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エネルギー



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エネルギー
ATP」「活性酸素」「ミトコンドリア」「イオン」「コエンザイムQ10」「貧血」「



エネルギー代謝
  • 生き物は食物を直接酸化しないで、たくさんの複雑な反応を経て、食物から[水素]を取り出し、これを[ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド]=『NADH』の形で蓄え、これを利用してエネルギーを取り出す。
        [水素]はプロトン(H)と電子(e)1個から出来ているので、電子の供給源つまり電子供与体です。
  • 生き物では、エネルギーを取り出す装置が細胞の中のミトコンドリアの中にあって、食物から取り出された水素からの電子は、ミトコンドリアの装置に送り込まれ、そこで電子の流れによって、エネルギーが遊離される
  • ミトコンドリア内の電子伝達系のシステム(=呼吸鎖)
    還元力の強いほうからならんで、順番に電子を受け渡ししていきます。
    1. そして、最期に『チトクロム酸化酵素』(シトクロム酸化酵素)が配置されていて、これが酸素に電子を渡す。
    2. 酸素が電子の最期の受取り手で、電子の流れはここで終わりになる。
    3. 酸素は4個の電子を受け取って水に還元される。
      この過程で活性酸素が発生する。
  • 呼吸で吸い込んだ酸素の1〜3%のスーパーオキシドアニオンラジカルが体内で生成する(大人1年間で2kg以上)と言われている。
    酸素を利用しないでエネルギーを獲得する仕組みをもったもの(ex、嫌気性細菌・・・破傷風菌)は、フリーラジカルと無縁。ただし、エネルギー効率が悪いため、高等な生物に進化出来なかった。
    1. 嫌気性解糖
      • 酸素を使わないで糖類からATPとしてエネルギーを取り出す方式
        出来るATP=2分子
    2. 電子伝達系の中で酸素を利用する方式。
          
      出来るATP=38分子
  • 活性酸素消去する酵素
    1. スーパーオキシドアニオンラジカルには⇔SOD
    2. 酸化水素には
      1. カタラーゼ
      2. グルタチオンペルオキシダーゼ
    3. ヒドロキシラジカルには⇔まだ動物には作ることが出来ない


水素
から
地球上のあらゆる生物が生きるためのエネルギーは、水素が核融合してヘリウム(He)を作る時に出るエネルギー(=太陽エネルギー)です。
  緑色植物が太陽から送られてくる光エネルギーを光合成という仕組みで化学エネルギーに変えて、ブドウ糖やデンプンの形で蓄える。
植物が二酸化炭素(=無機物)と水からブドウ糖を合成し、同時に大気中に酸素を放出し、動物は植物が合成したブドウ糖やデンプンを、植物が作り出した酸素を使って燃やし(酸化)、エネルギーを得ることが出来る。そして燃えカスとして二酸化炭素と水を放出する。これによって植物と動物の間にエネルギーの循環が成り立つ。
動物は食物の中の化学エネルギーを取り出し、熱エネルギーに変えずに(変えるとヤケドする)、同じ化学エネルギーとして取り出し、ATP(アデノシンー三ーリン酸)という生体分子の中に移してそこに蓄える。
水素
イオン
(イオンの通路)
細胞は水素イオンの出し入れによってエネルギーを得たり放出したりする。
イオンは細胞膜にある膜タンパク質を通じて出入りすることは知られていたが、実際に通り道が発見されたのは世界初。プラスに帯電した水素イオンを誘導出来るようにマイナスの電気を帯びたアミノ酸が通路のように配置されていた。発見したのは、生物分子工学研究所(吹田市)と京都大学の共同研究グループが極低温電子顕微鏡を使って捕らえた。
生物分子工学研の木村能章主席研究員と京大の藤吉好則教授らは、高い塩分濃度の水中に住む特殊な細菌が持つ『バクテリオロドプシン』と呼ぶ膜タンパク質を観察した。
イオンの通路は通常の電子顕微鏡では見分けられないほど小さいため、液体極低温電子顕微鏡と呼ぶ特殊な顕微鏡を用いた。液体ヘリウムで膜タンパク質を極低温に冷却、原子の大きさとほぼ同じ[0.3ナノメートル](ナノ=1/10億)まで見分けられた



