激しい運動をするとATPは数秒で消費されるそうです。そのため運動を継続するためにはATPを再生する必要があり、そのためには筋細胞ではクレアチンリン酸がリン酸をADPに供与してATPを再生します。クレアチンリン酸も枯渇すると、グルコースからATPを産生するしかありません。
そんなに不便なら最初からATPを大量につくって貯蔵しておけないのか？という疑問が湧きます。
Quoraの掲示板の答えを読んで、なるほどと思いました。
ATPの分子量は507.18 g/molですが、それに対して、ATPが加水分解により作り出すエネルギーは7 kcal/molしかなくて、グラムあたりだと7/507.18 = 0.0138 kcalしかありません。糖質やタンパク質のエネルギーは4 kcal/g、脂質は8 kcal/gと言われていますので、重量あたりのエネルギー産生能はATPの場合、非常に小さいということがわかります。つまり、ATPという分子は、かさばるばかりで貯蔵には向かないというわけです。
炭水化物は１ｇあたり4 kcalとされているそうです。
グルコースC6H12O6として考えた場合、燃焼熱と合うのでしょうか。C6H12O6＝12×6+12+18×6=192 グルコース１ｇが何モルに相当するかというと、 1/192 = 0.0052083モルです。モル当たりになおすと、4/0.0052083=768 kcal/mol です。ネットの数値とあまり合わないようですね。ヤフー知恵袋の計算だと、3.72kcalなので整数にしたことによる誤差みたいです。カロリー＝燃焼熱ということみたいですね。実際にはそんなに効率よくエネルギーを取り出せてはいない（たしか4割くらいの効率）ので、人間が使えるエネルギーは少ないはずです。
参考サイト
ペントースは五炭糖（炭素５個からなる糖）という意味で、アルデヒドをもつ糖（アルドース）の五炭糖はリボース、ケトン基をもつ糖（ケトース）の五炭糖はリブロースと呼ばれます。ペントースリン酸回路は、解糖系のグルコース６リン酸から「脇道」に入って、リブロース５‐リン酸、リボース５‐リン酸を産生し、C7,C3,C4化合物なども作り、解糖系の中間代謝物であるフルクトース６－リン酸になって解糖系を逆行して回路が閉じます。リブロース５‐リン酸やリボース５‐リン酸といったペントースリン酸をつくる回路というわけです。
ちなみに、https://www.osmosis.org/learn/Pentose_phosphate_pathwayの動画を見ていたら、pentose phospate pathwayの名前の由来は、five carbon sugre (pentose)と、NADPH(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate)をつくるからだと説明していましたが、「pentose phospate」は一語でしょう。ペントースリン酸回路の役割を覚えてもらうために、このような説明をしたのかもしれません。
この回路では、次の２つの重要な役割が果たされる。役割の１つは、NADPHを産生することである。‥ペントースリン酸回路は、このような反応に必要なNADPHを産生するための最も主要な反応系である。ペントースリン酸回路のもう１つの役割は、核酸および各種ヌクレオチドの合成原料として必要なリボース５‐リン酸ribose 5-phosphateを産生することである。リボース5-リン酸はこの反応系でのみつくらる。（三輪・中『生化学』１８４～１８５ページ）
この教科書の説明はメリハリがあってわかりやすいと思います。
3つめの役割として、エリトロース４‐リン酸の産生（芳香環をもつアミノ酸の材料）を挙げている講義動画（↓）もありました。
Pentose Phosphate Pathway | Hexose Monophosphate Shunt Hussain Biology チャンネル登録者数 18.4万人 メンバーになる チャンネル登録 1575 GLYCOLYSIS PATHWAY : • Glycolysis Pathway
ペントースリン酸回路の前半部分、すなわちグルコース６－リン酸からペントース５リン酸が作られるところまでが、酸化反応になります。それ以降は酸化反応ではないようです。
The highest activity was found in lactating mammary gland and adipose tissue. Lung and liver showed to have a moderately high activity. Brain, kidney, skeletal muscle, and intestinal mucosa showed to have also a significant activity although less than other tissues. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/10630623/
