最近の更新履歴九州高等学校理科教育研究会（九高理）

(1)

■呼吸

呼吸：酸素を用いて有機物からエネルギーを取り出す過程。大きく分けて３つの反応過程よりなる。

■炭酸同化

　ＡＴＰのエネルギーを使って二酸化炭素から有機物を合成するはたらき。 　光合成：光エネルギーを利用して炭酸同化をすること。

　化学合成：化学エネルギーを利用して炭酸同化をすること。

■窒素同化

＜光合成全体の反応式＞

6ＣＯ²+12Ｈ²Ｏ+光エネルギー→(Ｃ⁶Ｈ¹²Ｏ⁶)+6Ｈ²Ｏ+6Ｏ²

＜細菌の光合成＞

シアノバクテリア：6ＣＯ2+12Ｈ2Ｏ+光エネルギー→(Ｃ6Ｈ12Ｏ6)+6Ｈ2Ｏ+6Ｏ2 緑色硫黄細菌：6ＣＯ²+12Ｈ²Ｓ+光エネルギー→(Ｃ⁶Ｈ¹²Ｏ⁶)+6Ｈ²Ｏ+12Ｓ

＜化学合成＞化学エネルギーを取り出す反応（酸化反応） 　亜硝酸菌：2ＮＨ3+3Ｏ2→2ＨＮＯ2+2Ｈ2Ｏ+化学エネルギー　硝酸菌：2ＨＮＯ²+Ｏ²→2ＨＮＯ³ +化学エネルギー 　硫黄細菌：2Ｈ2Ｓ+Ｏ2→2Ｓ+2Ｈ2Ｏ +化学エネルギー

6ＣＯ2+12Ｈ2Ｏ+化学エネルギー→(Ｃ6Ｈ12Ｏ6)+6Ｈ2Ｏ+6Ｏ2

＊光合成色素としてバクテリオクロロフィルを持つ。

＜光合成の反応過程＞

■呼吸基質と呼吸商

呼吸基質：呼吸によって分解される物質。炭水化物（糖質）のほかに，脂肪やタンパク質も呼吸基質となる。 呼吸商：呼吸で発生したＣＯ^２と消費されたＯ^２の体積比（ＣＯ^２／Ｏ^２）。

　　　　　呼吸基質により値が異なるので，この値をもとに，呼吸基質を推測することができる。

＜呼吸反応経路まとめ＞

■発酵と解糖

発酵：酸素を用いずに複雑な物質を分解してＡＴＰを合成する。最終分解産物は有機物。 　　　アルコール発酵（酵母菌）：Ｃ６Ｈ12Ｏ６→２Ｃ２Ｈ５ＯＨ＋２ＣＯ２＋２ＡＴＰ 　　　乳　酸　発　酵（乳酸菌）：Ｃ６Ｈ12Ｏ６→２Ｃ３Ｈ６Ｏ３＋２ＡＴＰ

解糖：筋肉が酸素を用いずにグルコースを乳酸に分解する現象。乳酸発酵と同じ反応である。 炭水化物1.0　　タンパク質0.8　　脂肪0.7　

・グルコース１分子は２分子のピルビン酸と 水素に分解される。

・発生した水素によって還元型補酵素NADH が生じる。

・グルコース１分子につき，差し引き２分子 のATP合成。

・反応の進行に酸素は不必要。

・ピルビン酸が脱炭酸酵素と脱水素酵素のはた らきにより段階的にCO２と水素に分解され る。

・発生した水素によって還元型補酵素NADHや FADH２が生じる。

・グルコース１分子あたり２分子のATP合 成。

・反応の進行に酸素は必要。

・NADHやFADH２などからH^＋と電子が放出 され，電子はシトクロムなどの間を次々に 伝達される。この電子の移動に伴ってエネ ルギーが蓄積される。

・内膜にあるATP合成酵素は，このエネル ギーを用いて，グルコース１分子あたり最 大34分子のATPを合成する。

・このようにしてATPを合成する反応を，酸 化的リン酸化という。

１解糖系 ２クエン酸回路 ３電子伝達系

全体の反応式

Ｃ6Ｈ12Ｏ6＋2ＮＡＤ^＋→2Ｃ3Ｈ4Ｏ3＋2ＮＡＤＨ＋2Ｈ^＋＋2ＡＴＰ

2Ｃ3Ｈ4Ｏ3＋6Ｈ2Ｏ＋8ＮＡＤ^＋＋2ＦＡＤ→6ＣＯ2＋8ＮＡＤＨ＋8Ｈ^＋＋2ＦＡＤＨ２＋2ＡＴＰ 6Ｏ２＋10ＮＡＤＨ＋10Ｈ^＋＋2ＦＡＤＨ２→12Ｈ２Ｏ＋10NAD^＋＋2FAD＋34ＡＴＰ(最大) Ｃ6Ｈ12Ｏ6＋6Ｈ2Ｏ＋6Ｏ２→6ＣＯ2＋12Ｈ２Ｏ＋38ＡＴＰ(最大)

①光エネルギーの吸収

クロロフィルなどの光合成色素とタンパク質からなる光化学系

Ⅰ，Ⅱが光エネルギーを吸収し，活性化して電子を放出する。

②水の分解

光化学系Ⅱによって，水がＯ２とＨ^＋，電子に分解される。Ｈ^＋は， 光化学系Ⅰから放出された電子にひきつけられ，補酵素と結合 してＮＡＤＰＨとなる。Ｏ２は細胞外へ放出される。

③ＡＴＰの合成

光化学系Ⅱから放出された電子は光化学系Ⅰへと受け渡される 過程で電子伝達系を通り，そのとき放出されるエネルギーがＡ ＴＰ合成酵素によってＡＴＰに合成される。（光リン酸化反応）

