「化学入門」

　この記事は、「文系にもわかる一気読み!化学入門」平山 令明 著　エクスナレッジ刊を参考にさせて頂いています。

水を加えて分解し、 水を除いて結合する

3大栄養素 として知られる炭水化物、脂質そしてタンパク質はいずれも生命活動に必要な物質ですが、食物中にあるそのままの形では、ヒトの体 内では利用できません。

私達は、牛肉を食べた場合、人間用の タンパク質につくり変える必要があります。

タンパク質は普通100個以上のアミノ酸が連結してできていますが、簡単のために10個のアミノ酸からなるタンパク質を考えてみます。 ヒトのタンパク質でのアミノ酸の並び方がa)であり、対応する 牛のタンパク質のアミノ酸の並び方がb)であるとします。

a) A1-A2-A3-A4-A5-A6-A7-A8-A9-A10
b) A3-A9-A8-A4-A5-A6-A7-A1-A2-A10

A1からA10は異なるアミノ酸です。ヒトのタンパク質は異なる 20種類のアミノ酸からできています。同じアミノ酸が使われてい ても並び方が違うタンパク質の性質は違いますので、b)のタンパ ク質そのものをヒトは利用できません。 そこで、c)のように、まずはタンパク質をアミノ酸にまで、バラバラにする必要があります。

　これが、肉を食べて「消化」するということです。 アミノ酸のつながり(-)をバラバラにするということは、アミノ 酸の間の化学的なつながりを分解するということです。2つのアミ ノ酸 (A1-A2)のつながりを分解する様子をd)に示します。

　つながっていたA1とA2のアミノ酸が分解されて、A1とA2の単 独のアミノ酸に変化します。単独のアミノ酸をA1°およびA2°と表しています。矢印は物質の変化を示します。 この場合、左辺の物質が右辺の物質に変化することを意味します。

　A1-A2という物質はA1°とA2°からできていますが、A1°やA2°とは 異なる物質です。このように「物質が変化する」ことを化学反応と 言います。

　d)の反応はアミノ酸同士のつながり(-)を分解するので、分解反応といいます。

　d)の左辺には水がありますが、これは反応が起こるためには水が必要であるということを意味します。つまり、水がないとタンパク質の消化ができないということです。水を付け加えることで分解するので、この反応を加水分解反応といいます。

　分解してできるアミノ酸にはタンパク質として働くためには、a)に示したように人の体内で働けるような特定のアミノ酸配列でつながる必要があります。

　タンパク質中のアミノ酸のつながりの順番は遺伝子のDNA(deoxyribnucleic acid/デオキシリボ核酸)の中に書かれています。問題となるタンパク質を作るためのDNAの情報が人と牛では異なります。A1°とA2°がつながってA1-A2になる反応をe)に示します。

　左辺の2つのアミノ酸A1°とA2°がつながり、右辺のA1-AA2になります。この時に水ができます。別の言い方をすると、 A1とA2から水を抜き、A1-A2にすることになります。

　この観点でこの反応を捉えると脱水反応ということになります。物質が作られるので、この反応は合成反応です。

　つまりe)の反応は脱水反応という反応です。またアミノ酸という類似した物質が複数つながっていることから、縮合反応という呼び方もします。

　d)の分解反応では道水が必要でしたが、e)の反応では水が生じることになります。このように水は単に物質を溶かす液体というだけでなく、生物体内で物質を変化させる時、この場合はアミノ酸からタンパク質を作る時にも生成します。

　e)の反応が行われ、例えばa)の反応のような順序でアミノ酸がつながり、 やっと人が利用できるタンパク質ができます。タンパク質の分解し、新たに自分で使えるタンパク質に作り変えることは生命活動そのものと言えます。