https://exchange.scholarrx.com/brick/pentose-phosphate-pathway
ビタミンDはビタミンという名前ではありますが実際の働きはホルモンで、カルシウムの恒常性に関与しています。血中カルシウム濃度が低下することにより、ビタミンDが産生され、カルシウムの貯蔵庫である骨の分解を促進してカルシウムを血中に放出させます。
ビタミンDの構造はコレステロールに似ており、ステロイドホルモンと同様に核内受容体に結合してカルシウム代謝に関係する遺伝子発現を誘導します。その結果、小腸上皮細胞ではビタミンDの作用により、カルシウムの取り込みを促進させます。
ビタミンDは肝臓で25位の炭素が水酸化されて25－ヒドロキシビタミンDになり、ついで、腎臓に行って1位の炭素も水酸化されて1，25ージヒドロキシビタミンDとなります。これが活性型で、作用を発揮します。
性型ビタミンＤは、腸管からのCaの吸収を高め、骨の石灰化を促進して骨密度を増加させる（新陳代謝を高める）働きを有しています。（ビタミンDについて-特に骨粗鬆症薬としての活性型ビタミンD製剤について- 2017.1.6 中国中央病院）
ビタミンDが欠乏すると、骨軟化症(osteomalacia)になります。成長期の骨軟化症は特に、「くる病(rickets)」と呼ばれます。
骨の構造は、鉄筋コンクリートの建物に例えると理解しやすいです。鉄筋に相当するのがコラーゲンなどの繊維で鉄筋の周りを固めるコンクリートに相当するのがヒドロキシアパタイト（水酸化リン酸カルシウム Ca5PO4 3(OH)）です。Ca2+が5個で正電荷が10、PO4はマイナス３なのでー３ｘ３＝－９ ＯＨはもちろんー１合わせてプラマイゼロ。電荷の数を考えると示性式が覚えやすくなります。
グルコースのエネルギー代謝でATPが多量に産生されるのは、電子伝達系においてです。炭水化物からエネルギーを取り出すのに、解糖系、クエン酸回路、電子伝達系と3つの全く異なるシステムが登場して、正直、あまりの複雑さに頭が混乱してしまいました。もうこれは、自然界はこんな巧妙な方法を編み出したんだと驚嘆して受け入れるしかないのでしょう。
大雑把にとらえると、グルコースという分子をつくる原子間の結合（つまり、電子の位置エネルギー）が、組み替えられて二酸化炭素と水になり（つまり、電子の位置エネルギーが一番低い状態にになり）、そのエネルギーの差が、取り出されるわけです。グルコースをもし本当に火をつけて燃やしてしまうと、一挙に大量の熱が発生してそのエネルギーは熱という形態だとなんの役にもたちません。そこで、ちまちまと段階的な化学反応によってエネルギーを取り出していこうというわけです。解糖系でもATPが２当量できますが、ほとんどはクエン酸回路で還元型の電子運搬体をつくり（NADHとFADH2）、これらの電子運搬体が電子伝達系に電子を渡すことで、電子伝達系の複合体の中を電子がポテンシャルエネルギーの勾配を「下り降りて」、その位置エネルギーの差の分で、プロトン勾配にさからってプロトンを輸送しているだけです。そしてプロトン勾配として蓄えられたエネルギー（ミトコンドリア膜電位）を利用して、ADPと無機リン酸をつかって、ADPをリン酸化してATPをつくっています。
ポイントをかいつまむと、炭水化物は酸化され（＝電子がヒドリドイオンすなわちH-として奪われ）、電子（すなわちヒドリドイオン）を受け取ったNAD+やFADが還元型（NADH, FADH2）となって「電子運搬体」の役割を果たして、電子伝達系の複合体I,III,IVに渡し、複合体が「電線」として働いて電子がその中を流れて、プロトンをくみ出して、プロトン勾配として蓄えられたエネルギーを利用して（プロトンが勾配によって流入するときのエネルギーを利用して）ATPを作ります。
高校や大学の生物の授業で多分説明を受けたのだと思いますが、こんなことが起きているなんて全然想像もつかず、理解できていなかったと思います。
複合体は電位差のある地点同士をつなぐ電線に過ぎないと捉えると、物理の電流がする仕事と同じことになり、理解ができます。
電子伝達系と呼ばれるものがその名の通り電子を伝える（electrontransfer）系であるならば，そこは電流の通路ということになる．電流の通路の典型的なものは電線である．電子伝達系というと何か摩訶不思議な構造物を想像するであろうが，これは絶縁物で被われた何の変哲もない電線であると思えばいい．つまり，内膜を貫いて電線があると思えばいい．このことを明確に表現している文を目にしたことは未だにない．（「生理学ものがたり」第 2 回 電子伝達系とミトコンドリアの膜電位 滋賀医大名誉教授 北里 宏 日生誌 Vol. 69，No. 12 2007）
