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知ると得する 微生物&酵素

2025.11.28分子栄養学とは「代謝=異化×同化」のジオバンクミーンズの定義

酸化と還元とは

酸化とは、酸素と化合すること...

還元とは、酸素を失うこと...

   をいいます。

還元とは「元に戻す」ことを意味しますので(ポイント還元セールとかいいますね)、酸素を元に戻すことを意味します。

 

酸素に着目した定義をベースに、高校における酸化還元のメインの定義である

「電子」に着目した定義を確認していきたいと思います。

 

☆ 酸化と還元の定義(電子)

 

電子に着目した定義において、

酸化とは、電子を失うこと

還元とは、電子を受け取ること(化合すること)をいいます。

 

しつこいですが、高校化学における酸化還元の定義は「電子」に着目した定義です。

なぜ、電子を失うと酸化、電子を受け取ると還元になるのか

酸素に着目した定義をベースに考えていきましょう。

 

☆ 電子に着目した定義の原理

 

まずは酸化について、酸素と化合したら電子がどのようになるのかを見ていきましょう。

 

例えば、ある物質Mに酸素が化合したとします。

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化学において化合するとは、不対電子を出したって共有電子対を作ることです。

すなわち、共有結合ですね。

 

ここで思い出してほしいのは、電気陰性度という概念です。

電気陰性度とは、共有電子対を引っ張る力のことで、電気陰性度は各原子ごとに決まっています。

さらにいうと、電気陰性度が1番大きい元素はフッ素で、フッ素に周期表で近い位置にあればあるほど電気陰性度は大きいのです。

 

酸素は周期表においてフッ素の隣ですので、全元素の中で2番目くらいに電気陰性度が大きいです。

大抵の物質は、酸素より電気陰性度が小さい(=電子を引っ張る力が小さい)のです。

 

よって、ある物質Mと酸素の間にある共有電子対は酸素側に偏ります

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M目線で見てみると、ある物質Mは酸素とくっつくことによって電子を酸素に奪われて(=失って)しまっているのです。

 

これらのことから、電子を失うことを酸化と定義されました。

 

還元も同じで、ある物質Mが酸素原子を失うとします。

そうすると、酸素に奪われていた電子が元に戻ってきますよね。

 

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よって、電子を受け取ることを還元といいます。

 

☆ 酸化と還元の定義(水素)

 

水素に着目すると、

酸化とは、水素受け取ること

還元とは、水素を失うことをいいます。

 

なぜ、水素を受け取ると酸化、水素を失うと還元になるのか考えてみましょう。

水素は周期表で、フッ素と真反対に位置します。

水素の電気陰性度って、比較的小さいのです。

 

なので、ある物質Mが水素と化合すると、その間にある共有電子対は物質M側に偏ります

 

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よって、M目線で考えてみると、水素と化合することによって水素の電子を奪う(=電子を受け取る)ことができるので、水素と化合することは還元です。

 

同様に、ある物質Mから水素が離れると、水素から奪っていた電子を失うことになるので、水素を失うことは酸化となります。

 

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☆ まとめ

 

酸化とは、電子を失うこと

還元とは、電子を受け取ること

 

酸化と還元の定義は、電気陰性度を用いて理解することができる。

同化の種類

同化

★同化とは
単純な物質から複雑な物質を合成し、エネルギーを吸収する反応のこと。 
例 炭酸同化(二酸化炭素を利用する炭酸同化のこと、光合成や化学合成)、窒素同化(窒素を利用して複雑な物質を合成)など

★炭酸同

①光合成
光エネルギーを使って、(化学エネルギーに変換して)二酸化炭素から有機物をつくる。
⇒さらに電子を発生させるために何を利用するかで種類が分かれる。
通常の植物、シアノバクテリア(ユレモ、ネンジュモ、イシクラゲなど)、藻類(クロレラなど):電子発生に水を利用
光合成細菌の光合成:電子発生に硫化水素を利用

②化学合成
光エネルギーではなく、酸化による化学エネルギーを利用して、二酸化炭素から有機物をつくる。
⇒何を酸化させるかで種類が分かれる。
硝酸(しょうさん)菌:亜硝酸イオンNO2- を硝酸イオンNO3- に酸化
亜硝酸(あしょうさん)菌:アンモニウムイオンNH4+ を亜硝酸イオンNO2- に酸化
硫黄細菌:硫化水素H2S を硫黄S に酸化

光合成(炭酸同化)

★炭酸同化とは
同化(単純な物質から複雑な物質を合成する)の中でも、二酸化炭素を利用して、有機物を合成する反応のこと。

★光合成とは
二酸化炭素と水と光エネルギーから、酸素と有機物を合成する反応のこと。
葉緑体のチラコイドで起こる反応と、ストロマで起こる反応に大きく分けることができる。

光合成(葉緑体のチラコイドで光を吸収する)

チラコイドの膜には、光合成色素が存在し、光エネルギーを受容する場所となっている。

★光合成色素とは
光エネルギーを受容する色素のこと。
例 クロロフィルa:青紫と赤色の光を吸収(波長の両端、外側)
例 クロロフィルb:青緑と橙色光を吸収(波長の両端、すこし内側)
例 カロテン:紫~緑色(500㎚あたり)までの波長の短い色を吸収⇒橙色光(600㎚あたり)は吸収できず反射するので、カロテン自身は橙色に見える

