Mitochondria are the powerhouse of the cell.

ミトコンドリアは細胞の発電所である。

I know, I know.

分かってるよ。

But cliches become cliches for a reason.

しかし、決まり文句が決まり文句になるには理由がある。

It's usually because they're the easiest way to say something.

それはたいてい、何かを言うのに最も簡単な方法だからだ。

For better or for worse.

良くも悪くもだ。

Oh no, that's another one!

いやあ、これもそうだ！

In this case, mitochondria really are the powerhouse of the cell.

この場合、ミトコンドリアはまさに細胞の発電所なのだ。

These little organelles inside of all of your trillions of cells are hard at work transferring energy from food and oxygen into the fuel you need to do everything from texting a friend to organizing your stuffed insect collection.

何兆個もの細胞の中にあるこの小さな細胞小器官は、食べ物や酸素から得たエネルギーを、友人へのメールから昆虫の剥製コレクションの整理まで、あらゆることをするのに必要な燃料に変えるために懸命に働いている。

I mean, clearly you can't put the praying mantis next to the moth!

つまり、カマキリを蛾の隣に置いてはいけないのは明らかだ！

Mitochondria are a key player in cellular respiration, the process that breaks down food and oxygen so that we can energize our cells.

ミトコンドリアは細胞呼吸の重要な担い手であり、細胞に活力を与えるために食べ物と酸素を分解するプロセスである。

And we often take cellular respiration for granted.

そして、私たちはしばしば細胞呼吸を当然のことと思っている。

After all, it goes on behind the scenes, totally escaping our notice.

結局のところ、それは舞台裏で進行しているのだ。

But it's an important process for all of us multicellular, oxygen-breathing organisms.

しかし、酸素を呼吸する私たちすべての多細胞生物にとっては重要なプロセスなのだ。

Hi, I'm Dr. Sammy, your friendly neighborhood entomologist, and this is Crash Course Biology.

こんにちは、昆虫学者のサミー博士です。

Breathe in that fresh theme music.

爽やかなテーマ曲を吸い込む。

INTRO Energy in our bodies is stored in the molecule ATP, or adenosine triphosphate.

INTRO 私たちの体内のエネルギーは、ATP（アデノシン三リン酸）という分子に蓄えられる。

ATP is like a rechargeable battery, we fill it with energy again and again.

ATPは充電池のようなもので、私たちは何度も何度もエネルギーを充填する。

And the energy is used to power important cellular processes, like making sure our bodies maintain homeostasis, or in other words, keeping our bodies regulated with the right balance of the stuff that we need.

そしてそのエネルギーは、私たちの身体がホメオスタシス（恒常性）を維持するように、言い換えれば、必要なものを適切なバランスで体内に保つように、重要な細胞プロセスを動かすために使われる。

This is what keeps us functioning relatively stably even as the conditions around us change, like when we sweat to get rid of extra heat energy, or shiver to generate more heat.

余分な熱エネルギーを取り除くために汗をかいたり、より多くの熱を発生させるために体を震わせたりと、周囲の状況が変化しても比較的安定した機能を維持できるのはこのおかげだ。

The average human needs to use over 100 pounds of ATP a day.

平均的な人間は1日に100ポンド以上のATPを使う必要がある。

A hundred pounds, though?

100ポンド？

That's a lot.

多いね。

That's a huge amount.

膨大な量だ。

That is my body weight, basically, in ATP.

これが私の体重であり、基本的にはATPだ。

Okay, no, no, I'm good.

いや、大丈夫だ。

I'm good.

私は大丈夫だ。

I'm fine.

大丈夫だよ。

I just, you know, mind blown.

ただ、頭が真っ白になったよ。

Now we gotta put it back together so I can do the show.

今、ショーをやるために元に戻さなければならない。

But like money, ATP doesn't grow on trees.

しかし、お金と同じようにATPも木には生えない。

Our bodies need to be constantly making and breaking down ATP in a recycling process that amounts to a full-time job for our cells.