④二酸化炭素の固定

多数の酵素が関係するカルビン・ベンソン回路において，取り 込まれたＣＯ２はＮＡＤＰＨとＡＴＰによって還元され，有機 物（グルコース）が合成される。

代謝　要点とまとめ

＜植物の窒素同化＞

　土壌中のＮＨ4^＋やＮＯ3^－のなど無機窒素化合物などをアミノ酸・タンパク質 などの有機窒素化合物に合成する作用。

　＜動物の窒素同化＞

　外界から有機窒素化合物を摂取 し，生体の構成に必要な有機窒素 化合物につくりかえる作用。

＜窒素固定＞

　生物が大気中のＮ2をＮＨ4^＋に 変える作用。

　窒素固定生物：ネンジュモ , アゾトバクター,クロストリジウ ム,根粒菌など　

＜脱窒＞

　土壌中のＮＯ2^－やＮＯ3^－が細菌 の働きによりＮ2となり大気中に 放出される作用。

(2)

■呼吸

呼吸：酸素を用いて有機物からエネルギーを取り出す過程。大きく分けて３つの反応過程よりなる。

　光合成：光エネルギーを利用して炭酸同化をすること。 　化学合成：化学エネルギーを利用して炭酸同化をすること。

■窒素同化

＜光合成全体の反応式＞

6ＣＯ²+12Ｈ²Ｏ+光エネルギー→(Ｃ⁶Ｈ¹²Ｏ⁶)+6Ｈ²Ｏ+6Ｏ²

＜細菌の光合成＞

シアノバクテリア：6ＣＯ2+12Ｈ2Ｏ+光エネルギー→(Ｃ6Ｈ12Ｏ6)+6Ｈ2Ｏ+6Ｏ2 緑色硫黄細菌：6ＣＯ²+12Ｈ²Ｓ+光エネルギー→(Ｃ⁶Ｈ¹²Ｏ⁶)+6Ｈ²Ｏ+12Ｓ

＜化学合成＞化学エネルギーを取り出す反応（酸化反応） 　亜硝酸菌：2ＮＨ3+3Ｏ2→2ＨＮＯ2+2Ｈ2Ｏ+化学エネルギー　硝酸菌：2ＨＮＯ²+Ｏ²→2ＨＮＯ³ +化学エネルギー 　硫黄細菌：2Ｈ2Ｓ+Ｏ2→2Ｓ+2Ｈ2Ｏ +化学エネルギー

6ＣＯ2+12Ｈ2Ｏ+化学エネルギー→(Ｃ6Ｈ12Ｏ6)+6Ｈ2Ｏ+6Ｏ2

＊光合成色素としてバクテリオクロロフィルを持つ。

＜光合成の反応過程＞

■呼吸基質と呼吸商

呼吸基質：呼吸によって分解される物質。炭水化物（糖質）のほかに，脂肪やタンパク質も呼吸基質となる。 呼吸商：呼吸で発生したＣＯ^２と消費されたＯ^２の体積比（ＣＯ^２／Ｏ^２）。

　　　　　呼吸基質により値が異なるので，この値をもとに，呼吸基質を推測することができる。

＜呼吸反応経路まとめ＞

■発酵と解糖

発酵：酸素を用いずに複雑な物質を分解してＡＴＰを合成する。最終分解産物は有機物。 　　　アルコール発酵（酵母菌）：Ｃ６Ｈ12Ｏ６→２Ｃ２Ｈ５ＯＨ＋２ＣＯ２＋２ＡＴＰ 　　　乳　酸　発　酵（乳酸菌）：Ｃ６Ｈ12Ｏ６→２Ｃ３Ｈ６Ｏ３＋２ＡＴＰ

解糖：筋肉が酸素を用いずにグルコースを乳酸に分解する現象。乳酸発酵と同じ反応である。 炭水化物1.0　　タンパク質0.8　　脂肪0.7　

・グルコース１分子は２分子のピルビン酸と 水素に分解される。

・発生した水素によって還元型補酵素NADH が生じる。

・グルコース１分子につき，差し引き２分子 のATP合成。

・反応の進行に酸素は不必要。

・ピルビン酸が脱炭酸酵素と脱水素酵素のはた らきにより段階的にCO２と水素に分解され る。

・発生した水素によって還元型補酵素NADHや FADH２が生じる。

・グルコース１分子あたり２分子のATP合 成。

・反応の進行に酸素は必要。

・NADHやFADH２などからH^＋と電子が放出 され，電子はシトクロムなどの間を次々に 伝達される。この電子の移動に伴ってエネ ルギーが蓄積される。

・内膜にあるATP合成酵素は，このエネル ギーを用いて，グルコース１分子あたり最 大34分子のATPを合成する。

・このようにしてATPを合成する反応を，酸 化的リン酸化という。

１解糖系 ２クエン酸回路 ３電子伝達系

全体の反応式

Ｃ6Ｈ12Ｏ6＋2ＮＡＤ^＋→2Ｃ3Ｈ4Ｏ3＋2ＮＡＤＨ＋2Ｈ^＋＋2ＡＴＰ

2Ｃ3Ｈ4Ｏ3＋6Ｈ2Ｏ＋8ＮＡＤ^＋＋2ＦＡＤ→6ＣＯ2＋8ＮＡＤＨ＋8Ｈ^＋＋2ＦＡＤＨ２＋2ＡＴＰ 6Ｏ２＋10ＮＡＤＨ＋10Ｈ^＋＋2ＦＡＤＨ２→12Ｈ２Ｏ＋10NAD^＋＋2FAD＋34ＡＴＰ(最大) Ｃ6Ｈ12Ｏ6＋6Ｈ2Ｏ＋6Ｏ２→6ＣＯ2＋12Ｈ２Ｏ＋38ＡＴＰ(最大)

