場合は、多くは酸素を最終電子受容体として用いるが、嫌気呼吸の電子伝達系を併せ持つものも存在する。いった有機物を用いるものもある。基質レベルのリン酸化は解糖系およびクエン酸回路で発生する。そのとき生じた還元型ピリジンヌクレオチドは電子伝達系を通って、ATP生成に使用される。基質レベルのリン酸化ではわずかグルコース1分子辺り4分子のATPしか生成し得ないが、電子伝達系においては平均して34分子のATPが生産可能である(ただし計算によっては34分子以上生産されているかもしれない)。)、硫酸塩の場合は硫化水素などである。光化学反応である光合成で最も一般的なものは、植物細胞に含まれる葉緑体によって行われるものである光化学反応は光エネルギーによる電子の励起およびそれに伴う電子伝達によってATP生成が行われる。光合成反応は植物および一部の細菌(光合成細菌;シアノバクテリア、紅色硫黄細菌など)のみが有している。電子供与体には酸素発生型光合成の場合H2Oが使用される。場合、水2分子あたり4分子のATPおよび2分子のNADPHが生産される。うち3分子のATPおよび2分子のNADPHを用いて炭酸同化を行う。電子がピリジンヌクレオチド(あるいはフェレドキシン)に伝達された後に再び電子伝達系に戻る光化学反応を循環的光リン酸化というが、こちらは電子が光合成電子伝達系を回転するために、光励起を受ける限りATP生成が行われる。明条件かつ有機物の少ない環境ではこのような異化反応が見られる。循環的光リン酸化の収支は以下の通りである。光化学系I(上に戻る)なお、光合成反応は好気的な反応と思われがちだが、必ずしもそうではない。起源は光合成細菌の光化学系を起源とするので、光化学反応は『明条件かつ嫌気的な』代謝系である。同化(同化作用)とは、外部から取り込んだ物質を生合成する事を指す。ATPや還元型ピリジンヌクレオチドなどの異化反応によって得られたエネルギーを用い、酵素反応を利用し、単純な前駆体を経て核酸、タンパク質、多糖、脂質など複雑な生体高分子さらには増殖を行う過程である[5]。同化反応は異化のように代謝系に注目するよりも、低分子無機物の取り込み、無機物から低分子有機物の構築、ならびに生体高分子の構築という順に、生体分子の構築過程に注目すると理解しやすい。無機態の炭素、窒素、硫黄の取り込みを可能にするのは独立栄養生物のみであり、従属栄養生物は生体高分子(有機物)の異化から生合成系へ流れていく。取り込み無機態の炭素は主に二酸化炭素として固定される。ベンソン回路や還元的クエン酸回路、メタン生成経路などによる。カルビン回路は光化学反応によって生じたATPおよびNADPH、還元的クエン酸回路はピルビン酸:フェレドキシン酸化還元酵素による、通常のクエン酸回路の逆行、メタン生成経路はATP合成と炭酸固定が同時に行われる。炭酸固定によって生じた生産物は通常は糖としてあるいは異化の中間代謝物として、高次の生合成に組み込まれる。水圏以外にも豊富に存在する窒素源としては大気中の窒素ガスが挙げられる。窒素ガスは窒素固定という代謝系のみでアンモニアまで還元される。窒素固定は根粒菌などでは呼吸による、シアノバクテリアでは光化学系Iの循環的光リン酸化によるATP生成にて窒素固定が行われる。窒素固定反応は以下の通りである。4Pi硝酸塩は有機物窒素と比べて酸化的であり、同化的硝酸還元と言う過程にてアンモニアまで還元される。2H2O最終産物のアンモニアは下記の系によりアミノ酸に取り込まれる。アンモニアに含まれる窒素の酸化レベルは有機物窒素と同一であり、還元型ピリジンヌクレオチドなどは必要としない。アンモニア同化反応は以下の3つがある。アスパラギン硫黄は同化的硫酸還元によってタンパク質にチオールあるいはスルホ基として取り込まれる。硫酸塩はタンパク質中の硫黄と比べて還元的であり、アデノシンと結合することにより活性型の硫黄(ホスホアデノシンホスホ硫酸;PAPS)の状態でタンパク質と硫黄が結合する。NADP+S2-はその後、システイン、ホモシステインを経てメチオニンに取り込まれる。硫黄代謝は更に多様であると考えられており、異化型硫酸還元や硫黄酸化などでは、更に複雑な中間体が生じている可能性が示唆されている。上記の反応により細胞内取り込まれた炭素、窒素、硫黄は豊富に存在している水と化合し、生体高分子の単量体であるヌクレオチド、アミノ酸、糖などの有機物を生合成する。これらの生体高分子のモノマーには前駆体として中央代謝系(解糖系、クエン酸回路)の中間代謝物が用いられることが多い。モノマーであるヌクレオチドはプリン、ピリミジン塩基に五炭糖であるリボースあるいはデオキシリボースの5'位にリン酸が結合している構造をとっている。プリン(アデニン、グアニン)ピリミジン(ウラシル、シトシン)ヌクレオチドはそれぞれ異なる経路にて合成される。ピリミジンヌクレオチドの合成系は以下のとおりである。(CTP)リボース5リン酸はペントースリン酸経路より生じている。アスパラギン酸は後述するアミノ酸合成系より生じている。カルバモイルリン酸はアミノ酸とリン酸を基質としてカルバモイルリン酸合成酵素により合成される。プリン合成系については以下のとおりである。DNAにおいてアデニンと相補的塩基対を構成するチミンはピリミジン塩基でありながらはウラシル、シトシンとは異なる経路にて合成される。