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理由で解く 柔道整復師

QJ27A067　生理学

出典：第27回柔道整復師国家試験（2019）午前 問67
問題
電子伝達系で最終的に産生されるのはどれか。
選択肢
1 水
2 脂肪酸
3 アンモニア
4 ピルビン酸
解答
正解1（水）
解説

電子伝達系の最終産物は水である。運ばれてきた電子が最後に酸素へ渡され、水素イオンと結びついて水ができる。

電子伝達系はミトコンドリア内膜に組み込まれた一連の複合体で、解糖系・クエン酸回路・β酸化で生じたNADHとFADH2が電子を持ち込む。電子は複合体I〜IVを順に流れ、最終段階の複合体IV（シトクロムcオキシダーゼ）で酸素（O2）に渡され、H+と結合して水になる。電子が流れる過程でH+がマトリックスから膜間腔へ汲み出され、生じたプロトン濃度勾配を利用してATP合成酵素がADPからATPを合成する（酸化的リン酸化）。つまり酸素は「電子の最終受け取り役」であり、ヒトが呼吸で酸素を必要とする理由そのものがここにある。酸素がなければ電子の流れが止まってATPが作れなくなる、という因果で理解しておきたい。

✓ 1. 正しい
水
複合体IVで酸素が電子を受け取り、H+と結合して水（H2O）が生成される。電子伝達系そのものの最終産物であり、同時に生じたプロトン勾配がATP合成の駆動力となる。
✗ 2. 誤り
脂肪酸
脂質の構成成分であり、ミトコンドリアではβ酸化によって「分解される」側である。分解の過程で生じたNADH・FADH2が電子伝達系に電子を供給するので、産物ではなく供給源にあたる。
✗ 3. 誤り
アンモニア
アミノ酸からアミノ基が外れる脱アミノ反応で生じる有害物質で、肝臓の尿素回路で尿素に変えられて腎から排泄される。蛋白質代謝の産物であり、電子伝達系とは経路が異なる。
✗ 4. 誤り
ピルビン酸
細胞質で進む解糖系の最終産物である。好気的条件ではミトコンドリアに入ってアセチルCoAとなりクエン酸回路へ、嫌気的条件では乳酸に変わる。電子伝達系より前の段階の物質である。

🔗 関連図（かずひろ解剖学 図解ライブラリ）

ミトコンドリアミトコンドリア▶ この図の説明を読む
ミトコンドリア

この図の解説

この図はミトコンドリアの電子顕微鏡像と模式図を並べ、二重膜の構造とエネルギー産生の場を対応づけて示す。外側の外膜と、内側で内部へ深く折れ込んでひだ（クリステ、教科書ではクリスタ）をつくる内膜の、二重の膜の袋からなる。内膜に囲まれた内部の基質がマトリックスである。左上のまとめは反応がどこで起こるかを整理する。酸素を使わない解糖は細胞質（ミトコンドリア外）、酸素を使うTCA回路はマトリックス、電子伝達系はクリステで行われる。ミトコンドリアは栄養素を燃焼して得たエネルギーをATP（アデノシン三リン酸）の形にして細胞活動へ供給する、エネルギー産生の場である。形は球形ないし糸状（立体的にはソーセージ状）で、数は細胞によって異なり、肝細胞1個には約2,000個が含まれる。図の中央に散在する点はマトリックス内のミトコンドリアDNAを表す。

学習の要点

  • ミトコンドリアは外膜と内膜（クリステ）からなる二重膜の細胞小器官で、栄養素を燃焼してATPを産生するエネルギー産生の場である。
  • 覚え方のコツ: 「マト＝TCA、クリ＝電子伝達」。マトリックスでTCA回路、クリステで電子伝達系。解糖だけはミトコンドリアの外（細胞質）で無酸素的に進む。
  • 関連知識: ここでつくられるATPは、骨格筋のアクチン・ミオシン滑走やナトリウム-カリウムポンプの能動輸送など、全身の細胞活動でエネルギー源として消費される。
  • よくある間違い: 解糖をミトコンドリア内の反応と思い込む。マトリックス（TCA回路）とクリステ（電子伝達系）の役割を逆に覚える。
  • 臨床応用: 持続的な収縮を担う赤筋（赤色骨格筋）はミトコンドリアが豊富で、ミオグロビンとともに有酸素的なエネルギー産生を支える。

比較表

過程場所酸素の要否
解糖細胞質（ミトコンドリア外）無酸素的
TCA回路マトリックス有酸素的
電子伝達系クリステ（内膜）有酸素的

確認問題（その場で確認・記録には残りません）

ミトコンドリアのマトリックスで行われる代謝過程はどれか。
✓ 正解！✗ 不正解（緑が正解）
ミトコンドリアの内膜が内部へ深く折れ込んでできたひだ状の構造を（ ）という。
答えを見る
答え: クリステ（クリスタ）
ミトコンドリアは内膜と外膜の二重の膜からなる。
✓ 正解！✗ 不正解（緑が正解）
ミトコンドリアについて誤っているものはどれか。
✓ 正解！✗ 不正解（緑が正解）
電子伝達系が行われる場所はどちらか。
✓ 正解！✗ 不正解（緑が正解）
肝細胞1個に含まれるミトコンドリアの数はおよそどれくらいか。
✓ 正解！✗ 不正解（緑が正解）
※ 確認問題はその場の理解確認用で、復習スケジュール(FSRS)には記録されません。
ポイント
  • 電子伝達系＝ミトコンドリア内膜。最終産物は水、同時にATPが作られる。
  • NADH・FADH2が運んだ電子は複合体I〜IVを流れ、最後に酸素が受け取る。
  • 電子の流れでH+が膜間腔に汲み出され、その勾配でATP合成酵素が働く（酸化的リン酸化）。
  • 解糖系（細胞質）→ピルビン酸、クエン酸回路（ミトコンドリア基質）→CO2とNADH/FADH2、と場所と産物をセットで覚える。
  • グルコース1分子から好気的には最大約32〜38分子のATPが得られ、その大部分が電子伝達系由来。
比較表
経路場所主な産物酸素
解糖系細胞質ピルビン酸、ATP 2、NADH不要
クエン酸回路ミトコンドリア基質CO2、NADH、FADH2、GTP直接は不要
電子伝達系ミトコンドリア内膜水、ATP（大部分）必要（最終電子受容体）
β酸化ミトコンドリア基質アセチルCoA、NADH、FADH2直接は不要
キーワード
電子伝達系 酸化的リン酸化 ミトコンドリア内膜 クエン酸回路 解糖系
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