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細胞呼吸とは?呼吸とは違うの?意味と働きを現役医学生がわかりやすく解説!

よぉ、桜木建二だ。細胞呼吸、紛らわしい名前だよな。「細胞が吸ったり吐いたりするの?」と、イメージが湧かず混乱している人も多いだろう。さらにややこしい化学式も出てくるため、多くの学習者が頭を抱える分野だ。
細胞呼吸と肺の呼吸は別物。しかし、名前の通りもちろん繋がりもある。「呼吸」について、一連の流れを抑えていこう。
現役医学生ライター、たけのこと一緒に解説していくぞ。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

ライター/たけのこ

心臓に魅せられた現役医大生。心臓外科医に憧れ、中学生の頃は血管モデルや心臓模型を作ったりして遊んでいた。個別指導の経験がある。人体全般と再生医療に興味あり。

細胞呼吸って?

image by iStockphoto

細胞呼吸と肺の呼吸は別物です。詳しくみていきましょう。

呼吸:外から取り込んだ酸素を用いて、体内の有機物を無機物に分解する反応。この時、エネルギーが得られる。また、二酸化炭素が排出される。

また、呼吸は2種類に分けることができます。

肺呼吸(=外呼吸):外界から肺に酸素を取り込み、肺から外界に二酸化炭素を排出する運動。吸ったり吐いたりの筋肉運動。ちなみに、肺の中の酸素と二酸化炭素は一定の割合で血液に溶け込んだり気体になったりする。

→一般的に「呼吸」でイメージされるもの。

細胞呼吸(=内呼吸):血液から細胞に酸素を取り込み、細胞内で有機物を無機物に分解する反応。この時、エネルギーが得られる。その後、細胞から血液に二酸化炭素が排出される。

→高校生物で登場し、混乱されやすい。

image by Study-Z編集部

単に「呼吸」と言われると、息を吸ったり吐いたりの運動が想像されますよね。これは「肺呼吸」。しかし、定義からお分かりいただけるように「呼吸」は単なる運動にはとどまりません。有機物が無機物に分解される段階があります。これが「細胞呼吸」です。

酸素の気持ちになってみるとわかりやすいですよ。酸素は鼻から気道に入り込み、肺へ向かいます。肺は肺胞という袋で構成されていて、その壁は薄く、周りを血管で覆われていましたね。酸素は、肺胞という空間に気体として浮かんでいる状態から、薄い壁を通り抜け血管の中に入ることができます。血管内に入った酸素は、血液の流れに乗っかって全身を回ることができますね。ここまでが「肺呼吸」。そう、厳密には「血液に乗る」ところまでが肺呼吸なのです。少しややこしいので、正直「肺呼吸は呼吸運動」であまり問題ありませんが、興味のある方に向けてご説明すると、これは拡散という現象によります。肺胞に空気がある限り、血液に溶け込まざるを得ないのです。このため「血液に乗る」までが肺呼吸なのですね。

さて、続きです。血液に乗っかり全身を巡っていた酸素は、酸素を必要としている細胞と出逢います(エネルギー産生を必要としている細胞)。そして細胞内に入り有機物の代謝に参加した後、二酸化炭素へと姿を変え、再び血液中に排出されるのです。ここまでが「細胞呼吸」。まるで細胞が吸ったり吐いたりしているみたいですね。

血液中に戻された二酸化炭素は全身を巡り、そのうち肺に到達します。そして先ほどとは逆に、血管内から肺胞へと二酸化炭素が排出されるのです。気体となった二酸化炭素は肺を出て、気道を通り体外へ出ていきます。ここまでが「肺呼吸」です。

「吸って吐いての肺呼吸、化学反応の細胞呼吸」のイメージを持っておきましょう。

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肺呼吸に始まり、細胞呼吸を経て、肺呼吸に終わるんだな。

外呼吸、内呼吸という別名にも納得だ。

細胞呼吸と発酵の違いは酸素を使うかどうか!

image by iStockphoto

次に、細胞呼吸と混同されやすい「発酵」について見ていきましょう。細胞呼吸も発酵も、共に「異化」という反応です。

異化:複雑な物質(有機物)を単純な物質に分解し、エネルギーを取り出す反応

細胞呼吸と発酵には以下のような違いがあります。

細胞呼吸:有機物の分解に酸素を用いる。有機物を無機物にまで完全に分解できる

発酵:有機物の分解に酸素を用いない。有機物を完全に無機物にまでは分解できない

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