チミン合成系には葉酸およびコバミド(ビタミンB12の補酵素形)を要求することがわかっている。novo経路)のみならず、使用済みの核酸を再利用するサルベージ経路も存在する。タンパク質を構成する20種のアミノ酸については各アミノ酸の炭素骨格から生合成経路が決定される。アミノ酸は炭素骨格によって以下の『族』に分類することが可能である。グルタミン酸族:グルタミン酸、グルタミン、アルギニン、プロリンアスパラギン酸族:アスパラギン酸、アスパラギン、リシン、メチオニン、スレオニン、イソロイシン芳香族:トリプトファン、フェニルアラニン、チロシンセリン族:セリン、グリシン、システインピルビン酸族:アラニン、バリン、ロイシンなお、それぞれの族の前駆体および由来する代謝系は以下のとおりである。ベンソン回路由来のグリセリン酸リン酸より生合成を行う。ヒスチジンのみが上記の族に属さずペントースリン酸経路由来のリボース5リン酸より合成される。すべての前駆体は中央代謝系に由来するものであり、理論上、糖さえ摂取すればすべてのアミノ酸を合成できるはずだが、マウス、ヒトにおいては必須アミノ酸といわれる一群のアミノ酸を経口摂取する必要がある。それらは芳香族、アスパラギン酸族およびピルビン酸族のアミノ酸である。糖については、解糖系の逆行である糖新生系にて合成される。ペントースリン酸経路においては多種多様な糖が合成される。ベンソン回路においても同様である。脂肪酸はアセチルCoAを基質として脂肪酸合成経路にて合成される。アセチルCoAは解糖系に由来するものであるが必要な還元力にはNADPHが使用される。NADPHはペントースリン酸経路より供給され、後述するが異化経路と同化経路の密接なかかわりをここにも見ることができる。上記の過程にて合成された核酸、タンパク質、多糖の各モノマーはポリマーとなって生体高分子となる。各単量体の名称および結合の名称は以下のとおりである。多糖:単糖のグリコシド結合ポリマーただし、各モノマーが重合するよりもポリマーが加水分解を受ける方が自由エネルギー的に低く、したがって各モノマーは活性化されなければならない。各モノマーの活性化された形状とは以下のとおりである。核酸にはゲノムDNA、プラスミド、ミトコンドリアDNA、葉緑体DNAあるいはrRNA、tRNA、mRNAといったいくつかの種類が存在している。遺伝情報を保存したDNAが合成される際は複製という過程にて、生合成が行われる。遺伝情報を発現する際に用いられるRNAはすべてが転写によって生合成される。転写された各RNAの共同的な働きにより遺伝情報は翻訳され、タンパク質の生合成が行われる。ベンソン回路にてデンプンが合成される。現存量の多い有機物であるセルロースはドリコールというアルコールおよびタンパク質が多糖キャリアーとなって生合成が行われる。異化と同化の関連、代謝経路のつながり異化と同化による物質代謝は関連している。それらの関連については、異化によって得られたエネルギーを同化に使用すると言う点のほかに、何らかの有機物が不足した際に代謝系の連結によって不足した物質をある程度補えるという点がある。生物を構成する物質を大まかに分類すると糖(核酸など)、アミノ酸(タンパク質)、脂肪酸(生体膜)となる。いずれの物質も生物にとって必要欠くべからざるものであり、一部の例外(寄生を行う生物など)を除いてはこれらの物質に関する代謝系(異化、同化のいずれも)を有している。それぞれの物質に対応する代謝系は以下の通りである。糖・・・同化:糖新生系(解糖系の逆行)、異化:解糖系。アミノ酸・・・同化:解糖系とクエン酸回路を中心としたアミノ酸合成系、異化:解糖系とクエン酸回路を中心とした分解経路。これらのうち、解糖系はほとんどの生物が持っている基本的なエネルギー獲得経路であり[6]、クエン酸回路も真核生物ではミトコンドリア、原生生物では膜系で行われる[7]。脂肪酸生合成系の出発物質およびβ酸化の最終産物は解糖系の最終産物であるアセチルCoAである。各アミノ酸の分解における中間代謝物質は、以下の通りである。中間代謝物を解糖系に含むものピルビン酸:アラニン、システイン、グリシン、セリン、スレオニンアセチルCoA:ロイシン、イソロイシン、トリプトファンアセトアセチルCoA:フェニルアラニン、チロシン、リシン、ロイシン、トリプトファン中間代謝物をクエン酸回路に含むものオキサロ酢酸:アスパラギン酸、アスパラギンフマル酸:チロシン、フェニルアラニンスクシニルCoA:イソロイシン、バリン、メチオニン2-オキソグルタル酸(正確にはグルタミン酸):アルギニン、ヒスチジン、グルタミン、プロリンなお、上述したアミノ酸生合成経路と若干異なる点については、代謝の調節に関わっている(後述)。中央代謝系を中心としたそれぞれの物質の異化と同化が行われる点について、例えば糖が不足した際にはアミノ酸および脂肪酸を摂取していれば生合成が可能である。脂肪酸の場合も同様で糖、アミノ酸から生合成できる。唯一アミノ酸は窒素および生体成分における硫黄の供給源となるので、ある程度摂取しなければならないが無機態の窒素および硫黄を利用可能な代謝系が存在することは上述の通りである。エネルギー代謝エネルギー代謝とは物質代謝に対して生命現象をエネルギーという観点から見た、より熱力学的要素の強い代謝の視点である。