①光エネルギーの吸収

クロロフィルなどの光合成色素とタンパク質からなる光化学系

Ⅰ，Ⅱが光エネルギーを吸収し，活性化して電子を放出する。

②水の分解

光化学系Ⅱによって，水がＯ２とＨ^＋，電子に分解される。Ｈ^＋は， 光化学系Ⅰから放出された電子にひきつけられ，補酵素と結合 してＮＡＤＰＨとなる。Ｏ２は細胞外へ放出される。

③ＡＴＰの合成

光化学系Ⅱから放出された電子は光化学系Ⅰへと受け渡される 過程で電子伝達系を通り，そのとき放出されるエネルギーがＡ ＴＰ合成酵素によってＡＴＰに合成される。（光リン酸化反応）

④二酸化炭素の固定

多数の酵素が関係するカルビン・ベンソン回路において，取り 込まれたＣＯ２はＮＡＤＰＨとＡＴＰによって還元され，有機 物（グルコース）が合成される。

代謝　要点とまとめ

＜植物の窒素同化＞

　土壌中のＮＨ4^＋やＮＯ3^－のなど無機窒素化合物などをアミノ酸・タンパク質 などの有機窒素化合物に合成する作用。

　＜動物の窒素同化＞

　外界から有機窒素化合物を摂取 し，生体の構成に必要な有機窒素 化合物につくりかえる作用。

＜窒素固定＞

　生物が大気中のＮ2をＮＨ4^＋に 変える作用。

　窒素固定生物：ネンジュモ , アゾトバクター,クロストリジウ ム,根粒菌など　

＜脱窒＞

　土壌中のＮＯ2^－やＮＯ3^－が細菌 の働きによりＮ2となり大気中に 放出される作用。

(3)

ウォーミングアップ

代　　謝

⑴　代謝には，エネルギーを用いて物質を合成する（　　　　　　）と，

物質を分解してエネルギーを取り出す（　　　　　　）がある。

⑵　代謝におけるエネルギーの仲立ちをしている物質は主に（　　　　　　）

であり，様々な生命活動を行うエネルギー源として用いられている。

⑶　有機物からＡＴＰを合成する過程には，酸素を用いる（　　　　　　）

と，酸素を用いない（　　　　　　）や（　　　　　　）がある。

⑷　発酵には，酵母菌が行う（　　　　　　）や，乳酸菌が行う（　　　　　　）

がある。

⑸　呼吸の過程には，細胞質基質で行われる（　　　　　　）と，ミトコ

ンドリアで行われる（　　　　　　）および（　　　　　　）がある。

⑹　ミトコンドリアの内膜にある電子伝達系を通じて，蓄積したエネル

ギーを利用してＡＴＰを合成する反応は（　　　　　　）とよばれる。

⑺　植物のチラコイド膜上には，色素タンパク質複合体が多数集まってで

きた（　　　　　　），（　　　　　　）とよばれる２種類の反応系がある。

⑻　光エネルギーによってクロロフィルが活性化され，（　　　　　　）

を放出する反応を（　　　　　　）という。

⑼　光化学系Ⅱで水の分解によって生じた（　　　　　　）は，光化学系

Ⅰで放出された電子とともにＮＡＤＰ

^＋

と結合し，ＮＡＤＰＨとなる。

⑽　光化学系Ⅱで水の分解によって生じた電子が，（　　　　　　）を経

て光化学系Ⅰに渡される過程でＡＴＰを合成する反応を（　　　　　　）

という。

⑾　光化学系Ⅰ･Ⅱで生産された（　　　　　　）と（　　　　　　）は，

葉緑体のストロマで（　　　　　　）を固定する炭酸同化に用いられる。

⑿　光合成をする細菌は（　　　　　　）とよばれ，光合成色素として

（　　　　　　）を持つ。

⒀　化学合成を行う細菌を（　　　　　　）とよび，無機物を酸化すると

きに得られる化学エネルギーを用いて炭酸同化を行う。

⒁　生物が外界から取り入れた窒素をもとにして生体に必要な有機窒素化

合物を合成するはたらきを（　　　　　　）という。

⒂　生物が大気中の窒素をＮＨ

４^＋

に変えるはたらきを（　　　　　　）と

いい，このＮＨ

４

＋

は窒素同化に利用される。

30

生命現象と物質

(4)

