生体エネルギー学

生体エネルギー学は、生体系を通るエネルギーの流れに関係する生化学および細胞生物学の分野です。[1]これは生物学的研究の活発な分野であり、生物におけるエネルギー変換の研究や、細胞呼吸などの何千もの異なる細胞プロセスの研究、および生産と利用につながる他の多くの代謝および酵素プロセスの研究が含まれます。アデノシン三リン酸(ATP)分子などの形でのエネルギーの。[2] [3]つまり、生体エネルギー学の目標は、生物が生物学的作業を実行するためにどのようにエネルギーを取得して変換するかを説明することです。[4]したがって、代謝経路の研究は生体エネルギー学にとって不可欠です。

生体エネルギー学は、生物に見られる分子の化学結合の生成と切断に関与するエネルギーに関係する生化学の一部です[5]また、生物におけるエネルギー関係とエネルギー変換および変換の研究として定義することもできます。[6]さまざまな代謝経路からエネルギーを利用する能力は、地球科学を含むすべての生物の特性です。エネルギーの役割はそのような生物学的プロセスの基本であるため、成長発達同化作用、および異化作用は、生物有機体の研究における中心的なプロセスの一部です。. [7] 生命はエネルギー変換に依存しています。生物は、生体組織・細胞と外部環境との間でエネルギー交換を行うことで生存しています。独立栄養生物などの一部の生物は、栄養素を消費して分解する必要なく、(光合成を通じて) 太陽光からエネルギーを取得できます。[8]従属栄養生物のような他の生物は、解糖クエン酸回路などの代謝プロセス中に栄養素の化学結合を分解することによってエネルギーを維持できるように、食物から栄養素を摂取する必要があります. 重要なのは、熱力学の第一法則の直接的な結果として、独立栄養生物と従属栄養生物は、普遍的な代謝ネットワークに参加します。独立栄養生物(植物)を食べることにより、従属栄養生物は、光合成中に植物によって最初に変換されたエネルギーを利用します. [9]

生体内では、エネルギーの交換と変換の一環として、化学結合が壊れて作られます。弱い結合が壊れ、より強い結合が作られるとき、エネルギーは仕事 (機械的仕事など) または他のプロセス (化学合成や成長における同化プロセスなど) に利用できます。より強い結合の生成は、使用可能なエネルギーの放出を可能にします。

アデノシン三リン酸 ( ATP ) は生物にとって主要な「エネルギー通貨」です。代謝および異化プロセスの目標は、(環境からの) 利用可能な出発物質から ATP を合成し、ATP を生物学的プロセスで利用することによって (アデノシン二リン酸 ( ADP ) と無機リン酸に) 分解することです。[4]細胞内では、ATP 濃度と ADP 濃度の比率は、細胞の「エネルギー電荷」として知られています。セルは、このエネルギーチャージを使用して、セルのニーズに関する情報を中継できます。利用可能な ADP よりも ATP の方が多い場合、細胞は ATP を使用して仕事をすることができますが、利用可能な ATP よりも ADP の方が多い場合、細胞は酸化的リン酸化を介して ATP を合成する必要があります。[5]

生物は、酸化的リン酸化を介してエネルギー源から ATP を生成します。ATP の末端リン酸結合は、ATP がアデノシン二リン酸と無機リン酸に加水分解される (水によって分解される) ときに形成されるより強い結合と比較して、比較的弱いです。ここで、エネルギー放出をもたらすのは、加水分解の熱力学的に有利な自由エネルギーです。末端のリン酸基と残りの ATP 分子との間のリン酸無水物結合自体には、このエネルギーは含まれていません。[10]生物の蓄えられた ATP は、細胞にエネルギーを蓄えるためのバッテリーとして使用されます。[11] このような分子結合の再配列による化学エネルギーの利用は、すべての生物有機体の生物学的プロセスに力を与えます。


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