ある発芽種子は、炭水化物と脂肪の 2 種類だけを呼吸基質として呼吸している。一定時間のあいだに、この種子は酸素を合計 吸収し、二酸化炭素を合計 放出した。炭水化物の呼吸商を 、脂肪の呼吸商を とするとき、脂肪の分解に使われた酸素は何 か。ただし、気体の体積はすべて同じ温度・圧力で測ったものとする。
2 種類の呼吸基質の割合
呼吸基質が 2 種類（炭水化物と脂肪など）のとき、全体の酸素吸収量・二酸化炭素放出量と各基質の呼吸商（または化学式）から連立方程式を立て、それぞれに使われた酸素の割合や分解された基質の質量を求められる
前提
- 呼吸商と呼吸基質 （高校生物 代謝）
この技能までの道筋（8 技能）
読み込み中…
右端（太枠）がこの技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。
一覧で見る（前提が先）
- 原子・分子と化学式 （中学理科 化学分野の用語と知識）
- 原子量・分子量・式量 （高校化学 物質量と化学反応式）
- 物質量と質量・粒子の数 （高校化学 物質量と化学反応式）
- 気体の体積と物質量 （高校化学 物質量と化学反応式）
- 化学反応式の係数 （中学理科 化学変化と原子・分子）
- 化学反応式と量的関係 （高校化学 物質量と化学反応式）
- 呼吸の反応式と量的関係 （高校生物 代謝）
- 呼吸商と呼吸基質 （高校生物 代謝）
説明
生物は、炭水化物と脂肪のように 2 種類の物質を同時に呼吸基質として使うことがあります。そのとき測定できるのは、全体として吸収した酸素の量と、放出した二酸化炭素の量だけです。この技能では、それぞれの基質の呼吸商（または化学式）を使って連立方程式を立て、全体の量をそれぞれの基質の分に分けます。これにより、各基質の呼吸に使われた酸素の割合や、分解された基質の質量を求められます。
なぜそうしてよいのか
呼吸商は、ある基質だけを呼吸に使ったときの でした。言いかえると、その基質の呼吸に酸素を 使えば、二酸化炭素は（呼吸商） だけ出てきます。たとえば炭水化物（呼吸商 ）なら を 使うと が 、脂肪（呼吸商 ）なら を 使うと が 出ます。
2 種類の基質を同時に使っているとき、全体の酸素吸収量は各基質の分の和、全体の二酸化炭素放出量も各基質の分の和になります。したがって
という 2 つの式が成り立ちます。未知数が の 2 つで、式も 2 つなので、連立方程式を解けばそれぞれの基質に使われた酸素の量が決まります（2 つの基質の呼吸商が異なることが必要です。同じなら 2 つの式が同じ形になり、分けられません）。
酸素の量がわかれば、呼吸の反応式（化学式）の係数を使って、分解された基質の物質量や質量にも直せます。たとえばグルコースは なので、 でグルコース （）が分解されます。
手順
2 種類の基質それぞれの呼吸に使われた酸素の量を 、 とおく（単位は問題の気体の量にそろえる）
それぞれの基質の呼吸商から、放出した二酸化炭素を（呼吸商）（酸素の量）で表す（例：炭水化物 、脂肪 ）
酸素の合計と二酸化炭素の合計で連立方程式を立てる：、
連立方程式を解いて 、 を求める（上の式から下の式を引くと ）
問われているものに直す：酸素の割合なら （%）、基質の質量なら反応式の係数と分子量で換算する
例題
ある種子が呼吸基質として炭水化物と脂肪だけを使って呼吸しており、一定時間に酸素 を吸収し、二酸化炭素 を放出した。炭水化物の呼吸商を 、脂肪の呼吸商を とする。吸収した酸素のうち、炭水化物の呼吸に使われたのは何 % か求めよ。
例題の解答
手順 1：炭水化物の呼吸に使われた酸素を 、脂肪の呼吸に使われた酸素を とおく。
手順 2：放出した二酸化炭素は、炭水化物の分が 、脂肪の分が 。
手順 3：
手順 4：上の式から下の式を引くと より 。よって 。
確かめ： は で合っている。
手順 5：炭水化物の呼吸に使われた酸素の割合は
よって、答えは 。
答え:
よくある誤り
全体の呼吸商 を、2 つの呼吸商 と のちょうど真ん中 と比べて「半分ずつ」のように大まかに決めてしまう誤り。正しくは連立方程式 、 を解いて 、 と求める
呼吸商を逆数にして、二酸化炭素を と表してしまう誤り。呼吸商は なので、正しくは で
、 を二酸化炭素の量とおいたのに、酸素の式を と書いてしまう誤り。 を とおくなら正しくは 、 のように、何を文字でおいたかに合わせて式を立てる
求めた酸素の量（例では ）を、そのまま分解された基質の量だと考えてしまう誤り。基質の量を問われたときは、正しくは反応式の係数を使う（グルコースなら でグルコース ）
この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。
入口の問題
この技能を使う問題
ある植物の発芽種子を、暗所で、気体の出入りがない密閉容器に入れ、一定の温度で一定時間置いた。容器内の酸素と二酸化炭素の物質量を、実験の開始時と終了時に気体分析装置で測定したところ、次の表のようになった。
気体 開始時 (mmol) 終了時 (mmol) 酸素 二酸化炭素 この間、種子はグルコース と脂肪であるトリオレイン の 2 種類だけを呼吸基質として用い、どちらも好気呼吸によって二酸化炭素と水に完全に分解したものとする。発酵は起こらず、暗所なので光合成も起こらない。また、容器内の酸素と二酸化炭素の量の変化は、すべてこの呼吸によるものとし、二酸化炭素が水などに溶けることは無視する。
この間に分解されたトリオレインの質量は何 mg か。原子量は , , とする。
発芽中の種子の呼吸を調べるため、同じ種類・同じ量の発芽種子を 2 つのフラスコ A, B に入れて密閉し、同じ温度で同じ時間だけ放置した。フラスコ A には二酸化炭素を完全に吸収する水酸化カリウム水溶液を入れた容器を、フラスコ B には同じ量の水を入れた容器をそれぞれ種子とともに入れておいた。この間に、フラスコ内の気体の体積は次の表のように減少した。
フラスコ 容器に入れたもの 気体の体積の減少量（mL） A 水酸化カリウム水溶液 50 B 水 9 この種子は、呼吸基質として炭水化物と脂肪の 2 種類だけを用い、どちらも酸素を用いた呼吸で完全に分解していたものとする。炭水化物の呼吸商を 、脂肪の呼吸商を とする。
種子が吸収した酸素のうち、脂肪の分解に使われた酸素の割合は何 % か。
ただし、気体の体積はすべて同じ温度・圧力で測定したものとし、水への二酸化炭素の溶解や、呼吸以外による気体の出入りは無視できるものとする。
ある植物の発芽種子は、呼吸基質としてグルコース と脂肪の一種であるトリパルミチン の 2 種類だけを使っている。この発芽種子を一定の温度で一定時間置いたところ、その間に吸収した酸素は 、放出した二酸化炭素は であった。
この間、呼吸はすべて好気呼吸（呼吸基質は二酸化炭素と水に完全に分解される）で行われ、発酵や光合成などの呼吸以外の気体の出入りはなかったものとする。また、トリパルミチンも好気呼吸によって最終的に二酸化炭素と水だけに分解されるものとする。
この間に呼吸で消費されたグルコースの質量は何 mg か。ただし、原子量は 、、 とする。