22．（代謝）次の文中の（　　）内に語群より適語を選んで記入せよ。

　緑色植物は，光エネルギーを用いて，吸収した（

^１

　　　　　　）と

（

^２

　　　　　　）からグルコースを合成し，さらにこの一部から他の有

機物を合成している。動物は，他の生物を食べ，消化産物を必要な有機

物に再合成する。このように（

^３

　　　　　　）や簡単な（

^４

　　　　　　）

から複雑な⑷を合成する働きを（

^５

　　　　　　）といい，エネルギーを

（

^６

　　　　　　）する反応である。

　すべての生物は，生命活動に必要なエネルギーを取り出すために⑷

を分解している。この働きを（

^７

　　　　　　）といい，エネルギーを

（

^８

　　　　　　）する反応である。

　このように生物は，体外から物質を取り込んで体構成物質を合成する

⑸と，体構成物質の一部を分解して⑶にする⑺を行っているが，この⑸

と⑺をあわせて（

^９

　　　　　　）といい，エネルギー移動の面からは

エネルギー代謝という。

　語群　　有機物　　　　異化　　　無機物　　同化　　水　　酸素

　　　　　二酸化炭素　　リン酸　　代謝　　　吸収　　放出

23．（ＡＴＰの構造と働き）図を参考にして，次の文中の（　　）内に

語群より適語を選んで記入せよ。

　呼吸によって取り出された（

^１

　　　　　　）は，いった

ん（

^２

　　　　　　）という物質に貯えられる。⑵はアデノ

シンに（

^３

　　　　　　）が３個結合したものである。⑶どう

しの結合は，切れるときに多くのエネルギーを放出するた

め，（

^４

　　　　　　）結合と呼ばれる。⑵の末端の⑶が１

個離されると（

^５

　　　　　　）になるが，そのときに多量

の⑴が放出され，さまざまな（

^６

　　　　　　）に使われる。

　ＡＴＰとＡＤＰのあいだの可逆反応は次のように表される。

　　　　ＡＴＰ　　ＡＤＰ　＋　リン酸　＋　エネルギー

　語群　エネルギー　　ＡＤＰ（アデノシン二リン酸）　　リン酸

　　　　生命活動　　　二酸化炭素　　　ＡＴＰ（アデノシン三リン酸）

　　　　酸素　　　　　高エネルギーリン酸　　水素

アデニン リボース リン酸

アデノシン二リン酸（ADP） アデノシン三リン酸（ATP）

■燃焼と呼吸

　呼吸の反応式はC

6

H

12

O

6

＋6O

2

＋6H

2

O→6CO

2

＋12H

2

Oで表されます。これは呼吸がグ

ルコースの燃焼反応と本質的には同じものであることを示しています。このことは化学

の教科書にも出てくるフランスのラボアジェが1777年に明らかにしました。

　グルコース１分子が燃焼される際に発生する熱量に対し，呼吸でグルコース１分子か

らつくられるＡＴＰから発生する熱量のエネルギー効率は，40％程度となります。ガソ

リンを燃焼させて自動車を走らせる際に使われるエネルギー効率が約30％であることを

考えると，生体内のエネルギー効率は非常に高いと言えます。

(5)

24．（異化）次の文中の（　　）内に語群より適語を選んで記入せよ。

　生物が酸素を用いて有機物を分解し，発生するエネルギーで

（

^１

　　　　　　）を合成することを（

^２

　　　　　　）という。

　⑵は有機物を完全に分解し，多量の⑴を合成する反応である。⑵には，

細胞質基質で行われる（

^３

　　　　　　）と，ミトコンドリアで行われる

（

^４

　　　　　　），（

^５

　　　　　　）の３つの反応系がある。

　一方，微生物が酸素を用いずに有機物を簡単な有機物に分解する反応

を（

^６

　　　　　　）といい，合成する⑴は少ない。例えば，酵母菌に

よる（

^７

　　　　　　）や乳酸菌による（

^８

　　　　　　）が挙げられる。

筋肉ではグリコーゲンがグルコースに変えられ，これが分解されて乳酸

を生じる（

^９

　　　　　　）が行われている。

　語群　　ＡＴＰ　　解糖　　クエン酸回路　　　電子伝達系　　解糖系

　　　　　呼吸　　　発酵　　アルコール発酵　　乳酸発酵

25．（呼吸の経路）呼吸の経路を模式的に示した図に関して，下の問い

に答えよ。

反応系Ⅰ 反応系Ⅲ

グルコース ADP

ATP

CO^２

O^２

CO２

H２O

H^２O

C３

〔H〕

〔H〕 C^２

C^４ C^６

反応系Ⅱ

ADP ATP

ADP

ATP

⑴　次の文中の（　　）内に語群より適語を選んで記入せよ。

　グルコースを呼吸基質とする呼吸の過程には３つの段階がある。反応

系Ⅰは（

^ａ

　　　　　　）を必要としない反応系で，発酵とも共通している。

　⒜があると反応はさらに反応系ⅡからⅢへと進み，グルコースは

完全に分解されて（

^ｂ

　　　　　　）と（

^ｃ

　　　　　　）になる。

これらのうちの，反応系Ⅰは細胞内の（

^ｄ

　　　　　　）で，反応系

Ⅱ と Ⅲ は（

^ｅ

　　　　　　）で行われる。ＡＴＰの合成量は反応系

（

^ｆ

　　　　　　）によるものが他よりはるかに多い。

　語群　　窒素　　二酸化炭素　　ゴルジ体　　Ⅰ　　Ⅱ　　Ⅲ　　水

　　　　　酸素　　細胞質基質　　ミトコンドリア

32

生命現象と物質

(6)

⑵　反応系Ⅰ，Ⅱ，Ⅲの名称を答えよ。

　Ⅰ（　　　　　　　）　Ⅱ（　　　　　　　）　Ⅲ（　　　　　　　）

⑶　次の反応を触媒する酵素の名称を答えよ。

　①　基質から水素を切り離す。　　　　　　（　　　　　　）

　②　基質から二酸化炭素を切り離す。　　　（　　　　　　）

⑷　図の［Ｈ］で表されている水素を受容する補酵素の名称を２つ答えよ。

　　　　　　　　（　　　　　　，　　　　　　）

⑸　グルコース１分子が分解されたとき，反応系Ⅰ，Ⅱ，Ⅲのそれぞれで

できるＡＴＰの分子数を答えよ。

　Ⅰ（　　　　分子）　Ⅱ（　　　　分子）　Ⅲ（最大　　　　分子）

⑹　反応系Ⅰ～Ⅲのうち，酸素が存在しないと進行しない反応系はどれか。

（　　　　　　）

26．（酸化的リン酸化）次の図は，ミトコンドリアで行われている電子

伝達系の反応を模式的に示したものである。

マトリックス

FADH₂

NAD^＋ ^ADP

FAD

細胞質基質 膜間腔 ^Ｈ^＋

Ｈ^＋

Ｈ^＋Ｈ^＋

Ｈ^＋Ｈ^＋Ｈ^＋

Ｈ^＋ _Ｈ＋

Ｈ^＋Ｈ^＋

Ｈ^＋

Ｈ^＋ ^Ｈ^＋ ^Ｈ^＋Ｈ^＋ 2　 +1/2O₂Ｈ^＋

Ｈ^＋

e^－

⑴

⑵

⑹

⑶

⑷

⑸

⑴　図中の（　　）に語群より適語を選び記入せよ。

（

¹

　　　　　　　　　）（

²

　　　　　　　　　）（

³

　　　　　　　　　）

（

⁴

　　　　　　　　　）（

⁵

　　　　　　　　　）（

⁶

　　　　　　　　　）

　語群　　Ｈ

２

Ｏ　　ＮＡＤＨ　　外膜　　内膜

　　　　　ＡＴＰ合成酵素　　ＡＴＰ

⑵　このようにＮＡＤＨなどの物質が酸化される過程でＡＴＰを合成する

反応を何というか。　　　　　　　（　　　　　　）

⑶　光合成でも呼吸でもＨ

^＋

の濃度勾配によってＡＴＰが合成される。光

合成では光エネルギーによってその濃度勾配が作られる（光リン酸化，

34番を参照）。呼吸でその役割を行う物質は何か。

（　　　　，　　　　）

(7)