下の説明は非常に明解でわかりやすいと思いました。電子伝達系はまさに、「電線」として描かれています。
有機物の酸化分解反応と酸素の還元反応という2つの化学反応をリンクさせ、そこから電気化学エネルギーを取り出しているのです。これは、負極の化学反応と正極の化学反応をリンクさせ、その間の電位差分のエネルギーを得る電池と同じ構造です（図を参照）。細胞の中で有機物の酸化により放出された電子は、ミトコンドリア内膜の電子伝達系（負極と正極をつなぐ電線）を経て、酸素に渡されます。（東京薬科大学 生命科学部 生命科学部 学科紹介 応用生命科学科 キーワード解説 生体エネルギー）
下の総説（同じ薬科大の先生の論文）でも同様の図がありました。
呼吸鎖電子伝達系はいわば細胞内の電線として機能し，生物はその電線に電流を流すことによってエネルギーを取り出しているとも言える．（微生物の発電 高妻 篤史 東京薬科大学生命科学部 日本物理学会誌 Vol. 71, No. 5, 2016）
こういう説明は概念がつかみやすいと思いますが、生化学の教科書を見てもあまりこういう説明の仕方は見当たらないように思いますので、この解説論文は貴重だと思いました。下のウェブサイトでも同様の説明がなされていました。
ミトコンドリアでNADHがもつ過剰な電子は「呼吸酵素複合体（電子伝達系）」を通じて酸素分子へ流れることでATP合成のためのエネルギーに変換されるが、その様子は電池のマイナス極から＋極へ電子が流れる様子と似ている。電池ならマイナス極と＋極が電線でつながれてその間にある電球が光ったりする。ミトコンドリアでは電子伝達系の複合体（鉄などの金属原子を含むので、電線のように電子が流れる）が「電線と電球を一体化したもの」に相当する。電球はエネルギーを光のエネルギーに変えるが、電子伝達系の複合体は水素イオンをミトコンドリア内膜の内側から外側へ輸送することによって「水素イオン濃度の差」というエネルギーに変える。（Column1__細胞とエネルギーの結びつき – https://home.hiroshima-u.ac.jp/naka/wiki/wiki.cgi）
電子運搬体であるNADHが複合体Iに電子を渡し、電子は複合体Iの中をながれてユビキノンに電子を渡します。複合体II（コハク酸脱水酵素）が産生する電子運搬体FADH2も電子をユビキノンに渡します。ユビキノンは複合体III(シトクロムｃ還元酵素）に電子を渡します。電子は複合体IIIの中を流れ、こんどはシトクロムｃに電子が渡ります。シトクロムｃは電子を複合体ＩＶに渡します。電子は複合体ＩＶの中を流れて最後は酸素分子に渡されて、水が産生されます。
シトクロムはほとんど全ての生物種がもっている酵素で、酸素分子を用いて有機物を酸化することができます。還元型で一酸化炭素が結合したときに450nmの吸収の極大を持つことからこう名付けられました。ヘムを持つたんぱく質で、多様性があり多数のファミリーに分類されまています。
生物にとっての異物、毒物や、薬などの代謝に関係しています。
https://chat.openai.com/chat で質問してみました。What is cytochrome P450? 以下、その答えです。
Cytochrome P450 (CYP450) is a family of enzymes that play a crucial role in the metabolism of many drugs, toxins, and endogenous compounds in the human body. These enzymes are found in many tissues, including the liver, lungs, kidneys, and intestines, and are involved in the oxidation of organic substances.
CYP450 enzymes are responsible for the breakdown of a wide range of substances, including pharmaceutical drugs, hormones, and environmental toxins. They are important in drug metabolism because they can change the chemical structure of drugs, often making them more water-soluble and easier for the body to eliminate.
