6 燃焼熱:化学反応と酸化のおはなし(4)

細胞とヒトのエネルギーをつなぐおはなしです。

私たちが普段目にするエネルギーの単位はカロリー(cal)

もともとは

「水1gを、1気圧のもとで、1℃上げるのに必要な熱」でした。

でも、何度の水を1℃上げるかで値が変化してしまう困りもの。

だから今ではジュール(J)という単位を軸にして、

「1カロリーは4.184ジュール」と決めてしまいました。

とはいえ、まだ体内の熱量関係についてはカロリーが主な単位ですね。

これが「ヒト」レベルでの代謝の単位です。

 

かたや細胞の代謝の単位はおなじみATP。

グルコース1個からできるATPは、

酸素が十分にあるなら36ATP(場所や生物によっては38ATP)。

ATPからエネルギーを取り出す方法にはいくつかありますが、

ここでは3つあるリン酸が1つ外れた(ATP→ADP)ときの例で考えます。

1ATP→1ADPのとき、7.3kcal/モルのエネルギーが出ます。

グルコース1個からできるエネルギーは、

36ATPに7.3kcal/モルをかけた262.8kcal/モルになります。

グルコースの1モルは180gでした。

1gのグルコースは、1/180モルです。

だから、1gのグルコースからできるエネルギーは、

262.8kcal/モル×1/180モル=1.46kcalになります。

あれ?

どこかで「糖質は1gが4kcal」って見た気がするけど、結構違う?

計算ミスした?

 

それはアトウォーター係数ですね。

アトウォーター係数とのずれを確認する前に、

ざっくりと脂質の計算もしてみましょう。

 

脂質は種類が多すぎてどれにするか決めるのが大変ですが…

ここではグリセロールにパルミチン酸が3つ付いた中性脂肪でいきますよ。

この中性脂肪はC₅₁H₉₈O₆で、分子量807です。

脂肪酸が変われば、組成も分子量も変わってきます

計算をできるだけ単純にするために、

ATPに変わるのは脂肪酸だけだということにしておきましょう。

パルミチン酸1個から、

β酸化、アセチルCoAサイクル、呼吸鎖を経て129ATPができます。

これが3本ありますから、3倍の378ATPができるはず。

1gの中性脂肪は、ここでは1/807モルですから…

378ATP×7.3kcal/モル×1/807モル=3.424kcalが1gから出るエネルギーです。

あれれ?

グルコース1gからできるエネルギーより多いことは分かるけど、

やっぱりアトウォーター係数の

「脂質1gは9kcal」からはかけ離れているよ?

 

そうですね。

実はアトウォーター係数はATPが発見される前に

「単なる『燃焼』で出来る熱」を計測したものです。

『燃焼』とは、火をつけて燃やすこと。

私たちの体の中で起こっていることは、『燃焼』ではありませんね。

しかも燃焼が1段階のシンプルな反応であることに比べ、

私たちの体の中は多段階反応です。

反応が多段階になればなるほど、

途中で周りに逃げていくエネルギーが増えていきます。

ちなみに、現在の火力発電所の発電効率は約41%。

多段階反応を使っている以上、

これでも無駄の少ないエネルギー化がされている方です。

この火力発電所効率は、細胞のエネルギー効率とほぼ同じ。

「ミトコンドリアが細胞内火力発電所」と言われる理由の1つは、

ここにもあったのですね。

 

ATPから計算した数値と、アトウォーター係数はずれがあります。

アトウォーター係数は便利なため使われ続けていますが、

「ずれている」ことと、

「ずれている理由」は忘れないでくださいね。