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生命活動とエネルギー

(2019/06/17)追記。2月9日に泳いだが、何か規制されているようだったので、それから中止している。何故このような、精神的に圧迫感で塞がれる毎日なのか。その捌け口として、記事に記す。

(2019/02/05)追記。身体活動でどのように何処でエネルギーが使われるかが知りたい。こんな単純で、初歩的な疑問が日常生活に結びついた大切な科学になると思う。いわゆる学術的でない科学論だ。生化学は理解するにとても多くの基礎を学ばなければならない。8年間ほど全く中断していた水泳を身体機能維持のため少し再開した。1時間ほど泳ぐと、体重が800gほど減少した。汗や尿として何かが使われた筈だ。酸素を呼吸で取り入れ、何かを燃焼させたのであろう。食事を取って養分を肝臓や血液中に、また皮下、内蔵脂肪として蓄えているのだろう。身体活動では体中の筋肉細胞を働かせ、おそらく体脂肪を酸素で燃焼しているのだろう。炭酸ガスや水あるいは尿酸などとして細胞の窒素やカルボキシルキ(?)などを酸素で分解した結果身体体重の減少となったのだろうと考える。そんな科学論は学術研究の対象とするには経済性を伴うものでないから、殆ど見向きもされない事になるのだろう。だから教育の授業内容が学術の為の基礎訓練教育になって、いわゆる自然を説き明かす科学感覚の日常性とかけ離れたものになっているのだろうと考える。身体の筋肉の働きにエネルギーがどのように関わっているかは極めて日常的な科学論の筈である。科学リテラシ-が叫ばれるが、学術的でない日常生活感覚としての理科教育を目指すべきと考える。

合エネルギー 焚火の科学(2018/05/26)を書いた。その後に結合エネルギーの事を知った。高等学校の化学の内容で結合エネルギーの事項が詳しく取り上げられていることを。恥ずかしいことだが筆者の化学の知識には結合エネルギーは無かった。前の記事、結合エネルギー-不思議の砦-(2018/12/02)を先に纏めた。エネルギーの意味、物理学でのその概念が曖昧なことを電気磁気学を通して指摘し、見えないエネルギーの実相を論じてきた。やはり最後にもう一度身体活動のエネルギーについて、生物学ではどのように取上げているかを確認したかった。しかしその意味はATPのアデノシン三リン酸の結合エネルギーとしての解説で論じられ、如何にも曖昧な状態である。その解説を読んでも、どのように身体活動の筋肉細胞でエネルギーが仕事をすることに繋がるかの具体的なイメージが全く湧かない。それでは生物の活動エネルギーの意味が理解できない。生物学に無知の筆者の解釈としては、酸素による細胞内の栄養素分子分解で、炭酸ガスと水に分解されて活動エネルギーが得られると感覚的に感じる。酸素と水と炭酸ガスに繋がらない生物学の化学反応理論では残念ながら感覚的に理解に至らない。確かに分子結合・分子分解の仕組みを結合エネルギーで捉える解釈は大切であろう。ただ電磁気学の空間エネルギーの物理的認識から考えると、エネルギーそのものがどのように生命活動に関わっているかの解説がもっと論じられて良いと思う。脳でのエネルギー発信(電磁信号はエネルギー分布の縦波である)や筋肉の何にどのようにエネルギーが関わって生命活動、身体運動が行われているかの日常生活の基本的意味についての解説が全く見えない。生物学の科学理論で幾ら新しい知見が論じられても、おそらく高校生もATPのエネルギー論の解説では理解するのは無理であろう。NHK高校講座/生物基礎/生命活動を支える代謝に、筋肉収縮とATPの関係が実験で示されている。ATPを使い切るとADPになって筋肉は次に弛緩して伸びるのか。エネルギーとその筋肉との分子結合の仕組みの解説が欲しい。こんな疑問こそ自然科学の基礎理論研究の学生の原動力になるのであろう。 『疑問こそ理解への道標』。分かった事より何が分からないかの授業解説がより分かりやすいのではないか。疑問を沢山拾い集めよう。気付いたら過去にも同じ疑問を綴っていた。本記事の末尾に挙げた。やはり残されたエネルギー論の最後の関門は生物学になるかと思う。そんな思いで以下に蛇足を付け加える。