There are many different types of CYP450 enzymes, each with a unique structure and substrate specificity. These enzymes are identified by a specific number, such as CYP1A2 or CYP3A4, and are regulated by various factors, including genetics, diet, and environmental factors. Because of the important role that CYP450 enzymes play in drug metabolism, they are often the target of drug-drug interactions, which can affect the effectiveness and safety of medications.
集合知って凄いですね。
多くの精神疾患でミトコンドリア機能障害の関与が示唆（MedicalTribune）というニュース記事が出ていました。
ミトコンドリアの二大機能として、細胞のエネルギー源であるアデノシン三リン酸（ATP）の産生とカルシウムイオンの取り込みがあり、いずれもミトコンドリア呼吸鎖の活動によって生じるミトコンドリア膜電位により駆動されることから、精神疾患との関連を検討するには、ミトコンドリア呼吸鎖の活性をin vivoで測定することが重要となる。（MedicalTribune）
ミトコンドリア膜電位ってどうやって作られていて、どれくらいの大きさなのでしょうか。
ミトコンドリアは自らを充電すると同時に,蓄えたエネルギーを使って仕事をする.この充電のメカニズムは化学結合のエネルギーを電位差という形に変換するもの
燃焼の際に得られるエネルギーは,ミトコンドリアでまずNADHという分子の中に高エネルギー電子の形で閉じ込められる.
ATPを盛んに合成することは電位差を小さくする方向に働くので,もしATPをあまり合成しないまま水素イオンを内側から外側へ移動させ続けると電位差は大きくなり続け,やがて電子伝達から得られるエネルギーでは膜電位に逆らって水素イオンを移動させることができなくなる.（単一ミトコンドリアの膜電位計測）
1950年代から60年代にかけて，多くの生化学者が酸化と燐酸化とを結び付ける高エネルギー中間産物を水溶液中に探し求める努力を続けたが，見るべき成果を挙げることは出来なかった．（「生理学ものがたり」第2回電子伝達系とミトコンドリアの膜電位）
酸化と燐酸化とを結び付ける高エネルギー中間産物があるはずという仮説が間違っていたので、研究がドツボにはまったという、正しい仮説に基づいて研究しないといけないという好例だと思います。
六フッ化硫黄（SF６）は無色無臭で空気よりも思い気体です。硫黄原子の電子の軌道は、主量子数1,2,3に対応してK殻、L殻、M殻とありますが、硫黄は原子番号16なのでK殻(1s)に2個、L殻（2s, 2px, 2py,2pz）に10個電子が入っていて、のこり6つが、M殻に存在します。
M殻の電子の軌道は、3s, 3p（3個）, 3d（5個）で、電子が3sに２つ、3pxに２つ、3pyと3pzにそれぞれ1個ずつ入ります。
ーーーーー5d
ーーー3p
ー3s
これが基底状態。励起状態になって、3sの電子の1つと、3pxの電子の1つが5d軌道にそれぞれ1つずつ入ると(3s)1(3p)3(5d)2の6個の軌道に一つずつ電子が存在することになり（不対電子）、これらの軌道が混成することで6個の等価な軌道が新たに作られます。これにより硫黄は「手」が6つ持てて、他と化合物を形成します。
フッ素Fの原子番号は９で、電子は1s, 2s, 2px, 2py までは2個2入り、2pzに一個入ります。不対電子が１つなので、「手」は一本で他と結合します。これでＳＦ６がつくられる仕組みが説明されました。
酸素が結合するのが酸化、もしくは水素が取られるのが酸化、もしくは電子を取られるのが酸化という習い方をしたように思います。
水素と結合していた炭素は、お互いの電気陰性度が同程度なので共有結合によって共有されている電子対がどちらかの原子に偏って存在しているということはありません。それに対して、相手が変わって炭素が酸素が結合したときには酸素は電子を引っ張る力が強い（電気陰性度が大きい）ので、酸素と結合した炭素にしてみれば、共有電子対をつくっても全体としては酸素原子のほうに電子が分布した状態になり、電子を取られた状態になっているというわけです。
酸化の定義として２つの言い方を同時に習うと、どっちなの？同じなの？なぜ同じなの？という疑問が湧きます。自分の理解としては H → H+ + e- と分けて考えられるのでHが引き抜かれるのと電子が奪われるのが同じです。例えばアルコールの酸化の場合
CH3CH2OH → CH３CHO + 2H で水素が2個引き抜かれていますが、
