グルコースが燃える理由

グルコースの解糖、クエン酸回路、完全酸化を通して、生体内でのエネルギー抽出と、燃焼との類似点と相違点を学ぶ。

  • #解糖
  • #グルコース
  • #クエン酸回路
  • #酸化
  • #エネルギー代謝

「砂糖が燃えてる!」

透真が実験で砂糖を加熱した。黒く炭化していく。

奏が不思議そうに見た。「体の中でも、同じことが起きてる?」

零が首を振った。「似てるけど、違う。制御された燃焼だ」

「制御された?」

「細胞は、グルコースをゆっくり酸化する。一度に全部燃やさない」

透真が補足した。「いきなり燃やしたら、熱で細胞が壊れる」

零が図を描いた。「解糖。グルコースがピルビン酸に分解される最初の段階」

「分解?」

「六炭素の糖が、三炭素の分子二つになる」

奏がノートに書いた。「C6H12O6 → 2 C3H4O3」

「簡略化すると、そう」零が認めた。「でも実際は十段階の反応」

「十段階?」透真が驚いた。

「各段階で、少しずつエネルギーを取り出す。それが制御の秘訣」

奏が質問した。「どのくらいエネルギーが出る?」

「解糖だけなら、ATP二つ。少ない」

「少ない?」

零が説明した。「グルコース完全酸化なら、理論上38個のATP。解糖は準備段階に過ぎない」

透真が次を聞いた。「残りのエネルギーはどこに?」

「ピルビン酸の中」零が答えた。「これをさらに酸化する」

「どうやって?」

「クエン酸回路。ミトコンドリアで起きる」

奏が興味を示した。「クエン酸回路?」

零が円を描いた。「回路。同じ経路を何度も回る」

「ピルビン酸は、まずアセチルCoAになる。それが回路に入る」

透真が付け加えた。「回路を一周すると、CO2が二つ出る」

「二酸化炭素?」

「炭素が完全に酸化される。C-C結合が切られて、C=Oになる」

奏が理解した。「だから呼吸でCO2を出すんだ」

「そう。グルコースの炭素が、最終的に全部CO2になる」

零が式を書いた。「C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O」

「これが完全酸化。燃焼と同じ化学式」

「でも、燃焼とは違うって言った?」奏が確認した。

「過程が違う」零が説明した。「燃焼は一気に。細胞は段階的に」

透真が実験の炎を指した。「これは熱と光。細胞は?」

「ATPという化学エネルギー」

奏がノートを見直した。「解糖で2個、クエン酸回路で…?」

「回路自体からは少し。でも、NADHとFADH2ができる」

「それが電子伝達系でATPを作る」透真が続けた。

零が計算した。「NADH一つで約2.5ATP、FADH2で約1.5ATP」

「グルコース一つから、NADHが10個、FADH2が2個」

奏が驚いた。「たくさんだ」

「だから、電子伝達系が主なATP源。解糖とクエン酸回路は、電子キャリアを作るため」

透真が質問した。「なんで段階的に?効率悪くない?」

「逆だ」零が答えた。「段階的だから、効率が高い」

「一度に酸化すると、エネルギーのほとんどが熱として逃げる。少しずつなら、ATPとして捕獲できる」

奏が比喩を使った。「階段を降りる?」

「良い例だ。一気に飛び降りると衝撃が大きい。階段なら、各段階で制御できる」

透真が炭化した砂糖を見た。「これは、制御できなかった結果」

「そう。生命は、燃焼を飼い慣らした」

奏がグルコースの構造式を見つめた。「この小さな分子に、こんなにエネルギーが」

零が静かに言った。「C-H結合のエネルギー。植物が光合成で蓄えたもの」

「私たちは、それを段階的に取り出してる」

透真がつぶやいた。「制御された燃焼。生命の炎」

奏が窓の外を見た。太陽が沈んでいく。

「太陽のエネルギーが、グルコースになり、ATPになる」

零が頷いた。「エネルギーの流れ。それが生命だ」

三人は沈黙した。見えない炎が、細胞の中で静かに燃えている。