私たちの身体は、細胞にとってフルタイムの仕事に相当するリサイクルプロセスで、常にATPを作り、分解する必要がある。

That job?

その仕事？

Cellular respiration.

細胞呼吸。

See, you, me, and all the bugs, birds, and fish between us are aerobic organisms, which basically means we need oxygen to live and grow.

つまり、生きて成長するためには酸素が必要なのだ。

And with the help of that oxygen, our cells release energy from our food and store it in the form of ATP.

そしてその酸素の助けを借りて、私たちの細胞は食物からエネルギーを放出し、ATPの形で蓄える。

But there are also organisms, such as some bacteria, that can release and store energy without oxygen in a process called anaerobic respiration.

しかし、一部のバクテリアのように、嫌気性呼吸と呼ばれるプロセスで酸素なしでエネルギーを放出・貯蔵できる生物も存在する。

And you have fermentation, a similar process that doesn't require oxygen, to thank for sourdough, kombucha, and kimchi.

サワードウ、コンブチャ、キムチには、酸素を必要としない同様のプロセスである発酵がある。

In any case, the cellular respiration process is sort of like a million tiny little fires burning inside of each of your cells.

いずれにせよ、細胞呼吸のプロセスは、細胞の中で100万個の小さな火が燃えているようなものだ。

Glucose and oxygen are the fuel in this process, coming from the air that you breathe and the food that you eat, especially carbohydrates.

グルコースと酸素がこのプロセスの燃料であり、呼吸する空気と食べるもの、特に炭水化物から得られる。

And carbon dioxide and water are the end products.

そして二酸化炭素と水が最終生成物である。

Unlike a campfire, where the carbohydrates and wood burn up quickly to give off energy as heat and light, the process of breaking down food by cellular respiration releases energy relatively slowly through many chemical reactions.

炭水化物や薪がすぐに燃え尽きて熱や光としてエネルギーを放出する焚き火とは異なり、細胞呼吸によって食物を分解する過程では、多くの化学反応を通じて比較的ゆっくりとエネルギーが放出される。

Cells do this in a controlled way so that the energy is harvested to assemble ATP molecules instead of, like, you know, an explosion.

細胞はこれを制御された方法で行うので、エネルギーは爆発的なものではなく、ATP分子を組み立てるために採取される。

Yeah, as cool as it sounds, a little fire in your belly would be counterproductive by evolutionary standards.

ああ、クールな響きだが、腹に少し火があるのは、進化の基準からすれば逆効果だろう。

Cellular respiration combines a couple of metabolic pathways, or linked chemical reactions, that happen in cells to complete a process.

細胞呼吸は、細胞内で起こるいくつかの代謝経路、つまり連動した化学反応を組み合わせて、ひとつのプロセスを完成させる。

You can think of it like a Rube Goldberg machine, where one chemical reaction triggers the next, and then that one starts the next one, and so on.

ルーブ・ゴールドバーグ・マシンのようなもので、ある化学反応が次の化学反応を引き起こし、その化学反応がまた次の化学反応を引き起こす、といった具合だ。

The whole process needs a jumpstart of ATP to get going.

すべてのプロセスには、ATPのジャンプスタートが必要なのだ。

But eventually, at the end of cellular respiration, more ATP is produced than was needed at the start.

しかし最終的には、細胞呼吸の終わりに、最初に必要とされたよりも多くのATPが生成される。

It's true what they say, you gotta spend money to make money.

お金を稼ぐためにはお金を使わなければならない、というのは本当だ。

So, okay, how does this remarkable system happening all the time within each of our cells actually work?

では、私たちの細胞の中で常に起こっているこの驚くべきシステムは、実際にはどのように機能しているのだろうか？

Cellular respiration occurs in three main stages.

細胞呼吸は主に3つの段階で起こる。

It all starts with glycolysis, which breaks down the simple sugar glucose that we get from eating carbs.