— 6 — すぎると，植物細胞を高張液に入れた状態となり膨 圧が減少するので，植物はしおれたようになってし まう。

　原形質分離を起こした植物細胞も，蒸留水に入れ ると細胞内に水が入り，膨圧が生じる。このように 原形質分離の状態から，細胞膜と細胞壁が再び接す る現象を原形質復帰という。

20．（細胞分画法）

⑴　細胞分画法

⑵　酵素による化学反応を抑えるため

⑶　核（Ａ）　　細胞質基質（Ｓ₃）　　葉緑体（Ｂ） ミトコンドリア（Ｃ）

⑷　ＤＮＡ（Ａ）　　クロロフィル（Ｂ）

＜解説＞

　細胞分画法とは，細胞を破砕して液状にしたものを， 遠心力を作用させることによって細胞小器官や構成成 分に分離する方法である。

　その際，細胞小器官が破裂しないように等張のス クロース溶液を加えて細胞を破砕する。また，化学 変化を抑えるために，氷などで低温にしておくこと が必要である。

　そうしてできた破砕液に遠心力を作用させると， 大きくて高密度の構造物ほど，小さい遠心力（低い 回転速度）で沈殿するので，遠心力の大きさを変え ることで，細胞内構造物をいくつかに分離すること ができる。

21．（タンパク質と酵素）

⑴　ア　ペプチド結合　　イ　触媒　　ウ　基質　　 エ　基質特異性　　オ　活性部位（活性中心）　 カ　酵素基質複合体

2

1

0

0 10 20 30 40

0.5 反応生成物量（相対値） 1.5

反応時間（分）

破線は実験 1 の結果

⑵

⑶　ＧＡＫＶＦＳＴＲＳＥＡＧＷＳＫＶＤ

⑵　酵素の濃度が２倍になったので，分解の速度は ２倍になる。しかし，反応生成物の量は変わらな い。よって，半分の時間で反応生成物量１になる ようなグラフを描けばよい。

⑶　生成物１（SEAGWSK）と生成物５

（STRSEAGW）を比較すると， SEAGW が共通 していることから，分解前はSTR SEAGW SKで あったことがわかる。同様にトリプシンとキモト リプシンで切断された各反応生成物を比較しても とのポリペプチドＢの配列を決めることができる。 　ポリペプチドＢ（GAKVFSTRSEAGWSKVD）は， トリプシンによって

GAK / VFSTR / SEAGWSK / VD キモトリプシンによって

GAKVF / STRSEAGW / SKVD に分解されたことがわかる。

《代謝》

ウォーミングアップ

⑴　同化，異化　　⑵　ＡＴＰ　　

⑶　呼吸，発酵，解糖　　

⑷　アルコール発酵，乳酸発酵　　

⑸　解糖系，クエン酸回路，電子伝達系　　

⑹　酸化的リン酸化　　

⑺　光化学系Ⅰ，光化学系Ⅱ　　

⑻　電子，光化学反応　　

⑼　Ｈ^＋　　⑽　電子伝達系，光リン酸化　

⑾　ＡＴＰ，ＮＡＤＰＨ，二酸化炭素　　

⑿　光合成細菌，バクテリオクロロフィル　

⒀　化学合成細菌　　⒁　窒素同化　　

⒂　窒素固定

基　本　問　題

22．（代謝）

１，２　水，二酸化炭素　　３　無機物　　 ４　有機物　　５　同化　　６　吸収　　７　異化 ８　放出　　９　代謝

23．（ＡＴＰの構造と働き）

１　エネルギー　　２　ＡＴＰ（アデノシン三リン酸）

(8)

— 7 —

とＨ^＋がはずされて，オキサロ酢酸に戻る。Ｈ^＋は ＮＡＤ^＋やＦＡＤと結合して電子伝達系に運ばれ る。また，クエン酸回路では，１分子のグルコー ス当たり２分子のＡＴＰがつくられる。

　　クエン酸回路：

　　２Ｃ₃Ｈ₄Ｏ₃＋６Ｈ₂Ｏ＋８ＮＡＤ^＋＋２ＦＡＤ 　　→６ＣＯ₂＋８ＮＡＤＨ＋８Ｈ^＋＋２ＦＡＤＨ₂

　＋２ＡＴＰ

　　解糖系・クエン酸回路で生じたＮＡＤＨやＦＡ ＤＨ₂は，ミトコンドリアの内膜にある電子伝達 系に運ばれ，高エネルギーの電子（ｅ^－）を放出 する。ｅ^－が電子伝達系を移動するときにエネル ギーが遊離し，このエネルギーでＡＴＰがつくら れる。ｅ^－は最終的にＨ^＋と酸素と結合して水を生 じる。電子伝達系では，１分子のグルコース当た り最大34分子のＡＴＰがつくられる。

