【高校生物】呼吸商の計算方法を例題でマスターしよう【要点まとめ】

この記事では代謝の呼吸の分野でよく出題される「呼吸商」について説明します！呼吸商の計算はやや発展的な内容ですが、大学入試ではよく見られる問題の一つです。定期テスト前はもちろん、1月の共通テスト前までにはできるようにしておきたい範囲ですね。

今回は2つの例題で考え方や計算方法を説明しているので、苦手な人は一緒にチェック、得意な人は先に自分で問題を解いてみましょう！

呼吸商とは？
1. 基本的な考え方
2. グルコース（炭水化物）以外の呼吸基質
呼吸商の例題に挑戦！
混合物の呼吸商を求めてみよう！
まとめ

呼吸商とは？

呼吸商とは、生体において、炭水化物などの栄養素が分解されてエネルギーを産生するときに、一定時間に排出された二酸化炭素(CO2)と吸入した酸素(O2)の体積比（CO2/O2）のことです。RQ(respiratory quotientの略)と呼ぶこともあります。

基本的な考え方

呼吸の反応では、酸素を使ってATPを合成する過程で二酸化炭素が排出されます。この排出された二酸化炭素を吸入した酸素量で割った答えの数字が呼吸商です。割り算の答えなので、「商」とついてるわけですね。小学校くらいで足し算の答えは和、引き算の答えは差、掛け算の答えは積、割り算の答えは商と習ったのを覚えてますか？

上述した通り、呼吸商は呼吸基質（呼吸のエネルギー源となるもの、二酸化炭素を摂取する栄養素）の種類によって異なります。たとえば一番メジャーなのがグルコース（炭水化物）です。

グルコースの完全燃焼では、以下のような式になります。

C6H12O6＋6O2―→6CO2＋6H2O＋エネルギー

この式から呼吸商を計算してみましょう！二酸化炭素と酸素の量（係数）は同じ「６」ですね。なので呼吸商の計算式は次のようになります。

RQ＝6CO2/6O2＝1

つまり、グルコースの呼吸商は「１」が答えです。単位は付けないので注意しましょう！

計算自体はとてもシンプルです。なので、計算のテクニックは必要なく、どの数字を使うのか「呼吸商の考え方」がちゃんとわかっていれば簡単になってきますよ！

グルコース（炭水化物）以外の呼吸基質

呼吸において分解される有機物のことを，呼吸基質といいます。呼吸基質として代表的な有機物はグルコース（炭水化物）なんですが、それ以外にも脂肪やタンパク質も呼吸基質として使われているんです。

タンパク質や脂肪は分子中の酸素原子含量がグルコース(炭水化物)より低いので、より多くの酸素を必要とします。もっとかみ砕いて言うと、使う酸素の量が多い＝呼吸商の計算式の分母が大きくなるので、グルコースよりも呼吸商の値が小さくなります。タンパク質ではRQ＝0.8、脂質ではRQ＝0.7と扱う問題が多いです。

例外もあって、生体の通常のRQは1以下ですが、激しい肉体労働時には1を超えることも。また、他の呼吸基質である、ある種の有機酸のRQは1より大きくなることもあります。

普段はグルコースを利用していますが、利用できるグルコースが少ない時は、脂肪→タンパク質の順番で使われていきます。なぜこの順番かというと、体内にエネルギー源を貯蔵することを考えた時、脂肪はグルコースに比べて場所を取らないので貯蔵に向いています。タンパク質は分解するとアミノ酸やアンモニアが発生しそれらの処理が必要になってくるため最後の手段…こんなイメージです。

呼吸商の例題に挑戦！

C16H32O2の物質が好気呼吸に使われた場合の呼吸商を求めてみよう。

この呼吸基質が好気呼吸に使われた反応式を作成する

始めに好気呼吸（酸素を利用する呼吸のこと）の反応式を考えてみましょう！この反応式は暗記する必要は全くなく、その場で作ることができます。ポイントはO2 、CO2 、H2Oの係数をそれぞれx、y、zと置くことです。

