技能一覧 › 高校生物 代謝(知識)

代謝と ATP

同化と異化の区別、ATP の構造(アデニン・リボース・3 つのリン酸、高エネルギーリン酸結合)と、ATP ADP リン酸 の反応でエネルギーが受け渡されることについて、正しい記述を選べる

前提

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説明

生物の体内で起こる化学反応全体を代謝といい、代謝は、簡単な物質から複雑な物質をつくる同化と、複雑な物質を簡単な物質に分解する異化に分けられます。代謝にともなうエネルギーの受け渡しには、どの生物でも ATP(アデノシン三リン酸)という物質が使われています。この技能では、同化と異化の区別、ATP の構造、ATP と ADP の間の反応でエネルギーが受け渡されるしくみについて、正しい記述を選べるようにします。

なぜそうしてよいのか

光合成では、光のエネルギーを使って二酸化炭素と水からデンプンをつくりました。これは簡単な物質から複雑な物質をつくる反応で、エネルギーを取り込んで物質の中にたくわえています。このような反応を同化といいます。一方、呼吸では、デンプンなどからできたグルコースのような有機物を酸素を使って二酸化炭素と水に分解し、エネルギーを取り出しました。複雑な物質を簡単な物質に分解してエネルギーを取り出す反応を異化といいます。光合成は同化の、呼吸は異化の代表例です。

ところが、呼吸で取り出したエネルギーを、そのまま筋肉の収縮や物質の合成などに使うことはできません。そこで生物は、エネルギーをいったん ATP という物質に移し、ATP を必要な場所で分解してエネルギーを取り出しています。お金にたとえると、さまざまな方法で稼いだ収入(エネルギー)をいったん共通の通貨(ATP)にしておき、何にでも支払いに使えるようにしているのと同じで、ATP は「エネルギーの通貨」と呼ばれます。ATP はすべての生物に共通して使われています。

ATP は、アデニンという塩基にリボースという糖が結合した部分(アデノシン)に、リン酸が 3 つ直列につながった物質です。リン酸どうしの間の 2 か所の結合は、切れるときに多くのエネルギーを放出するので、高エネルギーリン酸結合と呼ばれます。ATP の末端のリン酸が 1 つ外れると、リン酸が 2 つの ADP(アデノシン二リン酸)とリン酸になり、このときエネルギーが放出されます。逆に、呼吸などで得たエネルギーを使うと、ADP とリン酸から ATP が合成されます。

右向き(分解)でエネルギーが放出され、左向き(合成)ではエネルギーが必要になります。この行き来によって、エネルギーが異化の反応から生命活動へと受け渡されます。

手順

  1. 反応が同化か異化かを見分ける: 簡単な物質 → 複雑な物質でエネルギーを取り込むのが同化(例: 光合成)、複雑な物質 → 簡単な物質でエネルギーを取り出すのが異化(例: 呼吸)

  2. ATP の構造を確かめる: アデニン(塩基)+リボース(糖)+リン酸 3 つ。高エネルギーリン酸結合はリン酸どうしの間の 2 か所

  3. 反応の向きとエネルギーの出入りを確かめる: でエネルギー放出、 でエネルギーが必要

  4. エネルギーの流れを確かめる: 呼吸(異化)などで得たエネルギーで ATP をつくり、ATP の分解で放出したエネルギーを生命活動(物質の合成・運動など)に使う

  5. 選択肢の中の、同化と異化・糖の名前・リン酸の数・反応の向きとエネルギーの出入りの組み合わせが正しいかを判定する

例題

代謝と ATP について述べた文として最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

ア 呼吸は、複雑な有機物を簡単な物質に分解してエネルギーを取り出す反応なので、同化に含まれる。
イ ATP は、アデニンとデオキシリボースと 3 つのリン酸からなる物質である。
ウ ATP が ADP とリン酸に分解されるとき、エネルギーが放出される。
エ ADP とリン酸から ATP が合成されるとき、エネルギーが放出される。

例題の解答

ア: 手順 1 より、複雑な物質を簡単な物質に分解してエネルギーを取り出す反応は異化である。呼吸は異化の代表例なので、「同化に含まれる」は誤り。

イ: 手順 2 より、ATP の糖はリボースである。デオキシリボースではないので誤り。

ウ: 手順 3 より、 の向きでは、高エネルギーリン酸結合が切れてエネルギーが放出される。正しい。

エ: 手順 3 より、 の向きではエネルギーが必要であり、放出されるのではない。誤り。

よって答えはウ。

答え:

ウ

よくある誤り

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

この技能の次に学べること