2H ＝2H+ + 2e- と考えれば電子が2個奪われたともいえます。
酸化還元について考えると、”水素原子”は”水素イオン”（H+）と電子（e-）に等価である（H原子＝H+ + e-)ことを知っておくことは重要である。
（マクマリー生化学反応機構 第2版 106ページ）
酸化された還元されたというのをわかりやすくするために「酸化数」というものが考えだされました。電気陰性度が小さい水素（原子価１）の酸化数は＋１、電気陰性度が大きい酸素（原子価２）はー２です。電気陰性度が大きい窒素（原子価３）の酸化数はー３です。また、分子全体の酸化数の合計は０．例えばメタンCH４ですと、水素の酸化数が＋１で4個あるので、メタンの炭素の酸化数はー４になります。メタンが完全に酸化されて二酸化炭素CO2になると、酸素の酸化数がー２なので二酸化炭素の炭素の酸化数は＋４になります。変化としては、ー４から＋４に酸化数が増加しました。「酸化数の増加」＝酸化された ということになります。
よく「酸化数の絶対値＝原子価」と思っている人がいますが間違いです。Yahoo！知恵袋
同じ原子同士が結合しているときは酸化数の寄与はありません。炭素―炭素結合間に関しては酸化数は数えません。例えばプロパンCH3CH2CH3のそれぞれの炭素原子の酸化数を考えてみると、同種原子からの酸化数計算の寄与はないので、結合している水素（酸化数＋１）だけから計算して、それぞれー３，－２，－３となります。真ん中の炭素は酸化数がー２であって、のこり２つの炭素原子とは酸化数が異なっているということになります。
別の例を考えると、過酸化水素水H2O2の場合は、水素の酸化数は＋１ですが、酸素原子は他方の酸素原子とも結合しているので、自分が結合している水素の酸化数のみ考慮して、酸素の酸化数はー１になります。
結合している相手への酸化数の寄与はその結合に関して０になるような値と考えればいいのではないでしょうか。
酸化数の考え方を使うと、有機化合物の場合、水素を奪われた炭素は酸化数が＋１増加（か相手によってそれ以上）するので「酸化された」（酸化数が増加した）とわかります
化学における酸化数の定義をちゃんと見ておきます。以下の通りでした。
酸化数 （oxidation number ）
（a ） 原 子 X と原子 Y の 結合に お い て ，Y の 方が よ り陰 性で あれ ば ，両 原子問 に あ っ て 結合に 関与 し て い る と考え られ る電子 はすべ て Y に 与 え られ る 。 た だ し陰性 の大小は“ 電気陰性度”（表 4 ）に よ っ て 判定 され る。
（b ） 化合物中におけるO原子 の酸化数は 一2 とする （た だ しF2Oと過酸化 物 M2(I)O2，のばあいを除く）。
（c ） 化合物中にふくまれ るH原子 の酸化数は ＋1とす る （ただし金属水素化物のばあいを除く）。
（d ） 元素のままの状態における酸化数はゼロで あ る 。
（e ） 中性分子中にふくまれる各原子の酸化数を総和した値はゼロである 。
（f ） イオン中にふくまれる各原子 の酸化数総和 はイオンの 荷電数（符号をふくむ ）に 等 し い 。https://www.jstage.jst.go.jp/article/kagakukyouiku/15/1/15_KJ00003479165/_pdf/-char/ja
電子を取られる酸化反応がなぜ自然に起こるのかというと、電子にしてみれば、位置エネルギーが高い状態から、位置エネルギーが低い状態に移るからです。例えるなら、机の上に置いたコップは、机の下つまり床の上に置かれたときよりも、机の高さ分の位置エネルギーを持っているわけで、机の支えがなくなったら床にむかって落ちていきます。
酸素が存在する条件下で炭化水素や糖などを燃やして酸化し、二酸化炭素と水にする反応は、実験室でおきようが生体内で起きようが、反応物と生成物（最終的な）だけ見ると全く同じです。違いは何かというと、活性化エネルギーを得るために火をつけて（高温にして）燃やすということは、生体ではできないことです。何しろ体温が37度なのですから。そこで一気に酸化するのでなく部分的に部分的に、段階的に酸化していきます。それぞれの化学反応は酵素が司るのでそれぞれの反応の活性化エネルギーも小さくなっています。よって体温の温度で反応を進めることができるわけです。
また、一気に酸化して熱エネルギーを貰っても使いようがないので、ちょっとずつ酸化してATPを作ります。実際にはNAD+やFADといった「還元剤」を使ってエネルギーを一度NADHやFADH2といった還元型の物質に蓄えておき、それらをさらに酸化してエネルギーを取り出していくわけです。
The biological oxidation reactions occur in a stepwise fashion using not O2 directly, but rather less potent oxidizing agents like NAD+ and FAD.