ATP 生物学のエネルギーはATPで論じられる。そのエネルギーはやはり物理学の命題であろう。エネルギーとは何か?との問いに答えられるのだろうか。朝、歯を磨きながら疑問に思う。歯磨き動作は心(脳機能)と身体活動の調和がとれた行為である。脳の指令と歯磨きの手の状態信号との付き合わせのフィードバック制御系統の調和が整えられていることで可能なことと思う。こんな単純な動作も基本的にはとても深い生命活動の神秘が隠されている筈だ。身体の情報とその伝達はすべて電磁エネルギー波が支配している筈だ。細胞体や骨格更に神経細胞すべてがその信号の伝達経路になっていると素人ながら考える。情報伝達はほぼ光速度で伝達されているだろう。手の動き一つもエネルギーを消費しなければ出来ない。それがエネルギー保存則の原理であろう。物理学のエネルギーが運動エネルギーと位置エネルギーではこの身体活動のエネルギー論には役立たない筈だ。生物学も物理学のエネルギー論に論拠を置いて解釈するから、明確なエネルギーのイメージ・機能が湧かないのではなかろうか。筆者には生命活動のエネルギー論にATPが中心になっている論理が理解できないので、その辺を専門家の方々に御説明いただければ有り難いという思いで疑問を披露している。

ATP 生命活動のエネルギー論はこのアデノシン三リン酸が中心になっている。リン酸の結合と解離でエネルギーの解説が完結しているようだ。図はこのATP周りの生物学の基礎が疑問符に埋もれた筆者の知識レベルを表した。末尾の記事(1)で取上げた図である。

神経細胞の機能 生体には生命活動を司る制御信号が有ろう。それは空間エネルギーの縦波の筈だ。自然は電気回路の電気エネルギー伝播も光伝播現象も基本は同じ原理・現象に基づいている筈だ。その根本はエネルギーが支配している。歯磨きで、どの歯に歯ブラシが当たり、手がどのように動いているかは脳が、その脳でも専門書に依れば特に小脳が、その状態を検知していると思う。その情報検出回路が神経細胞の主たる役割であろう。近光速度伝播速度の信号は神経細胞内を伝播するエネルギー波が担っている筈だ。電気制御回路のフィードバック回路がその神経細胞に当たると思う。

エネルギー論の課題と展望 『静電界は磁界を伴う』から始まった、電荷否定の非常識の科学へ歩む道を辿って来た。もう残念ながら「電荷」を拠り所とした科学論を信用出来ない処に来てしまった。エネルギーの実相を感覚的に感じることが自然を理解するに欠かせないと思う。そんな意味でエネルギーの解釈がそれぞれの学問の中にどのように的確に描写されているかを確認したいと思う。自分の身体活動はやはりエネルギーの仕事をする物理現象の一つであろうから、その学問を構成する基本を科学リテラシ-に照らして学びたいと思う。そこにはエネルギーを消費するという場合の、エネルギーの科学的意味合いが具体的に明確に認識されなければならないと思う。運動エネルギーと位置エネルギーでは全く論理的な解釈は示せないだろう。筋肉にエネルギーがどう働くかを知りたい。

記事(1)体温と身体活動エネルギー「理科基礎(仮称)」を想定して

過去の関連記事。2014年に筆者が生物学の基礎くらいは理解できないかと参考書などで学習した。しかし余りにも理解困難な壁であることを知らされた。筆者が疑問に思った事を綴ったものである。ただし(6)脳の機能と個性は自分ながら気に入ったものである。

(2)脳と生体制御の謎 (2014/03/21) (3)染色体と遺伝の仕組み (05/08)

(4)細胞分裂の意味を問う (04/18)  (5)生命の始まりと脳 (05/11)

(6)脳の機能と個性 (09/05)      (7)アミノさん(amino acid)を追って (11/06)

(8)ニューロン(Neuron)を尋ねて (11/13)

体温と身体活動エネルギー「理科基礎(仮称)」を想定して

すべての市民が現代社会においては科学技術に関わることの大きな比重を占めて生活している。私も、少しは自然科学の事を記事にして公開している。そこで高等学校の理科(物理、生物、地学および化学)教育で習得して置かなければならないと決められている文部科学省の『学習指導要領』の内容を知る為に、『生物』の参考書(新課程版2012年4月以降入学生対象 大学入試で云々・・)を読ませて頂いた。高校生が学習する内容は一般市民として理解していなければならない内容なのだろうと思う。しかし能力不足で、内容がまったく理解できなかった。そこで『アメリカ版 大学生物学の教科書 第1巻 細胞生物学 D・サダヴァ他著 石崎泰樹/丸山 敬 監訳・翻訳 BLUE BACKS 』で勉強させて頂こうと購入した。

