェーンがエネルギー水素イオンを使用してADPと緩いリン酸群を結合し、ATPを作成します。

   生成された量

   • 呼吸を受けるグルコースの各分子について、理論は、ATPの38個の分子が生成されることを示唆しています。 ただし、少なくとも1つの最近の研究では、生成された実際の数は30に近い可能性があることが示唆されており、実際のATP収量を減らす非効率性を占めています。 ATPはすべてのセルの内部プロセスを駆動するために使用されるため、各セルによって生成されなければならないATPの量は膨大です。 ある推定では、平均的な人体は毎日200兆（2 x 1026）分子を生成します。