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理由で解く 柔道整復師
QJ31A103 生理学
「ミトコンドリアを必要としない反応」を選ぶ問題です。解糖は細胞質基質（サイトゾル）で進み、ミトコンドリアも酸素も要らないため、正解は1です。
解糖はグルコースを10段階の反応でピルビン酸まで分解する経路で、すべて細胞質基質で行われます。この間に基質レベルのリン酸化で正味2分子のATPと2分子のNADHができます。ここから先が細胞内小器官の出番で、ピルビン酸はミトコンドリアに運ばれてアセチルCoAになり、クエン酸回路へ入ります。脂肪酸も、長鎖のものはカルニチンシャトルでミトコンドリア内膜を越えてからマトリックスでβ酸化を受け、アセチルCoAへ分解されます。クエン酸回路やβ酸化で生じたNADH・FADH2の電子は内膜の電子伝達系に渡され、その過程で作られたH⁺の濃度勾配をATP合成酵素が利用してATPを作ります（酸化的リン酸化）。この「細胞質＝解糖／ミトコンドリア＝それ以降」という区切りが分かっていれば、ミトコンドリアを持たない成熟赤血球が解糖だけでATPをまかなっていることも、酸素が足りない筋で乳酸ができることも同じ理屈で説明できます。
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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）
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- 解糖＝細胞質基質。酸素もミトコンドリアも不要で、正味2ATPと2NADHを生じる。
- β酸化とクエン酸回路はミトコンドリア・マトリックス、酸化的リン酸化は内膜。
- ピルビン酸はミトコンドリアに入ってアセチルCoAとなり、そこから先が好気的代謝。
- 成熟赤血球はミトコンドリアを持たないため、ATPは解糖のみに依存する。
- 長鎖脂肪酸はカルニチンシャトルで内膜を通過してからβ酸化を受ける。
| 反応 | 行われる場所 | 主な産物 | ミトコンドリア |
|---|---|---|---|
| 解糖 | 細胞質基質（サイトゾル） | ピルビン酸、正味2ATP、2NADH | 不要 |
| β酸化 | ミトコンドリア・マトリックス | アセチルCoA、NADH、FADH2 | 必要 |
| クエン酸回路 | ミトコンドリア・マトリックス | NADH、FADH2、GTP、CO2 | 必要 |
| 酸化的リン酸化 | ミトコンドリア内膜 | 多量のATP、H2O | 必要 |
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