　　電子伝達系：

　　６Ｏ₂＋10ＮＡＤＨ＋10Ｈ^＋＋２ＦＡＤＨ₂ 　　→12Ｈ₂Ｏ＋10ＮＡＤ^＋＋２ＦＡＤ＋34ＡＴＰ（最

　大）

　　３つの反応系をまとめると次のようになる。 　　Ｃ₆Ｈ₁₂Ｏ₆＋６Ｈ₂Ｏ＋６Ｏ₂→６ＣＯ₂＋12Ｈ₂Ｏ

　＋38ＡＴＰ（最大）

⑹　呼吸の過程で酸素を直接消費するのは電子伝達 系である。しかし酸素がないとクエン酸回路も進 行できない。

　　クエン酸回路での脱水素反応が起こるには，補 酵素ＮＡＤ^＋やＦＡＤが必要で，これが還元され すべてＮＡＤＨやＦＡＤＨ₂となった時点で反応 は止まってしまう。酸素がある時にはＮＡＤＨや ＦＡＤＨ₂中の水素を酸素と結合させる（電子伝 達系）ことでＮＡＤ^＋やＦＡＤに戻るので，呼吸 の全反応が継続できる。

　　では，解糖系の脱水素反応で生じるＮＡＤＨは どうか。発酵や解糖を行うことのできる細胞であ れば，ＮＡＤＨ中の水素を他の有機物（ピルビン 酸やアセトアルデヒドなど）に与えることでＮＡＤ^＋ に戻すことができるため，反応が継続する。従っ て，発酵や解糖に酸素は必要ない。

　すべての生物で，ＡＴＰが代謝に伴うエネルギー の受け渡しを行っている。光合成では，光エネルギー を利用してＡＴＰが合成され，ＡＴＰに含まれるエ ネルギーを用いて有機物を合成している。呼吸では 有機物の分解で放出されたエネルギーを用いて，Ａ ＴＰが合成される。ＡＴＰはあるゆる生命活動のエ ネルギー源となっており，体内におけるエネルギー 通貨の役割を果たしている。

24．（異化）

１　ＡＴＰ　　２　呼吸　　３　解糖系　　 ４，５　クエン酸回路，電子伝達系　　６　発酵 ７　アルコール発酵　　８　乳酸発酵　　９　解糖

25．（呼吸の経路）

⑴　ａ　酸素　　ｂ，ｃ　二酸化炭素，水　　 ｄ　細胞質基質　　ｅ　ミトコンドリア　　 ｆ　Ⅲ

⑵　Ⅰ　解糖系　　Ⅱ　クエン酸回路　　

Ⅲ　電子伝達系

⑶　①　脱水素酵素　　②　脱炭酸酵素

⑷　ＮＡＤ^＋，ＦＡＤ

⑸　Ⅰ　２分子　　Ⅱ　２分子　　Ⅲ　34分子

⑹　反応系ⅡとⅢ

＜解説＞

⑴～⑸　呼吸によるグルコースの分解は，まず，細 胞質基質の解糖系でグルコースが酸素を使わずに ピルビン酸（Ｃ₃）まで分解される。解糖系では， 脱水素酵素（デヒドロゲナーゼ）の働きでＨ^＋が はずされ，Ｈ^＋はＮＡＤ^＋と結合して電子伝達系に 運ばれる。また，１分子のグルコースが解糖系で 分解されるときに，２分子のＡＴＰが消費され， ４分子のＡＴＰがつくられるため，解糖系全体で は差し引き２分子のＡＴＰがつくられる。 　　解糖系：Ｃ₆Ｈ₁₂Ｏ₆＋２ＮＡＤ^＋→２Ｃ₃Ｈ₄Ｏ₃

　＋２ＮＡＤＨ＋２Ｈ^＋＋２ＡＴＰ

　　解糖系で生じたピルビン酸は，ミトコンドリア のマトリックスに運ばれる。ここで，ピルビン酸 から，脱炭酸酵素（デカルボキシラーゼ）と脱水 素酵素の働きで，二酸化炭素とＨ^＋がはずされ， さらにＣｏＡと結合してアセチルＣｏＡ（Ｃ₂）に

(9)

— 8 —

２ＣＯ₂

⑴　反応式から，呼吸で消費される酸素の体積と発 生する二酸化炭素の体積は等しい。したがって実 験アでは，アルコール発酵で発生する二酸化炭素 の分だけ装置内の気体の体積が増加し，液面Ｄが 上昇する。

⑵　イ　酸素がないため酵母菌は呼吸を行わず，ア ルコール発酵のみを行い，発生した二酸化炭 素の分だけ液面Ｄは上昇する。

　　ウ　呼吸とアルコール発酵が同時に行われ，発 生した二酸化炭素はすべて水酸化カリウムに 吸収されるので，酵母菌が呼吸のために吸収 した酸素の分だけ液面Ｄは下降する。 　　エ　アルコール発酵だけが行われ，発生した二

酸化炭素はすべて水酸化カリウムに吸収され るので，液面Ｄは変化しない。

29．（呼吸と発酵－３）

⑴　180mg　　⑵　176mg　　⑶　360mg

＜解説＞

⑴　呼吸のみに酸素が必要なので，酵母菌は１時間 で吸収した192mgの酸素はすべて呼吸で使われて いる。したがって，１時間で分解されたグルコー スをｘとすると，酸素とグルコースの間に次の関 係が成り立つ。

　　192（ｇ）：180（ｇ）＝192（mg）：ｘ（mg） 　　　　　　ｘ＝180（mg）

⑵　問題文より，180mgのグルコースが呼吸で分解 されると二酸化炭素は264mg発生することがわか る。したがって，アルコール発酵で発生する二酸 化炭素は，酵母菌が排出した440mgから264mgを 差し引いた値となる。

　　440（mg）－264（mg）＝176（mg）

⑶⑵　より，アルコール発酵で発生した二酸化炭素 は176mgである。したがって，１時間で分解され たグルコースをｘとすると，二酸化炭素とグル コースの間に次の関係が成り立つ。