C16H32O2 + xO2 → yCO2 + zH2O

化学反応式を作る方法と同じように式を完成させる

ここでのポイントは「左右のパーツの数を揃える」ことです！

C16H32O2 + xO2 → yCO2 + zH2O

Ｃに注目する…左辺はＣが【16個】なので【ｙ＝16】とする。
Ｈに注目する…左辺はHが【32個】なので【ｚ＝16】とする。
Ｏに注目する…右辺にはOが【48個】、左辺にはOが【2個】ある。

⇒残りの【32個】がxO2にあればよいので【ｘ＝23】となる！

よって反応式は次のようになります。

C16H32O2 +［ 32 ］O2 → ［ 16 ］CO2 + ［ 16 ］H2O

呼吸商を計算する

最初に説明した通り、排出された二酸化炭素を吸入した酸素量で割った答えの数字が呼吸商です。CO2 / O2 なので…

y / x = 16 / 23 =0.7

呼吸商が0.7と出ましたね。問題としては0.7が求められれば正解です。補足事項としては、この数字は脂肪なので、C16H32O2の物質は脂肪であることもわかります。

混合物の呼吸商を求めてみよう！

タンパク質の呼吸商は0.8である。1gのタンパク質が好気呼吸で消費されると、0.95Lの酸素が吸収され、0.16gの窒素が尿中に排出される。ある動物が酸素を428.0L吸収し、二酸化炭素を380.4L放出し、窒素8gを尿中に排出した。この時のタンパク質以外の呼吸商を求めよ。

タンパク質以外の物質で使用した際のO2を求める

問題文より、タンパク質1gから0.16gの窒素が排出されるということがわかります。では、窒素8gを排出するのに必要なタンパク質について考えてみましょう。窒素0.16gで1gのタンパク質に相当すると考えると、以下のような式ができます。

8 / 0.16 = xg / 1g　　　　　x= 50g

窒素8gを排出するのに必要なタンパク質は50gだということが求められました！

次は、「タンパク質1gからは0.95LのO2が吸収される」というところに着目してみましょう。先ほど計算してわかった、５0gのタンパク質では何Lの酸素が吸収されるでしょうか？

0.95 × 50 = 47.5L

1gで0.95L吸収されるということで、そのまま掛け算で求めます。５0gのタンパク質では47.5Lの酸素が吸収されるということがわかりました。

全体で使用した酸素量は428.0Lである

タンパク質以外の呼吸基質で使用した酸素量は次のようになります。

428.0L – 47.5L = 380.5L

全体で使用した酸素量ー50gのタンパク質を呼吸基質としたときに吸収される酸素量47.5Lという式ですね。その差であるタンパク質以外の呼吸基質で使用した酸素量は380.5Lです。

タンパク質以外の物質で排出されたCO2を求める

上記と同様の方法でも求められますが、今回はタンパク質の呼吸商が既にわかっているため、次のような方法でもタンパク質で排出された二酸化炭素量を求めることができます。

タンパク質で排出された二酸化炭素 / 47.5L = 0.8
タンパク質で排出された二酸化炭素 = 38.0L

全体で排出されたCO2は380.4Lなので、タンパク質以外の物質で排出されたCO2は次のようになります。

380.4L – 38.0L = 343.4L

呼吸商を求める

それでは、タンパク質以外での呼吸商を求めてみましょう！最初に説明した通り、排出された二酸化炭素を吸入した酸素量で割った答えの数字が呼吸商です。CO2 / O2 なので…

342.4L / 380.5L = 0.90

タンパク質以外の呼吸商＝0.90と求めることができました！

まとめ

呼吸商とは、生体において、炭水化物などの栄養素が分解されてエネルギーを産生するときに、一定時間に排出された二酸化炭素(CO2)と吸入した酸素(O2)の体積比（CO2/O2）のことです。

呼吸商の値から呼吸基質を推測することもできます。グルコース＝１、脂肪＝0.7、タンパク質＝0.8という数字は必ず覚えておきましょう。

最初は難しく感じるかもしれませんが、二酸化炭素と酸素の量が求められれば計算できるので、問題文をよく読んで、今回の例題のように一個ずつ計算していきましょう！

【高校生物】呼吸をマスターしよう【要点整理】

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