生命現象と物質

タンパク質は20種類のアミノ酸がつながってできており、その並び順（一次構造）に応じて特有の立体構造に折りたたまれます。この立体構造こそが機能を決めるため、熱や強い酸・塩基で構造がこわれると（変性）はたらきを失います。

酵素はタンパク質でできた触媒で、決まった基質だけと結合する部分（活性部位）をもちます。反応の速さは基質濃度を上げると増しますが、酵素の数には限りがあるためやがて頭打ちになります。

この飽和のしかたが、酵素反応と単純な化学反応の違いです。また、酵素のはたらきを妨げる物質（阻害物質）には二つの型があります。

基質とよく似た形をしていて活性部位を奪い合う競争的阻害では、基質濃度を十分高くすれば阻害物質が追い出されるため、最大反応速度は変わりません。これに対し、活性部位とは別の場所に結合して酵素の立体構造を変えてしまう非競争的阻害では、基質濃度をいくら上げても最大反応速度は下がったままになります。

「基質濃度を上げれば回復するかどうか」が両者を見分ける決め手です。

呼吸は、有機物を分解して生命活動に使えるATPを取り出す過程で、大きく3段階に分かれます。まず細胞質基質で行われる解糖系でグルコースがピルビン酸に分解され、次にミトコンドリアのクエン酸回路で二酸化炭素が放出されながら電子を運ぶ物質（NADHなど）ができます。

最後にミトコンドリア内膜の電子伝達系で、運ばれてきた電子を段階的に受け渡しながら大量のATPが合成されます。このとき電子を最終的に受け取るのが酸素であり、酸素は水になります。

呼吸に酸素が必要なのは、この「電子の最終的な受け取り手」がいなければ電子伝達系が止まってしまうためです。3段階のうちATPの大部分をつくるのは電子伝達系である点も、あわせて押さえておきましょう。

光合成は、光のエネルギーを使って二酸化炭素から有機物を合成する反応で、葉緑体で行われます。まずチラコイドの膜で光を受け取り、水を分解して酸素を放出しながら、ATPと還元力（NADPH）をつくります（光化学反応）。

次にストロマで、そのATPとNADPHを使って二酸化炭素を固定し、有機物（グルコースのもと）を合成します（カルビン回路）。呼吸とちょうど逆向きに、二酸化炭素を取り入れて酸素を出す反応だととらえると、両者の関係がすっきり整理できます。