★吸収スペクトルとは
各色素が吸収する波長を表したグラフのこと。
例 クロロフィルは、青色と赤色の光を吸収し,緑色の光を反射・透過するため、クロロフィル自体が緑色に見える。

★作用スペクトルとは
各波長の光で(どの色の光で)、どの程度の光合成が進むかを表したグラフのこと。
⇒どの色でも光合成は進むが、そもそも吸収する色素を持っていなければ、その色で光合成ができない。
例 緑色の光を吸収する光合成色素がいないから、緑色の光で光合成ができない。

【高校生物】光合成(葉緑体のチラコイド)光化学系Ⅰ、光化学系Ⅱ、光リン酸化、還元型補酵素、NADPH

異化

★異化の種類
①酸素を必要としない発酵
②主にミトコンドリアで進み酸素を必要とする呼吸
などがある。

どちらも,有機物の分解によって生じたエネルギーを利用して,ATP を合成している。

異化の種類(発酵)

★発酵とは
異化(複雑な物質を単純な物質に分解してエネルギーを放出する反応)の中でも、酸素を使わない異化のこと。

原核細胞や低酸素環境での真核細胞では,発酵によってATP が産生(さんせい)されている。
例 乳酸発酵(乳酸菌)
例 解糖(低酸素環境の筋細胞など)
例 アルコール発酵(酵母)

★発酵と呼吸との違い
・発酵は酸素が消費されず、呼吸は酸素が消費される。
・発酵は、サイトゾル(細胞質基質)で進むが、呼吸は、解糖系,クエン酸回路と電子伝達系の3 段階に分けられ、解糖系はサイトゾル(細胞質基質)で進み、クエン酸回路と電子伝達系はミトコンドリアで進む。
・発酵は低分子の有機物まで分解されるが、呼吸は有機物が無機物にまで分解される。

異化の種類(乳酸発酵)

★乳酸発酵とは
グルコースを乳酸に分解する過程で、ATP を合成する反応のこと。
例 乳酸発酵(乳酸菌)
例 解糖(低酸素環境の筋細胞など)

代謝の全体像(有機物を合成するか否か、二酸化炭素を利用するか否か、酸素を必要とするか否か、光を利用するか否か)


植物の生体内では,常に物質の合成や分解などの化学反応(代謝)が行われています。

この代謝のうち,
・エネルギーを用いて単純な物質から複雑な物質を合成する反応(同化)の例が光合成
・複雑な物質を単純な物質に分解してエネルギーを取り出す反応(異化)の例が呼吸です。


【代謝】光合成と呼吸の違いがわかりません。



【代謝】光合成と呼吸の違いがわかりません。

※上記の表は、光合成と呼吸もその代表例です。
 しっかりと理解を深めていくとよいでしょう。



【代謝】光合成と呼吸の違いがわかりません。

同化と異化の違い

同化と異化は、代謝の基本的なプロセスであり、エネルギーの出入りと深く結びついています。

同化は、エネルギーを吸収する反応で、例えば光合成やタンパク質合成が含まれます。

一方、異化は...エネルギーを放出する反応で、呼吸や発酵が含まれます。

これらのプロセスは、生命活動に必要なエネルギーを得るために密接に関わっています。


代謝は、大きな違いのある2つの反応、「異化」と「同化」に分けられます。

同化と異化とは、栄養素(高分子化合物)を消化, 代謝してCO2やH2Oなど(低分子化合物)に分解する反応を異化反応(catabolic reaction)、低分子化合物から高分子化合物を合成する反応を同化反応(anabolic reaction)という。


地球上の生物は、生命を維持するために...栄養素を外の世界からとり込みます。

栄養素として、そのまま使えるものはそのままの形で、そのままで使えない栄養素は、分解して新しい分子を合成したり、生体内で利用できる形に変換します。

また、要らない分子は、分解して外に排出するということも行っています。


生体内で起きている化学反応をまとめて、代謝といいます。



代謝では、連続的な化学反応が起こっており、これをスピーディかつスムーズに進める役割を酵素が担います。

酵素が作用しなければ、代謝ができずに生きていくことができません。

酵素は、健やかな生育にとって...とても大切な存在です。



実は、多くの分子が合成と分解/発酵/溶解を繰り返して、絶えず入れ替わるということをしています。

これを、代謝回転(metabolic turnover)といいます。


分子栄養学と代謝

代謝、つまり異化と同化がスムーズにバランス良く行われるかどうかは、人の成長にも関わります。

幼苗が、日々成長していくのは、異化<同化...つまり同化が異化を上回っている状態です。

幼苗の分子が、壊されるよりも、新しく作られる方が多い結果、すくすくと健全に成長していきます。


新しいものに作り替えるという時に、良い栄養素を材料として充分に供給していけば、作り替えられる新しい細胞の中身もどんどん良いものになっていくでしょう。

これが、分子栄養学の基礎的な考え方です。


ジオバンクミーンズ】が、生体内での代謝(異化, 同化反応)をバランス良く促進することの基礎となると考えています。

そしてこのこと【
ジオバンクミーンズ】が、農産物の抗酸化力を高め...高品質に安定的多収穫にすための最も重要な基礎のひとつであると考えています。






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