恥ずかしい生物学理解不能力 私は殆どの記事を読んでも、全く理解できない。こんな難しい生物学を高校生は理解できるのかと驚きだ。そこで、自分の生物学的能力の無さの原因はどこにあるのかと考えた。確か高校の1年生で、生物を習った覚えはある。赤ガエルの足の皮をむいて(今は生物生存環境が人間に因り劣悪化して、殿様ガエル、赤ガエルなど殆ど見掛けない)、神経の反応で筋肉がピクピクするのを電極を使って調べた記憶がある。先の細胞生物学の教科書の中で、第3章 エネルギー、酵素、代謝 の部なら『エネルギー』の事が関係しているから少しは理解できるかと思って読み進んだ。世界は、医学・生物学の分野で新しい認識に因り、細胞の再生医療が現実味を帯びている。高度医療に因る恩恵の一方、医師不足が社会問題として将来に暗雲さえも感じられる事態に成った。余りにも自分の医学的理解力の欠如と現実的医療内容の高度化との乖離が大き過ぎて、社会的不安感が自分を苛む。そんな現実の中で、己の生物学に対する無知が恐ろしくもある。高等学校の理科教育の未来の指標「理科基礎(仮称)」を想定してみれば、その内容がどのようであるべきかと己の無能を一つの基準として考えるのも有効な視点に成るかと思った。エネルギーとアデノシン三リン酸(ATP)の解説を読みながら疑問を拾い上げて考えてみようと思った。

アデノシン三リン酸とエネルギー

ATPとエネルギーATPとエネルギー アデノシン三リン酸の意味は細胞をはじめ生物の身体活動の『エネルギー』との関係で理論的解釈が示されている。その説明の殆どが理解できないので、図のように?マークを付けざるを得ない。解説を読んでも理解できない能力不足の自分を曝すことで、高校生が理解できると言うその意味を確認してみたい。先ず基本的視点として『エネルギー』とは何かが問題なのじゃないかと思ったのでその点を考える事から始めたい。

?体温とエネルギー 生物学的理論では、分子構造とその合成・分解に伴うエネルギー論が主体的論点に成っている。しかも解説によれば、エネルギーは物理学的認識に基づいて運動エネルギーと位置エネルギーの二つを基本的認識に据えている。さらにエントロピーやエンタルピーと言う熱力学的概念を取上げて基礎と説明されている。しかしATPの化学反応過程の説明では、『エネルギー』と言うが、それがどのような運動エネルギーなのか、位置エネルギーと関連する事なのかの理論的結びつきの説明が全くない。その解説の中味を追っても論理性がまったく見えず、ただ解説内容をそのまま鵜呑みして覚えなさいと強制されている様な圧迫感を受ける。どこにも「考える」意味が見えないのだ。これが自然科学の論理性なのかと恐ろしくも感じる。『エネルギー』の実体がまったく解説の中に見えない。不図思った。素人ながら、電気磁気学の考察感覚から考えて、生命を保持する基本的身体的条件があるのじゃないかと。『体温は生命体の保全環境基準』と言う意味で捉えるべきなのじゃないかと。送配電線路のエネルギー伝送設備で、線路電圧と言う電気概念がある。今まで『電流は流れず』に因り、電線内を電荷が流れると言う電気概念は間違っていると説明して来た。『電荷』概念に基づく電磁気学理論に矛盾がある事に留意して、送配電線路の『電圧』とは何かを探って来て、結局エネルギーで観る線路電圧 においてその本質を示した。何かその電気回路の『エネルギー』と身体の『エネルギー』とが同じ意味に見えた。そこからの類推しての解釈でもあるが、体温は身体全体に分布した『エネルギー』の姿であると。送配電線路は発電所でただ電圧を制御すれば末端までのエネルギー供給が成され、電力系統は保持される。身体もただ体温を制御すれば、どこの筋肉の動作にも必要な『エネルギー』が容易に得られる筈である。『熱エネルギー』が光や電気信号(神経)のエネルギーとまったく同じものである。医学・生物学について全くの素人解釈ではあるが、高校生が学習する初めに同じ思いを持つかと思って、アデノシン三リン酸のエネルギー論に対する疑問を拾い上げておきたい。それは高校生の考える『生物学』の参考にもなるかと思うからでもある。

?1 最初の?としてアデニンと言う分子(遺伝子DNAを決める塩基)を取り上げたい。この分子は?2のDNA(4種の塩基)の中の一つである。大よその理解で考えれば、この4種の分子が全ての生物の遺伝情報を支配する基本分子であるようだ。人間に必要な『必須アミノ酸9種』は人が外部から取り込まなければならないとされている。しかし、このアデニンはどこで合成されるのか。植物の光合成でのみ得られるものなのかと疑問がある。人が細胞内で合成生産できるものなのか。他の3種の塩基も同じくどこで産生されるのか。細胞内での細胞分裂では無限に必要な分子であるから、常に細胞内に取り込まれていなければならない筈だ。4種の塩基、リボースの糖およびリン酸が十分に供給されなければならない筈だ。その上で、生命活動に必要な『エネルギー』の供給に何故ATPだけが論点に成るのかも知りたい。他の3種の塩基チミンT、シトシンC更にグアニンGはなぜ『エネルギー』論の対象から外されるのか。例えばグアニンGもアデニンと似た分子構造であるから、リボース、リン酸と合成されGTP等と言うものも有っても良かろうと素人は考える。何故アデニンだけが『エネルギー』論の対象に成るかが考える理科教育には重要な論点ではないかと考える。教育者及び『学習指導要領』関係者はその辺の事も「考える」疑問に答えて欲しいのだ。そこに今、今日からの子供達の未来が掛っているのだ。

