ATPと熱エネルギーについて

食べた物はすべてがミトコンドリアでATPになるのではなくミトコンドリアへ運ばれた一部のH+は熱エネルギーに変換されるらしいのですがどういうしくみ(反応)でH+から熱エネルギーに変換されるのですか?

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  • 登録:2012/07/28 19:52:24
  • 終了:2012/07/31 00:03:06

ベストアンサー

id:kyokusen No.4

きょくせん回答回数824ベストアンサー獲得回数862012/07/29 10:21:07

ポイント100pt

 およびとのことで(^^;

http://hikawa.takara-bune.net/hDietUCP.html

電子伝達系はミトコンドリア内膜と外膜の間に水素イオン勾配を作る回路といえます。で、脱共役タンパク質はこの濃度勾配をATP産生なしに解消させ、その代わりに熱を産生するタンパク質だという事ですね。

ミトコンドリアにおけるATP産生はこの水素イオン濃度勾配によって、その勾配が解消される形で産生されていく訳なのですが、この脱共役タンパク質はその濃度勾配を熱エネルギーへ変換させるため、ATP産生なしに……つまり、運動などATPの消費を行わずに可能であるということです。ATPが消費されなければATP産生系はストップします。ATP産生系がストップすれば、水素イオンの濃度勾配は解消されず、と、なれば電子伝達系も止まります。電子伝達系を動かし続けるには水素イオンの濃度勾配を解消させる必要があるのですが、これを行うのが脱共役タンパク質という事ですね。

 紹介したサイトの揚水発電のモデルは秀逸だと思うのですが、つまりは、ミトコンドリア内の水素イオン濃度勾配を脱共役タンパク質が解消する事により、運動によって消費されなければ産生が継続しないATP産生系の介入なしに電子伝達系を動かし続けることが出来、この働きにより熱が産生されるのだ、と考えてよさそうです。
 もちろん、いくつかある脱共役タンパク質の中で特に褐色脂肪細胞に存在するUCP1が熱産生能力に優れているという記述もあり、と、言う事はこのUCP1が水素イオン濃度勾配を利用して熱を生み出しているのだ、と考えてもよさそうなのですが、ちょっと確証が持てる記述を見つける事が出来ませんでしたのでぼやかしておきます。


 と。つらつら書きましたが結論としてはこんな風。

1)脱共役タンパク質はミトコンドリア内における水素イオン濃度勾配をATP産生なしに解消させる。
2)これにより電子伝達系はATP産生なしに動き続ける。……つまり、脂肪酸代謝が促進され、これにより熱が産生される。
3)脱共役タンパク質も熱を産生する能力を持っている可能性は否定しない。

 こんな感じでしょうかねぇ。
 つまり、水素イオンが熱になるのではなく、その濃度勾配が解消される事により脂肪酸分解経路が働き続けるので熱が出るという理解でよさそうです。

id:koko24

ありがとうございます。
ATPについてですが、ATPに変換されるのはてせいぜい20~30%らしく残りは熱に変換されるらしいのですがこれは、褐色脂肪細胞での話ですか。それとも細胞全体にあてはまる話ですか。もし細胞全体に当てはまるのであれば、紹介頂いたサイトに記載されている理屈でそうなるのでしょうか。

2012/07/29 12:56:09

その他の回答(3件)

id:oil999 No.1

oil999回答回数1728ベストアンサー獲得回数3202012/07/28 19:57:08

ミトコンドリア脱共役蛋白質(UCP)によって熱産生が起きます。
詳しいことは下記PDFをお読みください。
http://jams.med.or.jp/symposium/full/124062.pdf

id:koko24

内容を理解できないので質問したんですが、、、

2012/07/28 20:03:21
id:kitiko No.2

kitiko回答回数463ベストアンサー獲得回数422012/07/28 20:05:52

脂肪酸など、基質の酸化が著しく亢進して、熱産生が起こる(脂肪酸のβ-酸化が促進され、熱エネルギーが放出される)。体内の代謝で生じる生体エネルギーの内、ミトコンドリアでATPに変換される(筋肉などの仕事に利用される)分は、15~20%と言われる(最大でも45%程度)。残りの生体エネルギーは、熱エネルギーに変換される(熱産生に利用される)。

http://hobab.fc2web.com/sub2-respiratory-chain.htm

id:koko24

H+がどのように熱エネルギーに変わるのかの解説をおねがいしたいのですが、、

2012/07/28 20:12:43
id:ciro01 No.3

ciro01回答回数39ベストアンサー獲得回数72012/07/29 06:59:45

エネルギー変換の工程がウィキペディアに載っていました。

id:kyokusen No.4

きょくせん回答回数824ベストアンサー獲得回数862012/07/29 10:21:07ここでベストアンサー

ポイント100pt

 およびとのことで(^^;

http://hikawa.takara-bune.net/hDietUCP.html

電子伝達系はミトコンドリア内膜と外膜の間に水素イオン勾配を作る回路といえます。で、脱共役タンパク質はこの濃度勾配をATP産生なしに解消させ、その代わりに熱を産生するタンパク質だという事ですね。