すべては解糖から始まる。解糖は、炭水化物を食べて得た単純糖のグルコースを分解する。

See, glucose doesn't help us much in this form.

ほら、ブドウ糖はこの形ではあまり役に立たない。

It's not the right energy currency for the cell.

細胞にとって適切なエネルギー通貨ではないのだ。

The cell's energy you exchange it.

細胞のエネルギーを交換する。

Shout out to Catherine Fontana, one of the former students from my science communication class, for this analogy.

この例えは、私の科学コミュニケーションクラスの元生徒の一人であるカトリーヌ・フォンタナに感謝したい。

Glycolysis is the first part of that system of currency exchange, and it happens in a cell's cytoplasm, the jello-like goo that fills it up.

解糖はその通貨交換システムの最初の部分であり、細胞の細胞質、つまり細胞を満たしているゼリー状のベトベトした部分で起こる。

See, ten different enzymes, you can think of them like little bank tellers, catalyze or speed up ten chemical reactions to break down the glucose.

ほら、10種類の酵素が、小さな銀行の窓口のようなもので、グルコースを分解するための10種類の化学反応を触媒したり促進したりするんだ。

Each one makes a small change to the currency, and hands it off to the next teller, with the last of them yielding a 3-carbon chemical called pyruvate, an important transition molecule that becomes the key reactant in further processes like the citric acid cycle or anaerobic respiration.

それぞれが通貨に小銭を入れ、それを次の窓口係に渡し、最後にピルビン酸と呼ばれる炭素数3の化学物質が生成される。

Glycolysis results in the net production of two molecules of our target currency ATP, and it also relies on a molecule called NAD+, which you can think of as a carrier molecule.

解糖の結果、目的通貨であるATPが2分子生成されるが、これはNAD+という分子に依存している。

Here at the First National Bank of the Cell, we've got these fancy proton and electron coins that can be exchanged later for even more ATP.

ここ第一国立細胞銀行には、プロトンと電子のコインがある。

For safekeeping, right now we'll just attach them to this molecule of NAD+.

保管のため、今はこのNAD+分子にくっつけておこう。

At the end of stage 1, it hauls off two electrons and one proton to form NADH, which is used in the final step of cellular respiration.

第1段階の終わりには、2個の電子と1個のプロトンを引き離してNADHを形成し、細胞呼吸の最終段階で使用される。

But let's not put the cart before the horse.

しかし、馬より荷車を優先してはいけない。

Once glycolysis has finished, we begin the prep work for stage 2, which will be the citric acid cycle.

解糖が終わると、第2段階（クエン酸サイクル）の準備作業に入る。

Our pyruvate reactant moves from the cell's cytoplasm into the mitochondria.

ピルビン酸反応物質は細胞質からミトコンドリアに移動する。

Here, an enzyme continues to process the pyruvate, mining it for even more energy.

ここで酵素がピルビン酸の処理を続け、さらにエネルギーを採掘する。

It oxidizes the molecule, basically plucking another pair of electron coins from it to be used later on.

分子を酸化させ、基本的には電子コインをもう一組取り出して後で使う。

This step is where some of the carbon dioxide that's produced by cellular respiration gets made.

このステップで、細胞呼吸によって発生する二酸化炭素の一部が作られる。

A CO2 molecule, which we exhale, splits off of the pyruvate and leaves behind a product with just two carbons.

私たちが吐き出すCO2分子は、ピルビン酸から分離し、炭素が2つだけの生成物を残す。

And this new two-carbon product kickstarts the next metabolic pathway involved in respiration, the citric acid cycle, also called the Krebs cycle.

そしてこの新しい炭素2生成物は、呼吸に関与する次の代謝経路、クエン酸サイクル（クレブスサイクルとも呼ばれる）を始動させる。

Now, when this two-carbon molecule bonds with this four-carbon molecule, oxaloacetate, they make a product with six carbons.