E=mc
  • 質量m(kg)は、光速度をc(m/s)とすると、エネルギーE=mc2(ジュール)と等価。
  • この式は物質とエネルギーは同じものの違った側面だということを示す有名な式です。
  • 一例を挙げれば、太陽が光り輝いているのは、水素が熱核融合反応でヘリウムになるとき、物質である水素の質量の0.7%が消えて、それがエネルギーに生まれ変わって放出されるということです。
  • 物質が消えてエネルギーになったり、エネルギーから物質がつくられたりするということです。
  • このように、特殊相対理論では、時間、空間をまとめて、時空という新しい世界としてとらえます。つまり、ある見方からすれば、時間と空間は同じようなもので、したがって空間が無ければ時間も存在しない。なぜなら、じかんとは、空間で起こるいろいろな現象を記録していくための目印のようなものですから、ものごとが起こる空間がなければ時間があるわけが無いということなのです。
  • 太陽ような標準的な星では、4つの水素原子核(陽子)を1つのヘリウム原子核にかえるという反応でエネルギーをつくりだしています。
    • 陽子の質量=1.0079
    • ヘリウム核の質量=4.0026
  • 4p→Heの反応では、
    • 4×1.0079-4.0026÷4×1.0079=0.007=0.7%
    • だけ質量がエネルギーに姿をかえて放出されます。
    つまり、1gの水素がヘリウムに変わると0.007gの質量が消えてエネルギーになります。
  • いいかえれば、1gの水素から、天ぷら油20d分に相当するエネルギーが出てくるということです。
  • (佐治晴夫著「ゆらぎの不思議な世界」p99〜)
  1. 1905年に発表した、アインシュタインの特殊相対性理論によれば、光に近い速度で飛ぶ宇宙線の中では、時間の進み方が遅くなります。また、光速に近い速度で飛ぶ宇宙線は、停止している同型の宇宙線と比べると、進行方向に長さが縮んでいます。
    つまり、時間の進み方も、物(空間)の長さも“相対的”なのです。さらに、宇宙線の速度が光速に近づくほど、宇宙線の質量(重さ)が大きくなります。これは、光速に近い速度で飛ぶために投入した「エネルギー」が「質量」にかわるためです。
    つまり、エネルギーと質量は同じものだった。
    この関係を数式にしたのが、特殊相対性理論の有名な公式「E=mc]です。
    この式は、ほんのわずかな質量の物体であっても、とてつもないエネルギーを秘めていることを示しています。
  2.   E=mc2
    • E=エネルギー、m=質量、c=真空中での光の速度
    物体は、その質量(m)に光速(c)の平方をかけたエネルギー(E)を持つ。
    質量からエネルギーを取り出す方法の1つが、原子核反応。
    原子核同士が反応する際に、反応後の質量が反応前の質量より小さければ、その反応で質量の一部が失われる。失われた質量に相当するエネルギーが、方程式に従い放出される。



人体のエネルギーは、ブドウ糖と脂肪酸
  • 筋肉では脂肪酸が主になるが、脳では原則としてブドウ糖に限られる。
    ただし、断食が12時間続くとケトン体と呼 ばれる脂肪の不完全燃焼物を作って、これをブドウ糖の代わりに使う。
  • ブドウ糖を組織に吸収させるのにインシュリンが必要で、このインシュリンが 不足して、ブドウ糖が血中をウロウロしているのが糖尿病です。
    • ただし、脳だけは例外で、インシュリンがなくてもブドウ糖を受け入れる。
  • ミトコンドリアがエネルギーを作るメカニズム
    • ニューロンのミトコンドリアがブドウ糖をエネルギーに変える



酸化と還元とは
  • 生き物は外界から取り入れた有機物や無機物を、酵素を用いて酸化還元することにより自分に必要な物質を合成したり、不用なものを捨てたりする、いわゆる物質代謝を営むと同時に、食物からエネルギーを獲得するエネルギー代謝を営んでいます。

  • 酸化還元=電子の移動のこと。
  • いまA・B2つの物質があって、AからBに電子が移動した場合、Aは酸化され、Bは還元されたといいます。
    電子を失うこと(与えやすい)=酸化された。
    電子を獲得した(受け取りやすい)=還元されたといいます。
    生体内には200以上の酸化還元酵素があり、これらが生体内での電子移動を通じて生命を維持している
  • 還元力の強い(A)から酸化力の強い(B)に電子(e )が移動し、(A)は酸化され、(B)は還元されたという。

ブドウ糖
  • 還元力が強く、電子を他へ与えやすい性質を持っている。
    酸素
    酸化力が強く、電子を受け取りやすい性質(電子に対する親和力)が非常に強い
    だから、ブドウ糖から酸素に向かって電子が自然に流れやすい。そして、電子が流れることによってエネルギーが生まれる。高いポテンシャル(電位)を持った(A)から(B)へ電子が流れることにより、そのポテンシャルに相当するエネルギーが遊離される


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