4 章エネルギーの流れと代謝

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(1)４章エネルギーの流れと代謝 .

(2) 細胞代謝と自由エネルギー . ��自発的反応分解反応�=�起こりやすい反応��. �� 合成反応 =�起こりにくい反応. �. 熱の放出 . ��. ��熱を加える. A. B. ΔG > 0. エネルギー的に不利�. S. P. ΔG < 0. エネルギー的に有利 . 光�. 熱�. A. 光合成�. S. 有機分子�. CO2 + H2� O. 熱�. B. P. 呼吸� 共役 couple. エネルギー減少. −ΔG . エネルギー増加. ＋ΔG. . �. ΔG > 0 + ΔG < 0 = ΔG < 0. ��. 動物� エネルギー転移を受ける� 起こりやすい反応となる�. エネルギー的に有利�.

(3) エネルギーの流れにおけるATPの役割 −電荷�. 反発有機分子の分解で得られるエネルギー転移エネルギー貯蔵分子アデノシン３リン酸 adenosine triphosphate（ATP） . ATP. ADP + Pi. ATP. AMP + P~P ΔG < 0 -10.9 kcal/mol. ATPの合成は、ΔGが正であるので炭水化物や脂肪が分解される ΔGが負の反応系と共役して行われる . ΔG < 0. -7.3 kcal/mol. 自由エネルギーを放出�. 炭水化物・脂肪�. ADP + Pi. AMP + P~P. CO2 + H2O. ΔG < 0. ΔG > 0. total ΔG < 0. ATP .

(4) 同反応へのATP加水分解の共役ウリジン3リン酸の合成反応��RNA合成における前駆体分子 UMP. UDP. UDP. . UTP. ΔG < 0. ATP. リン酸転移反応. ATPの分解と. 共役�. ADP. 解糖系の第一段階�. ATP. ΔG < 0. ATPの分解と. ADP. 共役�. グルコース�. グルコース6 - P. ΔG < 0. ATP タンパク質合成. アミノ酸の付加�. Leu. Leu - AMP. Leu - AMP. AMP. ΔG < 0. ΔG < 0. ATP. ADP. P~P. -Gly-Leu-Arg-. -Gly-Leu-Arg-Leu.

(5) 光合成細胞と化学合成細胞 . 植物光合成細菌 . 直接光エネルギーを利用する生物 . 光栄養生物 phototroph . 光合成 photosynthesis. ATP. 生産� グルコース . 細菌類原生動物菌類動物細胞 . 有機物を化学的に分解してエネルギーをえる異化 catabolism. ATP. 化学合成生物 chemotroph .

(6) 光合成 . photosynthesis . 12H2O + 6CO2 →→→ C6H12O6 + 6O2+ 6H2O 光合成の式� 光�. 光の吸収� 葉緑素. クロロフィル. chlorophyll. ＋�. エネルギー転移�. 葉緑体� ストロマ�. 外膜��. 内膜��. 光合成の最初の段階� カロチノイドcarotenoid 補助色素フィコビリンphycobillin 吸収光のスペクトル範囲を広げている . グラナ� チラコイド. ギリシャ語. 「嚢」という. 意味�.

(7) 光合成の二つの反応 . クロロフィル�. 光化学系 I. 明反応�. 相 I 反応系. グラナ . 光化学反応� granum. 紫外線. ultra violet. 赤外線. infra red. 可視光線�. 光化学系 II. ATP. NADP+. CO2. 外膜�� 内膜��. グラナ� ストロマ�. 葉緑体�. 暗反応� ストロマ. stroma. 相 II 反応系. 酵素化学反応�. 糖�. 炭素固定�.

(8) P700* . 光化学系 I . e- : H+ . 非循環的電子流� e-. NADP+. �光化学系 I はグラナで起こる. 電子伝達体に電子を渡す. ATPを合成する��. フェレドキシン�. NADPH. e-. プラストキノン�. 循環的電子流の場合. 循環的電子流�. シトクロムb6. ADP + Pi → ATP . ADP + Pi. ATP. nicotinamide adenine dinucleotide phosphate. NADP+. 脱水素酵素の補酵素�. 非循環的電子流の場合. NADP+ ＋ e- → NADPH��. シトクロムf. 実際には非循環のみである�. ATP を合成する循環流には、光化学系 II から電子が供給される�. プラストシアニン�. P700 反応中心� 電子伝達体�. 光補足. アンテナ�. 光化学系 I. 葉緑素�chlorophyll. カロチノイドcarotenoid 補助色素フィコビリンphycobillin .