水が媒介して生命エネルギーが生まれる

　エネルギーは「何かをすることができる能力」ですので、さまざまな形態で存在します。それらは同じ実態の表現形式が違うだけですので、エネルギーの大きさは一つの単位で表すことができます。例えば重い物を持ち上げるのには、エネルギーが要ります。物理学では、「地球上で1kgのものを1m持ち上げるのに必要なエネルギーは9.80665ジュール(J)である」とします。

　仕事とエネルギーは同じもので、言い方を変えているだけです。

　3大栄養素の一つである炭水化物は人間の体内でやはり燃焼し、人間が生命活動を行うためのエネルギーを与えます。しかし、エネルギーはすぐさま熱や動力にかける変わるわけではありません。体内では次に示すような化学反応で炭水化物はエネルギーに代わります。

　ADBとATPは、それぞれアデノシンにリン酸（閉じ括弧そしてアデノシン三リン酸という物質です。静物画炭素以外に当店ADBとリーセンという二つの物質が必要になります。

　アルコールの名称と同様に炭水化物は酸素で燃焼し当店二酸化炭素と水を作ります。しかし、その時に発生するエネルギーは直ちにADPとリン酸をくっつけ、 ATPと言う物質を作るのに使われます楽天つまりATPという物質に燃焼で発生するエネルギーが蓄えられるわけです。

　炭水化物などの食物を体内で分解することを消化と言いますが、炭水化物を消化してもカナダの中で火が燃えるわけではなく普天、 ATPと言う物質が作られるわけです。

　このエネルギーは電池よりさらにずっと安定にエネルギーを貯蔵することができます。必要に応じてATPを使いエネルギーを得ることができるため、生物は非常に効率的に生命活動を営むことはできます。化学的に蓄えられたエネルギーという意味で、ATPに蓄えられるエネルギーのことを「化学エネルギー」ということがあります句句点

　生物がATPに蓄えられたエネルギーを利用する場合、次のようにATPを分解してADPとリン酸にし、そのときに放出されるエネルギーを使います。*

*生物体内では食物に含まれるエネルギーをATPという分子にしていったん調整してから使う。

　それ以外には何も発生せず、 ADPとリン酸は再度ATPを使うために利用されます。理想的なリサイクルシステムです。生命が実際に活動する上で必須のエネルギーはこのような撹拌変化によって蓄えられ利用されます。

水素の原子イメージ

　水素の原子記号はHです。原子は特定の性質を持った、物質を構成する最小の単位ですが、水素原子をさらに細かく見ると、下図のように2つの粒子からなっています。

　電子は原子内の特定の領域に存在すると考え、それを表すために(a)のように原子核の周りに円の軌道(点線で示す)を描き、ちょうど地球の周りを回る月のようにそこを電子が回ると概念的に考えると便利です。

　実際には、原子は(b)のように原子核の周りに雲のように存在します。その様子から電子雲といいます。原子核という言葉は原子の中心にある粒子を粒子一般を指すもので、 H原子の場合、原子核は陽子という一つの粒子からできています。物体が持っている電気の量を電化といいますが陽子はプラス一の電荷を持っています。

プラス一というのは電荷の量の基本的な最小単位ということです。一方、天使は陽子と反対にマイナス一の電荷を持っていますので句読点、一つの水素原子全体としての電荷はゼロです。これを電気的に中性になっているといいます。天使をその英語名のエレクトロンの頭文字を取っていいさらに2マイナスの電荷を置いていることからEマイナスと表記されます。

主な結合の結合距離と結合エネルギー

	結合距離(pm)	結合エネルギー(kJ/mol)		結合距離(pm)	結合エネルギー(kJ/mol)
H – H	74	436	C = C	134	620
H – C	110	414	C = N	127	615
H -N	98	393	C = O	121	745
H – O	94	460
H – S	132	368	C ・O	120	812
H – Cl	127	427	C N	115	891
C – C	154	346
C – N	147	276	F – F	141	154
C – O	143	351
C – P	184	263
C – S	181	255
C -Cl	176	338