　　88（ｇ）：180（ｇ）＝176（mg）：ｘ（mg） 　　　　　　　　　ｘ＝360（mg）

30．（炭水化物・脂肪・タンパク質の分解）

⑴　ａ　アミノ酸　　ｂ　グルコース　　

ｃ　アセチルＣｏＡ（活性酢酸）　ｄ　グリセリン

⑴　１　内膜　　２　ＮＡＤＨ　　３　Ｈ₂Ｏ ４　ＡＴＰ　　５　ＡＴＰ合成酵素　　６　外膜

⑵　酸化的リン酸化

⑶　ＮＡＤＨ，ＦＡＤＨ₂

＜解説＞

　光合成と同様に呼吸でもＡＴＰを合成するが，光 合成では光エネルギーによって，Ｈ^＋の濃度勾配が 生じ，その濃度勾配のもつエネルギーによってＡＴ Ｐが生成される。一方，呼吸では，呼吸基質の分解 によって生成するＮＡＤＨやＦＡＤＨ₂が酸化され るときに，Ｈ^＋の濃度勾配が生じる。Ｈ^＋は，濃度の 高い膜間腔から濃度の低いマトリックスに流れ込も うとする。このＨ^＋流入のエネルギーを利用してＡ ＴＰが合成される。

　両者の共通点，及び相違点を理解しておこう。

27．（呼吸と発酵－１）

⑴　①　呼吸　　②　乳酸発酵・解糖　　

③　アルコール発酵

⑵　①　Ａ・Ｄ　　②　Ａ・Ｂ　　③　Ａ・Ｃ

⑶　①　乳酸菌　　②　酵母菌

⑷　Ｂ

＜解説＞

　グルコースからピルビン酸に分解される過程Ａ は，呼吸と発酵に共通する過程である。呼吸ではピ ルビン酸がクエン酸回路・電子伝達系（過程Ｂ）を 経て，二酸化炭素と水に完全に分解される。乳酸発 酵と解糖では，ピルビン酸から乳酸が生成され（過 程Ｃ），アルコール発酵では，ピルビン酸から二酸 化炭素とエタノールが生成される（過程Ｄ）。

28．（呼吸と発酵－２）

⑴　１　酸素　　２　アルコール発酵　　 ３　等しい　　４　二酸化炭素　５　上昇

⑵　イ　ａ　　ウ　ｂ　　エ　ｃ

＜解説＞

　酵母菌は酸素があるときは呼吸とアルコール発酵 を同時に行うが，酸素がないときはアルコール発酵 だけを行う。グルコースを呼吸基質とした場合のそ れぞれの反応式はつぎの通り。

