食べ物に含まれる有機物や、植物が受け取る光のエネルギーは、そのまま生命活動に使われるわけではありません。生物は細胞内で物質をつくり変え、エネルギーを受け渡しています。その反応全体を「代謝」として捉えると、呼吸と光合成の関係も整理しやすくなります。
なんでなんで？！ 食べたご飯が、そのまま筋肉を動かしているの？
そのままではありません。細胞は物質を段階的につくり変え、その途中でエネルギーを受け渡します。まず、その反応全体を表す「代謝」から整理しましょう。
この記事でわかること
- 代謝とは何かを説明できる
- 同化と異化を、物質とエネルギーの変化から区別できる
- 植物も動物も、同化と異化の両方を行うと説明できる
- 反応例を生物名だけでなく、反応前後の変化から判断できる
『生物に共通する特徴とは？』で触れた「生物はエネルギーを利用する」という特徴を、細胞内の化学反応として具体化します。この記事では代謝の全体像をつかみ、ATP・酵素・呼吸・光合成は続く記事で順に詳しく扱います。
まず結論
代謝とは、生体内で行われる化学反応の総体です。代謝は、物質を合成する同化と、物質を分解する異化に大きく分けられます。
代謝は、細胞内の化学反応全体を表す
細胞内では、物質を分解したり、新しい物質を合成したりする化学反応が絶えず進んでいます。こうした生体内の化学反応をまとめて、代謝といいます。
代謝を見るときは、物質だけでなくエネルギーの出入りにも注目します。物質を複雑な形へ組み立てる反応には一般にエネルギーが必要です。一方、物質を分解する過程では、生命活動に利用できるエネルギーを取り出せる場合があります。
日常語では「代謝がよい」という言い方をしますが、生物学の代謝は、消化や脂肪の分解だけを指しません。細胞内で物質を合成する反応も、分解する反応も含みます。
同化――単純な物質から複雑な物質を合成する
同化は、比較的単純な物質から、より複雑な物質を合成する代謝です。一般に、反応を進めるためのエネルギーを必要とします。
代表例は光合成です。植物などは光エネルギーを利用し、二酸化炭素と水から有機物を合成します。また、細胞がアミノ酸からタンパク質を合成する反応も同化です。
- 材料よりも複雑な物質をつくる
- 一般にエネルギーを必要とする
- 光合成だけでなく、タンパク質や脂質などの合成も含む
異化――複雑な物質を分解してエネルギーを取り出す
異化は、複雑な物質を、より単純な物質へ分解する代謝です。その過程で放出されるエネルギーの一部は、細胞が利用できる形へ受け渡されます。
代表例は呼吸です。呼吸では有機物を段階的に分解し、その過程で得られるエネルギーを使ってATPを合成します。ATPの詳しい役割は次の記事で扱いますが、ここでは「生命活動へのエネルギーの受け渡し役」と考えてください。
| 比較項目 | 同化 | 異化 |
|---|---|---|
| 物質の変化 | 単純な物質から複雑な物質を合成 | 複雑な物質を単純な物質へ分解 |
| エネルギー | 一般に必要 | 利用可能なエネルギーを取り出す |
| 代表例 | 光合成、タンパク質合成 | 呼吸、発酵 |
| 行う生物 | 植物にも動物にも見られる | 植物にも動物にも見られる |
じゃあ、「同化は植物、異化は動物」って覚えれば簡単じゃない？
それでは誤りです。植物も呼吸という異化を行い、動物もタンパク質などを合成する同化を行います。反応の前後で物質がどう変わるかを見て判断します。
同化と異化は、同じ細胞の中でつながっている
同化と異化は、別々の生物が担当する反応ではありません。一つの細胞の中でも、異化で得たエネルギーを利用して同化を進めています。
ただし、「ある物質を異化で分解し、同じ道を逆向きにたどって同化する」とは限りません。細胞内の反応は多くの段階に分かれ、それぞれに酵素が関わります。物質とエネルギーは結びついて流れますが、同化と異化を一本の可逆反応だと考えないことが大切です。
共通テストでは「反応の前後」を見る
初めて見る生物や反応が題材になっても、判断の手順は変わりません。次の三点を順番に確認します。
- 反応前と反応後で、物質は複雑になったか、単純になったか
- エネルギーを必要としたか、取り出したか
- 生物名の印象ではなく、反応そのものを根拠にしたか
例えば、動物細胞がアミノ酸からタンパク質を合成する反応は同化です。植物細胞が有機物を分解してATPを合成する呼吸は異化です。「植物か動物か」だけでは分類できません。
確認問題
問1 代謝とは何ですか。
問2 アミノ酸からタンパク質を合成する反応は、同化と異化のどちらですか。理由も答えてください。
問3 呼吸が異化に分類される理由を答えてください。
問4 「植物は同化だけを行い、動物は異化だけを行う」という説明の誤りを指摘してください。
問5 未知の反応を同化・異化に分類するとき、最も重要な判断材料は何ですか。
まとめ
- 代謝は、生体内で行われる化学反応の総体である。
- 同化は単純な物質から複雑な物質を合成し、一般にエネルギーを必要とする。
- 異化は複雑な物質を分解し、利用可能なエネルギーを取り出す。
- 植物も動物も、同化と異化の両方を行う。
- 反応は生物名ではなく、物質とエネルギーの変化から判断する。
では、ご飯の成分はそのまま筋肉を動かしているのでしょうか。
そのままじゃない！ 細胞が代謝で物質をつくり変えて、異化で取り出したエネルギーを生命活動へ受け渡しているんだね。
Plus｜眠っている間も代謝は続いている
安静にしていても、呼吸、心臓の拍動、体温維持、細胞内の物質合成などにはエネルギーが必要です。生命維持のために最低限必要となるエネルギー消費は、日常では基礎代謝という言葉で知られています。
「運動していない＝代謝が止まっている」ではありません。目に見える動きがなくても、細胞内では同化と異化が続いています。
コメント