呼吸と光合成:学習ガイド

重要なポイント

呼吸は食物のエネルギーを ATP として取り出し、光合成は光エネルギーを糖に蓄える。両者はほぼ鏡像の関係にあり、各段階がどこで起こるか、何が出入りするかが問われる。

• 好気呼吸: 解糖系は細胞質、クエン酸回路はミトコンドリアのマトリックス、電子伝達系は内膜で行われる。酸素が最終的な電子受容体で、グルコース 1 分子あたり約 30 ATP が得られる。
• 酸素がないと細胞は発酵する。動物では乳酸、酵母では CO₂ とエタノールができ、グルコース 1 分子あたり 2 ATP だけである。
• 光合成: チラコイドでの明反応が ATP、NADPH、O₂ をつくり、ストロマでのカルビン回路が CO₂ を糖に固定する。
• 呼吸商 RQ = 発生した CO₂ ÷ 消費した O₂ は、炭水化物で約 1.0、脂肪で 0.7、タンパク質で 0.9 である。

主な式

• C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + ATP
• 6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
• RQ = CO₂ produced ÷ O₂ consumed
• efficiency = energy out ÷ energy in × 100

例題

発芽中の種子が同じ時間に CO₂ を 80 mL 放出し O₂ を 100 mL 消費したとすると、RQ = 80 ÷ 100 = 0.8 で、脂肪と炭水化物の混合が示唆される。グルコース 180 g(1 mol)をつくるには CO₂ が 6 mol、すなわち 6 × 44 = 264 g 必要である。植物が光エネルギー 100 kJ のうち 2 kJ を蓄えるなら、効率は 2 % である。

よくある間違い

• 光合成は光の下だけ、呼吸は暗いときだけ起こると言うこと。植物は常に呼吸している。
• カルビン回路をチラコイド膜に置くこと。ストロマで起こる。
• 2 つの過程の生成物を取り違えること。光合成が O₂ を、呼吸が CO₂ を放出する。

練習

このトピックの練習問題で力試しをしましょう:呼吸と光合成