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細胞内呼吸とは何か

呼吸といえば、一般的には大気を鼻や口から吸って気管を通して肺でガス交換(酸素と二酸化炭素)をすることですね。

しかし、生物学的にいう「呼吸」とは、「細胞内」呼吸のことを意味します。

細胞内呼吸とは、細胞内のミトコンドリアという小器官で、酸素を用いて「酸化的リン酸化」(OxPhos)という活動を行いエネルギー(ATP)を得ることをいいます。

ミトコンドリア内膜(「クリステ」といいます)での「酸化的リン酸化」では全体のエネルギーの89%がつくられます。

ATPというエネルギー通貨数として36個~38個。

残りの11%(ATPというエネルギー通貨数として4個)は、発酵(「基質レベルのリン酸化」といいます)で作られます。

つまり、生命維持に必須であるATPは、ほとんどがミトコンドリア内膜での細胞内呼吸で作られているのです。

ここで、ミトコンドリアでATPが産生される仕組みを簡単にお話しします。

まず、食物から電子を取り出し、それをミトコンドリア内膜で酸素に受け渡すことでエネルギーを作り出します。

したがって、エネルギー産生効率は ひとえにミトコンドリアの内膜にかかっています。

ここでも細胞やミトコンドリアを包む膜が いかに重要か分かると思います。

このようにミトコンドリアの内膜上で行われる酸素呼吸による複数の代謝の最終段階を「電子伝達系」といいます。

具体的には、ミトコンドリアの内膜上に存在する呼吸鎖複合体(Ⅰ~Ⅳまで4種類あります)に電子が流れることによって、水素イオン(プロトン)が内膜の内側から外側に汲み出され、水素イオンの濃度の変化が生まれます。

この濃度の変化を利用して、最終的にATP合成酵素がATPを生成することが出来ます。

つまり、エネルギーを得るためにはミトコンドリアの内膜で常に水素イオンを汲み出して、濃度差を保たなければなりません。

「酸化的リン酸化」では、ミトコンドリア内膜の内側から外側に汲み出された水素イオンが、ATP合成酵素を通ってミトコンドリアの内側に流入する際にATPが合成されるという形で両反応が“共役(きょうやく)”し成立しています。

さて、ミトコンドリア内膜での「酸化的リン酸化」にダメージが起きれば、エネルギーの大半が作れないことになります。

もし、ミトコンドリアが何らかのダメージを受け、この「酸化的リン酸化」が出来なくなると、細胞は生きていくためのエネルギーを残り11%の発酵に頼らなければなりません。

「酸化的リン酸化」の不調で、発酵に頼る状況が長引くと、細部のエントロピー(乱雑さ)が高まります。

この状況では発酵によってエネルギーを十分獲得できない細胞は、死滅し、決してガン細胞になることは出来ません。

つまり、ミトコンドリアにダメージがあって細胞内呼吸が出来ない状態でも、なんとか発酵を盛んに行うことで生き延びた細胞が、ワーバーグが指摘したガン細胞なのです。

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