Jakubowski Fundamentals of biochmistry II: Bioenergetics and metabolism (LibreTexts) 17.2: OXIDATION OF FATTY ACIDS 17.2.1:INTRODUCTION page 306
上のLibreTextsの教科書の説明は明解で理解しやすいと思いました。
エネルギーはいろんな形態をとるので、別の例で考えてもいいはずで、例えで考えるとわかりやすいです。位置エネルギーが高いところから位置エネルギーが低いところに移動して、その分、運動エネルギーになります。運動エネルギーをもったコップは、何か他のものを動かしたり仕事ができます。
電子も同様で、電気的な位置エネルギーがたかいところから低いところに移動する間に、その差となるエネルギーを使ってほかの何かの仕事ができる、もしくはそのエネルギーを他のものに与えるというわけ。
コレステロール(choresterol)という名前は、、chole (胆汁 bile)とstereos (固い solid)、-ol（アルコールであること、つまり水酸基をもつ）という言葉から作られた造語で、このように名付けられたのは発見のいきさつに由来しています。フランスの化学者ラフランソワ・プルティエ・ド・ラ・サール (François Poulletier de la Salle 1719-1788)が、胆石に含まれる成分として1769年にコレステロールを発見しました。
ステレオが「固い」の意味？と思うかもしれませんが、日本語でも ステレオタイプ＝固定的な考え という意味で使われています。
コレステロールの合成経路の始まりはアセチルCoAです。アセチルCoA（炭素２つ）が２つ組み合わされてアセトアセチルCoAになります（炭素４つ）。アセトアセチルCoA（炭素４つ）にアセチルCoA（炭素２つ）がさらに結合してヒドロキシメチルグルタリルCoA（HMG-CoA)（炭素6個）になります。このあとHMG-CoA還元酵素により還元、脱炭酸により炭素5個からなるイソペンテニル二リン酸（isopentenyl diphosphate, IPP）になります。この反応がコレステロール生合成の律速段階であり、HMG-CoA還元酵素阻害剤スタチンは非常に有名な薬です。なぜイソペンテニル二リン酸の略号がIDPでなくIPPなのかというと、旧名がisopentenyl pyrophosphate(IPP)だったからで、略号だけはいまだに使われているということのようです。IPPと、その異性体であるジメチルアリル二リン酸（DMAPP）が結合して炭素10個からなるゲラニル二リン酸（ＧＰＰ）ができます。ＧＰＰにＩＰＰがついて炭素15個からなるファルネシル二リン酸になり、それが2量体になって炭素30個のスクアレンになります。スクアレンが環状になってラノステロールをへてコレステロールになります。
スタチンは、コレステロール合成の律速段階であるHMG-CoAの還元を司るHMG-CoA還元酵素の阻害薬であり、いわゆる悪玉コレステロール（多すぎると、動脈硬化を起こして心筋梗塞や脳梗塞を発症させる恐れがある）として有名な低密度リポプロテイン（LDL）の血中濃度を低下させる作用を持ち、冠動脈疾患の予防と治療に世界じゅうで広く使われている高脂血症治療薬です。
スタチンが発見された経緯は、研究が進むのがいかに一筋縄にはいかないものかがわかってとても興味をそそられます。
参考