?3(リボース) 勉強不足で申し訳ありませんが、時どき結合手の表現でこのような太線表現がある。炭素結合の表現法であろうが、特別の意味があるのだろうか?

?4 ATP アデノシン三リン酸の『エネルギー』論の解説で、ATP→ADP+エネルギーと示される。リン酸が3個から2個に減少して、その結合分の『エネルギー』が放出される意味らしい。じゃあ、2個から1個にもならないのかと疑問が浮かぶ。更にそんなリン酸1個が分離するだけで『エネルギー』が得られて、そのエネルギーはどこにどのように使われるのかと質問したくなる。自分の高校時代を思い出すが、授業中に質問ばかりして、授業の進行を妨げた事をお詫びしなければと思いだした。御免なさい。それにしてもリン酸1個が合成されるか分解されるかで、『エネルギー』が論じられるなら、アデノシンの部分は大げさで、図体だけの邪魔なのじゃないかと思った。そのアデノシンの部分は『エネルギー』供給にどんな役割を担っているのだろうか。アデノシンの分子構造が酵素との結合に重要らしい事は説明されているが、『エネルギー』の発生にどんな役割があるのかが見えない。結局『エネルギー』とは何かが見えないのだ。

?5 結合手 結合手の2本線と1本線の違いは意味があるのか。ベンゼン核の分子構造とその立体構造の問題であろう。『電荷』の電気結合手表現であるのだろうが、ベンゼン核の炭素は6個とも対等であろうから結合手1本と2本の違いは無い筈だ。しかも空間構造も平面的ではなかろう(2018/01/03 考えが変わった。ベンゼン核が平面構造であるとすれば、その対称性は軸性とエネルギー貯蔵の機能を担っているのかと考えられる)。そのことから、アデニンも立体的な構造を考慮した表現では、結合手1本、2本の差は無かろう。もし窒素Nに1本と2本の差があるとすれば、その立体空間構造でもその差異を示さなければならない筈だ。すべてが『電荷』概念の結合手に基づく科学理論の根本的問題なのだ。この世界に『電荷』等実在しないのだ。なお生物学においてはベンゼン核は殆ど無関係のようで、取り上げられない。

?6 水素とプロトン 分子結合には必ず水素-Hがある。水素とプロトン(陽子)にはどんな違いがあるのだろうか。水素は世界に存在する最小の原子で、質量の構成単元とも言えよう。その陽子と水素原子は質量で差はなかろう。元々もし電子・電荷を仮定しても、その『電荷』は核の陽子と電荷的に釣り合っていて、外部と結合する電気的力の働きを持てない筈だ。だからもし水素原子の結合があるとすれば、素粒子の陽子が張り付いて、質量のバランス程の意味しか持たなかろうと思う。陽子なら水素原子以上に小さな質量単位と考えられる。

「理科基礎(仮称)」の生物学 化学とも関係する分子構造に関して、その詳細が解って来たように見受けられる。その構造の決定法が教科内容のトピック的に取り上げられれば、科学技術として有効な教育効果をもたらすと思う。それは素人的にはとても興味がある問題だ。また、人間の身体的機能、臓器の働きあるいは循環器系など保健教科と重なるかもしれないが細胞理論より大切と思う。

神経細胞とその機能 常日頃の疑問。出来たら教えて欲しい。身体活動全てで、その働きを支配し制御するのが神経伝達系だと言うように解説されているようだ。神経細胞を通して指令信号が『脳』から発しられ身体活動が起こると解釈されているように思う。しかし、神経伝達方向は末端から『脳』に向かって神経細胞を通るのではなかろうか。『脳』からの発信信号は神経細胞を通るより、身体構造全体、骨格、靭帯などを通して伝達される。神経細胞はすべての情報を検知し、理解するフィードバック信号の伝達機能を担っているように思う。五感で受け取る情報を常に『脳』で把握していなければならないから。こんな人間臭い素人の話は、高尚な学理の問題として取り上げるべきでないと言われそうだが、蛙の受精論より身近な大切な話と思う。日常生活に根差した新しい理科教育を行うべきと考える。関連記事に脳の機能と個性および脳と生態制御の謎がある。