欧州の医学部入試問題を実際に解く：生物、化学の問題と解説 ⑵

• A) Cellular respiration occurs in two stages: glycolysis and oxidative phosphorylation. Glycolysis takes place in the cytoplasm, while oxidative phosphorylation occurs in the mitochondria, resulting in roughly 30 ATP per glucose molecule.
• B) Cellular respiration includes three main stages: glycolysis (in the cytoplasm), the citric acid cycle (in the mitochondria), and oxidative phosphorylation (in the mitochondria), yielding about 36-38 ATP from one glucose molecule.
• C) The process of cellular respiration consists of five stages: fermentation, glycolysis, the citric acid cycle, electron transport chain, and ATP synthesis. The entire process occurs exclusively in the nucleus and produces 24 ATP per glucose molecule.
• D) Cellular respiration has three main stages: glycolysis (in the mitochondria), the citric acid cycle (in the cytoplasm), and oxidative phosphorylation (in the nucleus), yielding an estimated 18 ATP from a single glucose molecule.
• E) The process of cellular respiration involves two phases: the light-dependent reactions and the Calvin cycle. These processes happen in the chloroplasts and yield about 48 ATP from one glucose molecule.

• A) 4.56
• B) 4.74
• C) 4.92
• D) 5.10
• E) 5.28

細胞呼吸は、グルコースなどの有機物からエネルギー(ATP)を生成するプロセスで、以下の3段階があります。

1. 解糖系: 

   – 場所: 細胞質

   – プロセス: グルコース(6炭糖)が2分子のピルビン酸(3炭糖)に分解される

   – 収支: 2 ATP、2 NADH生成

2. クエン酸回路（TCAサイクル）: 

   – 場所: ミトコンドリアのマトリックス

   – プロセス: ピルビン酸がアセチルCoAに変換後、完全に酸化される

   – 収支: 2 ATP、6 NADH、2 FADH₂生成

3. 電子伝達系と酸化的リン酸化: 

   – 場所: ミトコンドリア内膜

   – プロセス: NADHとFADH₂から電子が運ばれ、プロトン勾配を形成しATP合成

   – 収支: 最大約28 ATP生成

グルコース1分子から生成されるATP量について:

グルコース1分子の完全酸化による理論的なATP収量は約38分子です。

• 解糖系：基質レベルのリン酸化により純益2 ATP生成
• 解糖系で生成される2 NADH：5-6 ATP
• TCAサイクルで生成される2 NADH（ピルビン酸からアセチルCoA生成時）：5-6 ATP
• TCAサイクル：基質レベルのリン酸化によって、2 GTP（≒ 2 ATP）
• TCAサイクルで生成される6 NADH：18 ATP
• TCAサイクルで生成される2 FADH₂：4 ATP

しかし実際の生体内では、様々な要因により効率が下がります：

• ミトコンドリア内膜におけるプロトン漏出
• ATP合成酵素の機械的効率の限界
• 細胞質で生成されたNADHのミトコンドリアへの輸送コスト（グリセロール-3-リン酸シャトルやリンゴ酸-アスパラギン酸シャトル）

これらの要因により、実際の収量は理論値よりも低く、現在の科学的コンセンサスでは約 30-32 ATP分子と考えられています。​​​​​​​​​​​​​​​​

To calculate the pH of this buffer solution, we use the Henderson-Hasselbalch equation:

Step 1: Identify the values

– pKa = 4.74 (given)

– [Conjugate base] = [CH₃COONa] = 0.3 M

– [Weak acid] = [CH₃COOH] = 0.2 M

Step 2: Substitute the values into the Henderson-Hasselbalch equation

pH = 4.74 + log(0.3/0.2)

pH = 4.74 + log(1.5)

pH = 4.74 + 0.18 (using the given value of log(1.5))

pH = 4.92

Therefore, the pH of the buffer solution is 4.92.

The other options are incorrect:

– Option A (4.56): This would result if log(1.5) was incorrectly subtracted instead of added.

– Option B (4.74): This is simply the pKa value without accounting for the concentration ratio.

– Option D (5.10): This would result if the ratio was calculated as 0.3/0.1 instead of 0.3/0.2.

– Option E (5.28): This would result if log(3.0) was used instead of log(1.5).​​​​​​​​​​​​​​​​

緩衝溶液のpHは、ヘンダーソン・ハッセルバルヒの式を使用して計算できます：

pH = pKa + log([塩基]/[酸])

まず、pKaを計算します：

pKa = -log(Ka) = -log(1.8 × 10⁻⁵) = 4.74

次に、式に値を代入します：

pH = 4.74 + log(0.3/0.2)

pH = 4.74 + log(1.5)

pH = 4.74 + 0.18

pH = 4.92

したがって、この緩衝溶液のpHは約4.92です。これは酢酸と酢酸ナトリウムの緩衝作用によるもので、酸や塩基が少量加えられても、pHの大きな変化を防ぐ働きをします。​​​​​​​​​​​​​​​​

この緩衝液のpH計算問題は、以下の点に関しての知識が問われております：

1. 酸解離定数(Ka)と酸解離指数(pKa)の関係

2. ヘンダーソン・ハッセルバルヒの式（Henderson-Hasselbalch equation）の使用

3. 緩衝液の概念と、弱酸とその塩からなる緩衝液のpH計算