ミトコンドリアにおけるATP産生はこの水素イオン濃度勾配によって、その勾配が解消される形で産生されていく訳なのですが、この脱共役タンパク質はその濃度勾配を熱エネルギーへ変換させるため、ATP産生なしに……つまり、運動などATPの消費を行わずに可能であるということです。ATPが消費されなければATP産生系はストップします。ATP産生系がストップすれば、水素イオンの濃度勾配は解消されず、と、なれば電子伝達系も止まります。電子伝達系を動かし続けるには水素イオンの濃度勾配を解消させる必要があるのですが、これを行うのが脱共役タンパク質という事ですね。

 紹介したサイトの揚水発電のモデルは秀逸だと思うのですが、つまりは、ミトコンドリア内の水素イオン濃度勾配を脱共役タンパク質が解消する事により、運動によって消費されなければ産生が継続しないATP産生系の介入なしに電子伝達系を動かし続けることが出来、この働きにより熱が産生されるのだ、と考えてよさそうです。
 もちろん、いくつかある脱共役タンパク質の中で特に褐色脂肪細胞に存在するUCP1が熱産生能力に優れているという記述もあり、と、言う事はこのUCP1が水素イオン濃度勾配を利用して熱を生み出しているのだ、と考えてもよさそうなのですが、ちょっと確証が持てる記述を見つける事が出来ませんでしたのでぼやかしておきます。


 と。つらつら書きましたが結論としてはこんな風。

1)脱共役タンパク質はミトコンドリア内における水素イオン濃度勾配をATP産生なしに解消させる。
2)これにより電子伝達系はATP産生なしに動き続ける。……つまり、脂肪酸代謝が促進され、これにより熱が産生される。
3)脱共役タンパク質も熱を産生する能力を持っている可能性は否定しない。

 こんな感じでしょうかねぇ。
 つまり、水素イオンが熱になるのではなく、その濃度勾配が解消される事により脂肪酸分解経路が働き続けるので熱が出るという理解でよさそうです。

id:koko24

ありがとうございます。
ATPについてですが、ATPに変換されるのはてせいぜい20~30%らしく残りは熱に変換されるらしいのですがこれは、褐色脂肪細胞での話ですか。それとも細胞全体にあてはまる話ですか。もし細胞全体に当てはまるのであれば、紹介頂いたサイトに記載されている理屈でそうなるのでしょうか。

2012/07/29 12:56:09
  • id:kyokusen
    以下、参考サイト。
    http://d.hatena.ne.jp/kuiiji_harris/20081129/1227941781
    http://www.kenkyuu2.net/cgi-biotech2011/biotechforum.cgi?mode=view;Code=777
  • id:kyokusen
    欄内コメントをうまく打ち込めないのでこちらで。

    食べ物の3割がATPになるというのは、どういう計算だろう? と思うのですが、栄養学上はすべての栄養分をカロリーに変換して考えるので、それを母数としての検討ではないかと思います。>つまり、アミノ酸や脂肪酸など、体の構成要素となる栄養分もその母数に組み込んでいるのではないかと思われますので、で、あるならば食べ物の3割程度までしかATPにしかならないというのはごくまっとうな数字であると思います。

     んで、ミトコンドリア内ではATPの他にNADHなどもエネルギー通貨として産生してますし、今回話に上っている『食べ物を直接熱にする』≒『非ふるえ熱産生』にそのATPにならなかったカロリーがすべて投入されているわけでもなさそうです。

    http://hobab.fc2web.com/sub1-hieshoo.htm
     こちらのサイトを見ますと、代謝でできてくるエネルギーの2割程度がミトコンドリアでのATP産生に~という記載がありますが、どうもこのあたりは理論計算で導かれた数値ではないか、とも思われます。なんせミトコンドリアでATPを作ろうとすると水素イオン(プロトン)濃度勾配を作りださにゃなりませんし、それはそれでエネルギーを食います。

     
     んで、『非ふるえ熱産生』は褐色脂肪細胞での話かという問いに対しては、そうだということでいいと思います。非ふるえ熱産生に関与するといわれるUCP1は褐色脂肪細胞に局在するタンパク質とのことでありますし、骨格筋に存在する脱共役タンパク質に発熱作用があるのかというのは議論があるようですので、現状においては上のような回答になります。
  • id:NAPORIN
    リクエストをいただいたので申し訳ないのですが…、わたしは生物は詳しくないので、酵素はいまいちです。
    理論的には化学反応における熱発生はすべて、それぞれに決まっている結合エネルギーの差で算出できます。
    H+はNADHに担持されているとき、H+イオン結合を生じていますが、これは不安定でエネルギーが高い状態。この水素が酵素反応の末、最終的には水になります。水はH-O-Hの形(成分でいえばH2O)ですから、二つのO-H共有結合を有し、これは安定で低エネルギーな状態です。Hがイオン結合から共有結合に結びかわるとき、単純に電気または熱としてエネルギーを放出します。ただしこのエネルギーを体温の熱として体をあたためるのに使うか、体の代謝のために他の元素を組み替えるのに使うのか、どっちに使うかは生体が自律的に生理学的にコントロールすることでしょう。
    化学やとしては褐色細胞って肩胛骨あたりにあってご飯たべるとぽかぽかするやつでしょ、うんうん、くらいのことしかいえないのでした。
  • id:koko24
    と言いつつもお詳しそうですね。またよろしくお願いします。

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