　呼吸：Ｃ₆Ｈ₁₂Ｏ₆＋６Ｏ₂＋６Ｈ₂Ｏ→６ＣＯ₂＋ 12Ｈ₂Ｏ

最近の更新履歴 九州高等学校理科教育研究会 （ 九高理 ）

■呼吸

■炭酸同化

■窒素同化

■呼吸基質と呼吸商

■発酵と解糖

代謝 要点とまとめ

■呼吸

■窒素同化

■呼吸基質と呼吸商

■発酵と解糖

代謝 要点とまとめ

ウォーミングアップ

ウォーミングアップ

代 謝

⑴ 代謝には，エネルギーを用いて物質を合成する（ ）と，

物質を分解してエネルギーを取り出す（ ）がある。

⑵ 代謝におけるエネルギーの仲立ちをしている物質は主に（ ）

であり，様々な生命活動を行うエネルギー源として用いられている。

⑶ 有機物からＡＴＰを合成する過程には，酸素を用いる（ ）

と，酸素を用いない（ ）や（ ）がある。

⑷ 発酵には，酵母菌が行う（ ）や，乳酸菌が行う（ ）

がある。

⑸ 呼吸の過程には，細胞質基質で行われる（ ）と，ミトコ

ンドリアで行われる（ ）および（ ）がある。

⑹ ミトコンドリアの内膜にある電子伝達系を通じて，蓄積したエネル

ギーを利用してＡＴＰを合成する反応は（ ）とよばれる。

⑺ 植物のチラコイド膜上には，色素タンパク質複合体が多数集まってで

きた（ ）， （ ）とよばれる２種類の反応系がある。

⑻ 光エネルギーによってクロロフィルが活性化され，（ ）

を放出する反応を（ ）という。

⑼ 光化学系Ⅱで水の分解によって生じた（ ）は，光化学系

Ⅰで放出された電子とともにＮＡＤＰ

と結合し，ＮＡＤＰＨとなる。

⑽ 光化学系Ⅱで水の分解によって生じた電子が，（ ）を経

て光化学系Ⅰに渡される過程でＡＴＰを合成する反応を（ ）

という。

⑾ 光化学系Ⅰ･Ⅱで生産された（ ）と（ ）は，

葉緑体のストロマで（ ）を固定する炭酸同化に用いられる。

⑿ 光合成をする細菌は（ ）とよばれ，光合成色素として

（ ）を持つ。

⒀ 化学合成を行う細菌を（ ）とよび，無機物を酸化すると

きに得られる化学エネルギーを用いて炭酸同化を行う。

⒁ 生物が外界から取り入れた窒素をもとにして生体に必要な有機窒素化

合物を合成するはたらきを（ ）という。

⒂ 生物が大気中の窒素をＮＨ

に変えるはたらきを（ ）と

いい，このＮＨ

は窒素同化に利用される。

生命現象と物質

22． （代謝）次の文中の（ ）内に語群より適語を選んで記入せよ。

緑色植物は，光エネルギーを用いて，吸収した（

）と

（

）からグルコースを合成し，さらにこの一部から他の有

機物を合成している。動物は，他の生物を食べ，消化産物を必要な有機

物に再合成する。このように（

）や簡単な（

）

から複雑な⑷を合成する働きを（

）といい，エネルギーを

（

）する反応である。

すべての生物は，生命活動に必要なエネルギーを取り出すために⑷

を分解している。この働きを（

）といい，エネルギーを

（

）する反応である。

このように生物は，体外から物質を取り込んで体構成物質を合成する

⑸と，体構成物質の一部を分解して⑶にする⑺を行っているが，この⑸

と⑺をあわせて（

）といい，エネルギー移動の面からは

エネルギー代謝という。

語群 有機物 異化 無機物 同化 水 酸素

二酸化炭素 リン酸 代謝 吸収 放出

23． （ＡＴＰの構造と働き）図を参考にして，次の文中の（ ）内に

語群より適語を選んで記入せよ。

呼吸によって取り出された（

）は，いった

ん（

最近の更新履歴九州高等学校理科教育研究会（九高理）

代謝　要点とまとめ

代謝　要点とまとめ

代　　謝

⑴　代謝には，エネルギーを用いて物質を合成する（　　　　　　）と，

物質を分解してエネルギーを取り出す（　　　　　　）がある。

⑵　代謝におけるエネルギーの仲立ちをしている物質は主に（　　　　　　）

⑶　有機物からＡＴＰを合成する過程には，酸素を用いる（　　　　　　）

と，酸素を用いない（　　　　　　）や（　　　　　　）がある。

⑷　発酵には，酵母菌が行う（　　　　　　）や，乳酸菌が行う（　　　　　　）

⑸　呼吸の過程には，細胞質基質で行われる（　　　　　　）と，ミトコ

ンドリアで行われる（　　　　　　）および（　　　　　　）がある。

⑹　ミトコンドリアの内膜にある電子伝達系を通じて，蓄積したエネル

ギーを利用してＡＴＰを合成する反応は（　　　　　　）とよばれる。

⑺　植物のチラコイド膜上には，色素タンパク質複合体が多数集まってで

きた（　　　　　　），（　　　　　　）とよばれる２種類の反応系がある。

⑻　光エネルギーによってクロロフィルが活性化され，（　　　　　　）

を放出する反応を（　　　　　　）という。

⑼　光化学系Ⅱで水の分解によって生じた（　　　　　　）は，光化学系

⑽　光化学系Ⅱで水の分解によって生じた電子が，（　　　　　　）を経

て光化学系Ⅰに渡される過程でＡＴＰを合成する反応を（　　　　　　）

⑾　光化学系Ⅰ･Ⅱで生産された（　　　　　　）と（　　　　　　）は，

葉緑体のストロマで（　　　　　　）を固定する炭酸同化に用いられる。

⑿　光合成をする細菌は（　　　　　　）とよばれ，光合成色素として

（　　　　　　）を持つ。

⒀　化学合成を行う細菌を（　　　　　　）とよび，無機物を酸化すると

⒁　生物が外界から取り入れた窒素をもとにして生体に必要な有機窒素化

合物を合成するはたらきを（　　　　　　）という。

⒂　生物が大気中の窒素をＮＨ

に変えるはたらきを（　　　　　　）と

22．（代謝）次の文中の（　　）内に語群より適語を選んで記入せよ。

　緑色植物は，光エネルギーを用いて，吸収した（

　　　　　　）と

　　　　　　）からグルコースを合成し，さらにこの一部から他の有

　　　　　　）や簡単な（

　　　　　　）

　　　　　　）といい，エネルギーを

　　　　　　）する反応である。

　すべての生物は，生命活動に必要なエネルギーを取り出すために⑷

　　　　　　）といい，エネルギーを

　　　　　　）する反応である。

　このように生物は，体外から物質を取り込んで体構成物質を合成する

　　　　　　）といい，エネルギー移動の面からは

　語群　　有機物　　　　異化　　　無機物　　同化　　水　　酸素

　　　　　二酸化炭素　　リン酸　　代謝　　　吸収　　放出

23．（ＡＴＰの構造と働き）図を参考にして，次の文中の（　　）内に

　呼吸によって取り出された（

　　　　　　）は，いった

　　　　　　）という物質に貯えられる。⑵はアデノ

　　　　　　）が３個結合したものである。⑶どう

　　　　　　）結合と呼ばれる。⑵の末端の⑶が１

　　　　　　）になるが，そのときに多量

　　　　　　）に使われる。

　ＡＴＰとＡＤＰのあいだの可逆反応は次のように表される。

　　　　ＡＴＰ　　ＡＤＰ　＋　リン酸　＋　エネルギー

　語群　エネルギー　　ＡＤＰ（アデノシン二リン酸）　　リン酸

　　　　生命活動　　　二酸化炭素　　　ＡＴＰ（アデノシン三リン酸）

　　　　酸素　　　　　高エネルギーリン酸　　水素

　呼吸の反応式はC

　グルコース１分子が燃焼される際に発生する熱量に対し，呼吸でグルコース１分子か

24．（異化）次の文中の（　　）内に語群より適語を選んで記入せよ。

　生物が酸素を用いて有機物を分解し，発生するエネルギーで

　　　　　　）を合成することを（

　　　　　　）という。

　⑵は有機物を完全に分解し，多量の⑴を合成する反応である。⑵には，

　　　　　　）と，ミトコンドリアで行われる

　　　　　　），（

　　　　　　）の３つの反応系がある。

　一方，微生物が酸素を用いずに有機物を簡単な有機物に分解する反応

　　　　　　）といい，合成する⑴は少ない。例えば，酵母菌に

　　　　　　）や乳酸菌による（

　　　　　　）が挙げられる。

　　　　　　）が行われている。

　語群　　ＡＴＰ　　解糖　　クエン酸回路　　　電子伝達系　　解糖系

　　　　　呼吸　　　発酵　　アルコール発酵　　乳酸発酵

25．（呼吸の経路）呼吸の経路を模式的に示した図に関して，下の問い

⑴　次の文中の（　　）内に語群より適語を選んで記入せよ。

　グルコースを呼吸基質とする呼吸の過程には３つの段階がある。反応

　　　　　　）を必要としない反応系で，発酵とも共通している。

　⒜があると反応はさらに反応系ⅡからⅢへと進み，グルコースは