さて、この炭素数2の分子が炭素数4の分子であるオキサロ酢酸と結合すると、炭素数6の生成物ができる。

It's a complicated, multi-step process.

複雑で、何段階にもわたるプロセスだ。

But long story short, a couple enzymes come along and remove two of those carbons to make two more carbon dioxide molecules, which again, we exhale.

しかし、長い話を短くすると、2つの酵素がやってきて、そのうちの2つの炭素を取り除き、さらに2つの二酸化炭素分子を作る。

I mean, we're just giving the stuff away at this point.

つまり、この時点では、僕らはただ物を手放すだけなんだ。

Alongside the carbon dioxide, the citric acid cycle also produces one more ATP, three more molecules of NADH, and another transport molecule for electrons and protons called FADH2.

クエン酸サイクルでは、二酸化炭素のほかに、ATPが1つ、NADHが3分子、FADH2と呼ばれる電子とプロトンの輸送分子がもう1つ生成される。

The citric acid cycle is, well, a cycle.

クエン酸サイクルは、まあサイクルだ。

So in the end, we're back to a chemical with four carbons, this exact same four-carbon molecule that we started with.

結局、炭素が4つの化学物質に戻ったわけだが、これは最初に作ったのとまったく同じ炭素4つの分子である。

Then the four-carbon molecule bonds with the next incoming two-carbon molecule, and the cycle continues.

そして炭素4分子は次にやってくる炭素2分子と結合し、このサイクルが続く。

It happens twice for every glucose molecule that kickstarts cellular respiration.

細胞呼吸を開始するグルコース1分子に対して2回起こる。

Which brings us to the final step in cellular respiration, stage three, oxidative phosphorylation.

細胞呼吸の最終段階である第3段階、酸化的リン酸化に入る。

This also occurs in the where the bulk of ATP gets made.

これはATPの大部分が作られる場所でも起こる。

If the first two stages of this process were like visiting the bank, oxidative phosphorylation is like going to the mint where the money is printed.

このプロセスの最初の2段階が銀行に行くようなものだとすれば、酸化的リン酸化はお金を印刷する造幣局に行くようなものだ。

See, mitochondria have a really neat structure that makes all of this possible.

ミトコンドリアは実に巧妙な構造をしている。

There's an outer membrane containing large pores that can let chemicals in and out, and there's a second membrane folded up inside of it.

化学物質を出入りさせる大きな孔を持つ外膜と、その内側に折り畳まれた第二の膜がある。

Stuck into the inner membrane, we find the huge protein complexes of the electron transport chain, which have two jobs.

内膜に張り付いた電子伝達鎖の巨大なタンパク質複合体には、2つの役割がある。

One is to accept the electrons from the transport molecules when they make a stop at the very inside of both membranes.

ひとつは、輸送分子が両膜のごく内側で停止したときに、その電子を受け入れることである。

After they're dropped off, the electrons travel through the electron transport chain, where each acceptor in the pathway forms a more stable molecule than the one before it when it takes electrons.

アクセプターが電子を取り込んだ後、電子は電子伝達系を通り、アクセプターが電子を取り込むと、その前の分子よりも安定した分子が形成される。

So each step releases energy.

だから、一歩一歩がエネルギーを放出する。

The chemical energy gets turned into mechanical energy that lets the protein complexes of the electron transport chain do their second job, proton pumping.

化学的エネルギーは機械的エネルギーに変わり、電子伝達鎖のタンパク質複合体に第二の仕事であるプロトン・ポンピングをさせる。

Those protons that got dropped off in the matrix have somewhere that they're needed, the intermembrane space, which is what it sounds like, the space between the inner and outer mitochondrial membranes.

マトリックスに取り残されたプロトンは、膜間スペースという必要な場所にある。

And the energy that's released as the electrons move through the electron transport chain is what sends them there.

そして、電子が電子伝達系を移動するときに放出されるエネルギーが、電子をそこに送り込むのだ。

So the protons get actively transported as a result of the energy released from the process before.

