細胞呼吸において酸素が重要なのはなぜですか？

細胞呼吸とは、炭水化物、脂肪、タンパク質に保存されたエネルギーを回収するためにセルが使用するプロセスです。グルコースおよび他の分子は分解され、放出されたエネルギーは、細胞の「エネルギー通貨」であるアデノシン三リン酸（ATP）と呼ばれる別の分子を作るために使用されます。私たちの細胞は発酵を使用して酸素を使用せずにATPを作ることができますが、細胞呼吸ははるかに効率的です。そのため、酸素を奪われた場合、人間や他のほとんどの動物がすぐに死にます。

1. 細胞呼吸の仕組み

   • 細胞呼吸は解糖から始まり、そこではグルコースの分子が細胞の細胞質に分割されます。しかし、細胞呼吸における最も重要なステップは、電子が電子輸送鎖と呼ばれる一連の膜包埋タンパク質を通過する細胞の発電所であるミトコンドリアで起こります。各タンパク質は、この移動からの一部のエネルギーを使用して、水素イオンをミトコンドリアの内膜と外膜の間の空間にポンプします。この空間に水素イオンを濃縮することにより、Mitchondrionは、タービンを駆動できるように、水を揚げるなど、ATPを作るために使用できる勾配を作成します。 ATPは、エネルギーのためにセル内の他のプロセスで利用可能になります。

   酸素の役割

   • ミトコンドリアの電子輸送鎖の終わりに、電子は酸素（O2）に寄付され、水素イオンと結合して水を形成します。電子を受け入れるO2分子がなければ、電子輸送鎖は機能できませんでした。

   発酵

   • 細胞呼吸とは、一般に好気性呼吸を指し、細胞は上記のプロセスを使用してATPを作成します。ただし、酸素が利用できない場合、我々の細胞は乳酸発酵により限られた量のATPを依然として行うことができます。このプロセスでは、細胞は解糖を使用してグルコースを分解し（好気性呼吸と同様）、電子をピルビン酸と呼ばれる糖分子に寄付します。これは、グルコースが分解されると形成されます。この反応は、乳酸と呼ばれる副産物をもたらします。

   発酵対好気性呼吸

   • 好気性呼吸は、乳酸発酵よりもはるかに多くのATPをもたらします。発酵では、ピルビン酸は解糖から電子を受け入れます。一方、好気性呼吸では、ミトコンドリアでより多くのATPを作るために、ピルビン酸がさらに分解されています。その結果、好気性呼吸は、乳酸発酵よりもグルコースの分子あたり最大19倍のATPを生成できます。

   酸素が重要である理由

   • 酸素は、ミトコンドリアの輸送鎖から電子を受け入れることにより有酸素呼吸を可能にするため、重要です。一部の筋肉細胞では酸素が利用できない場合があります（通常は激しい運動中）。このような場合、筋肉細胞は一時的に乳酸発酵に戻り、エネルギーがはるかに少なくなります。