(9) 光化学系 II �光合成で発生する酸素は光化学系 II で放出される��. P680* . NADP+. NADPH. e-. P700* . フェレドキシン�. e-. 2e-. 葉緑素. �� カロチノイドフィコビリンタンパク質補助色素 . プラストキノン� ADP + Pi. ATP. 光化学系 I. 光化学系 II. シトクロムb6. シトクロムf. 光補足. アンテナ�. P680 反応中心�. プラストシアニン�. 2e-. H2O. 2H+ +. 1/2O2. P700 反応中心�. 光補足. アンテナ�.

(10) 循環電子流� 非循環電子流�. 光�. H+. 光�. グラナの模式図 . e-. H+. + NADP NADPH. 12x . pQ. pC. II. I . fd. cyt f. e-. 2e-. 6x 12x 12x 1/2O2 �� 2H+ H+. 36x H2O. �� 12x . cyt b6. H+. 化学浸透説 chemiosmotic hypothesis . プロトンポンプ�. ADP + Pi. H+. ATP 18x . 暗. 反. 応�.

(11) 相 II 反応系暗反応暗反応は葉緑体のストロマで起こる� 炭素固定反応. carbon fixation. CO2 →グルコース C6H12O6. . 6x H2O. 2x C3. グリセル. アルデヒド. リン酸�. 12x C3 -P. 12x NADP+. 12x NADPH. 10x C3. Pi. 12x P-C3 -P. 12x ADP . 12x ATP. C6H12O6. フルクトース. 2リン酸�. Pi. 炭素固定回路. カルビン・ベンソン回路. Melvin Calvin & Adam Benson. (1950). 12x C3-P. ホスホグリセリン酸�. 6x C5 -P リブロース. リン酸� Pi. 6x P-C5-P. 6x CO2. ATP. ADP. �. リブロース. 1.5-2リン酸�. x6 x6 12NADPH 18ATP. 明反応から�.

(12) 光合成のまとめ . 12H2O + 6CO2 →→→ C6H12O6 + 6O2+ 6H2O 6CO2 . 18ATP 12NDPH 光�. H+. . 光� . . . 18ADP + 18Pi 12NADP+. C6H12O6. 光�. NADP+ NADPH 12x 6x H2O. pQ. II. C6H12O6 . pC. I . fd. cyt f. cyt b6. 2e-. 6x O2�� 2H+. �� 12x H2O. H+. C3. C3 -P. 12x NADP+. NADPH. Pi. P-C3 -P. 炭素固定回路� � ADP . 12x ATP. グラナ�. C3. Pi. ストロマ�. 12x C3-P. 6x CO2 . 18x ADP + Pi. H+. ATP. C5 -P. ATP x6. ADP. Pi � 6x P-C5-P.

(13) 炭酸ガスの供給と光合成砂漠�. 大気中のCO2濃度 = 約 0.03％ . 高温低湿度状態�. 0.005% 以上で光合成が可能 . 気孔は閉じる. 水分の蒸発を防ぐ�. 気孔 . stoma. CO2 0.005% 以下 . x リブロース1.5-２リン酸 P-C5-P ADP ATP . Pi . リブロース1.5-２リン酸カルボキシラーゼ . C3-P . 光呼吸. photorespiration. O2を用いて. ATP ADP . O2 . P-C3 -P . カルビン・ベンソン回路 . リブロース C5 -P リン酸 . 光合成の逆反応�. NADPH NADP+ C3 . C3 -P . フルクトース２リン酸 C6H12O6 . 3ホスホグリセリン酸 . CO2 . CO2 . 光合成が不可能 . C3 . グリセルアルデヒドリン酸 . H2O . CO2放出 .

(14) C４植物 . 大気中のCO2濃度 = 約 0.005％以下気孔 . stoma. 高温乾燥に強い植物トウモロコシやサトウキビ光呼吸以外の方法で問題を克服しているホスホエノール. ピルビン酸�. CO2. NADPH. NADP-. AMP+ P~P. ATP. C3. リンゴ酸. malate. C4. C4. NADP-. NADPH. CO2. ピルビン酸. pyruvate. C3. ピルビン酸. pyruvate. C3. C3-P. 3-ホスホ. グリセリン酸�. 炭素固定回路�. グルコース�. ホスホエノール. ピルビン酸�. NADPH�NADP-. NADP-. NADPH. 葉肉細胞� リンゴ酸. malate. �CO2. C3 . 維管束鞘. 細胞�. リンゴ酸�. C4 . � CO2. ピルビン酸�. C3 .

(15) 葉緑体の特徴大きさ：� 数：�. 明所�. 数時間�. 数日�. 約�2 μm. 20 ~ 40 /cell. 例外）1個. 巨大な螺旋状. 数万におよぶもの. 暗所� 黄化 etiolation . チラコイドが消失する�. �. プロラメラ体 prolamellar body . 細胞分裂に先立って2分裂する. 細胞に分配されるが均等ではない�. DNA を持つ. ただし. 大部分は細胞. の核の情報に. 依存する�.

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