つまり、前のプロセスで放出されたエネルギーの結果として、プロトンが活発に輸送されるのだ。

Proton pumping then puts a bunch of the concentration.

プロトンポンピングはその後、濃縮の束を置く。

This creates a proton gradient where the amount of protons is way higher between the membranes than in the matrix.

これによってプロトン勾配が生じ、プロトンの量はマトリックス内よりも膜の間の方がはるかに多くなる。

Think of it like a dam.

ダムのようなものだと思ってください。

One side of the dam is filled with a lot more water than the other.

ダムの片側は、もう片側よりも多くの水で満たされている。

And if we open a channel, the water from the full side comes rushing in with some serious force.

そして水路を開けば、満水側からの水が勢いよく押し寄せてくる。

And this can be used to generate electricity by moving hydroelectric generators.

そしてこれは、水力発電機を動かして発電するのに使うことができる。

It's the same for the concentrated protons in the intermembrane space.

膜間スペースに集中するプロトンも同じだ。

The protons have a path back into the matrix through a channel in the form of an enzyme called ATP synthase.

プロトンは、ATP合成酵素と呼ばれる酵素のチャネルを通ってマトリックスに戻る。

Resembling a flower, the ATP synthase stalk is planted within the inner mitochondrial membrane.

花のようなATP合成酵素の茎は、ミトコンドリアの内膜に植えられている。

Protons enter a channel on the intermembrane space side and pass back into the matrix moving from high concentration to low concentration in an attempt to even the proton gradient out.

プロトンは膜間腔側のチャネルに入り、高濃度から低濃度へと移動しながらマトリックスに戻り、プロトン勾配を均等にしようとする。

The proton movement pushes ATP synthase like a merry-go-round, providing the power that literally spins the ATP synthase like the water rushing through a dam powers a hydroelectric generator to create electricity.

プロトンの動きはATP合成酵素をメリーゴーランドのように押し、ダムに流れ込む水が水力発電機に電力を供給するように、文字通りATP合成酵素を回転させるパワーを供給する。

The rotation causes movement up the whole stalk of ATP synthase.

回転によってATP合成酵素の茎全体が動く。

In this final stage of cellular respiration, the movement of protons powers the ATP synthase, which instead of making electricity, makes a ton of ATP, around 30 molecules for each glucose molecule that we start with.

この細胞呼吸の最終段階では、プロトンの動きがATP合成酵素の動力となり、電気を作る代わりに大量のATPを作る。

So all together, one glucose molecule has an exchange rate of about 30 ATP.

つまり、グルコース1分子の交換速度は約30ATPということになる。

And all of those remaining electrons when they're passed through the electron transport chain?

そして、電子伝達系を通過して残った電子は？

Well, they ultimately get passed on to two bonded oxygen atoms, and to balance the negative charges that the bonded oxygen atoms accept as electrons, they have to grab some protons too, forming our old friend water.

そして、結合した酸素原子が電子として受け取る負の電荷と釣り合うように、酸素原子はプロトンも手に入れなければならない。

So I know that's a lot of information.

だから、たくさんの情報が必要なのは分かっている。

Let's take a moment to Glycolysis takes glucose from the food you eat and produces pyruvate, along with a little ATP and NADH, starting the process of currency exchange.

解糖は、食べたものからグルコースを取り出し、ピルビン酸を生成し、少量のATPとNADHを加え、通貨交換のプロセスを開始する。

The pyruvate moves into the mitochondria where it gets oxidized, shortening it to a two-carbon chemical.

ピルビン酸はミトコンドリアに移動し、そこで酸化され、炭素数2の化学物質に短縮される。

That chemical enters the citric acid cycle, where enzymes further break it down, producing the carbon dioxide that we exhale, plus a little more ATP and NADH.

この化学物質はクエン酸サイクルに入り、酵素によってさらに分解され、二酸化炭素を発生させ、さらにATPとNADHを生成する。

And while all of that is happening, the electrons and protons in the form of hydrogen atoms that are being removed during each step are hitching a ride into the mitochondria through the transport molecules NADH and FADH2.

そして、そのようなことが起こっている間にも、各ステップで取り除かれる水素原子の形をした電子とプロトンは、輸送分子NADHとFADH2を通してミトコンドリアへと移動する。

The electrons provide the energy to move protons, creating a gradient that is constantly searching for an equilibrium.

電子はプロトンを移動させるエネルギーを提供し、常に平衡を求める勾配を作り出す。

All the while, the leftover electrons hitch their wagons to oxygen and create water.

その間、残った電子は酸素と結びついて水を作り出す。

As the protons move into the mitochondrial matrix, their movement powers the ATP synthase, which in turn creates a bunch of molecules of ATP.

プロトンがミトコンドリアのマトリックスに移動すると、その移動がATP合成酵素に力を与え、ATP分子が大量に作られる。

And that ATP being generated inside the mitochondria then powers all of our other cellular processes.

そして、ミトコンドリア内で生成されたATPは、他のすべての細胞プロセスに電力を供給する。

And what's even wilder is that all of that is happening not only constantly, but really, really quickly.

さらに不思議なのは、そのすべてが絶え間なく起こっているだけでなく、本当に、本当に素早く起こっていることだ。

Sure, it's slow compared to the reactions in a fire or an explosion, but it's really fast by human standards.

確かに、火事や爆発の反応に比べれば遅いが、人間の基準からすれば本当に速い。

What took me a whole episode to explain happens in the blink of an eye.

説明するのに1話かかったことが、瞬く間に起こる。

Around 10 million ATP molecules can be generated per second in a single cell.

一つの細胞では、1秒間に約1000万個のATP分子が生成される。

Speaking of explosions, my mind was just blown.

爆発といえば、私の心は吹き飛んだ。

The process of cellular respiration is like many cellular processes, a complex one.

細胞呼吸のプロセスは、多くの細胞プロセスと同様、複雑なものである。

But it's also an incredibly important one.

しかし、非常に重要なことでもある。

It generates the ATP molecules that we use to run these complicated machines we call bodies.

私たちが身体と呼ぶ複雑な機械を動かすのに使うATP分子を生成するのだ。

And to do that, cliches aside, we need the mitochondria, the powerhouse of the cell.

そのためには、決まり文句はさておき、細胞の発電所であるミトコンドリアが必要だ。

Without those little organelles inside all of our cells, we would be in a bad way.

すべての細胞の中にある小さな小器官がなければ、私たちはひどい目に遭っていただろう。

So thanks, mitochondria, for keeping us grooving.

ミトコンドリアよ、私たちをグルーヴさせてくれてありがとう。

Next time, we're going to dive into what is arguably the most important chemical reaction on Earth.

次回は、間違いなく地球上で最も重要な化学反応について掘り下げてみよう。

I'm talking about photosynthesis.

光合成について話しているんだ。

But we'll cross that bridge when we get there.

でも、その橋はその時に渡ろう。

I'll see you then.

それじゃ、また

Deuces!

デュースだ！

This series was produced in collaboration with HHMI BioInteractive.

このシリーズはHHMI BioInteractiveとの共同制作である。

If you're an educator, visit biointeractive.org slash crash course for classroom resources and professional development related to the topics covered in this course.

教育関係者の方は、biointeractive.orgスラッシュ・クラッシュ・コースで、このコースで扱われるトピックに関連した授業用リソースや専門家育成をご覧ください。

Thanks for watching this episode of Crash Course Biology, which was filmed at our studio in Indianapolis, Indiana, and was made with the help of all of these nice people.

インディアナ州インディアナポリスにある私たちのスタジオで撮影されたこの『クラッシュコース生物学』のエピソードをご覧いただきありがとうございます。

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