グルコース代謝の3つの主要な代謝経路

人体を構成する化学物質は数多くありますが、その中でも糖は必須の有機化合物です。糖は人体に入ると、人体の代謝に関与します。一般的に、糖の代謝経路は主に異化と同化の2つに分かれます。異化作用には 3 つのタイプ、同化作用には 2 つのタイプがあり、どちらも人体にとって不可欠です。今日は糖分解代謝の3つの主要な代謝経路について詳しく紹介します。

糖代謝の2つの主要なカテゴリー：異化と同化

異化：

1. 解糖（糖の嫌気性酸化）

2. クエン酸回路（糖の好気的酸化）

3. ペントースリン酸経路

アナボリック：

1. グリコーゲン合成（肝臓グリコーゲンまたは筋肉グリコーゲンに変換）

2. 糖新生（脂肪や非必須アミノ酸などの非糖質への変換）

糖代謝のいくつかの主要経路

糖の嫌気性解糖経路（解糖経路）：

酸素がない状態でブドウ糖を乳酸に分解するプロセスです。体内の糖代謝の主な経路です。

解糖経路は 3 つの段階から構成されます: 段階 1: 開始段階。グルコースのリン酸化と異性化：①グルコースはヘキソキナーゼの触媒によりグルコース-6-リン酸にリン酸化される。これは不可逆的なリン酸化反応であり、解糖過程の重要なステップの1つであり、グルコースがあらゆる代謝経路に入るための開始反応であり、1分子のATPを消費します。 ②グルコース-6-リン酸は、ホスホヘキソースイソメラーゼによって触媒され、フルクトース-6-リン酸に変換されます。 ③フルクトース-6-リン酸は、6-ホスホフルクトキナーゼによって触媒され、リン酸化されて1,6-フルクトースビスリン酸に変換され、1分子のATPを消費します。これは2番目の不可逆的なリン酸化反応であり、解糖過程の2番目の重要なステップであり、グルコース酸化過程における最も重要な制御ポイントです。

第二段階：クラッキング段階。 1,6-フルクトース二リン酸は半分に分解され、2 つのトリオースリン酸分子 (ジヒドロキシアセトンリン酸と 3-ホスホグリセルアルデヒド) になります。アルドラーゼの触媒作用により、この 2 つは相互変換され、最終的に 1 つのグルコース分子が 2 つの 3-ホスホグリセルアルデヒド分子に変換されます。

第三段階：酸化還元段階。エネルギーの放出と保持：①3-ホスホグリセルアルデヒドの酸化とNAD+の還元が3-ホスホグリセルアルデヒド脱水素酵素によって触媒され、1,3-ジホスホグリセリン酸が生成され、高エネルギーリン酸結合が形成されるとともに、第7段階でピルビン酸の還元に必要なNADHが同時に生成される。 ②1,3-ジホスホグリセリン酸の酸化とADPのリン酸化により3-ホスホグリセリン酸とATPが生成される。ホスホグリセリン酸キナーゼによって触媒される。 ③3-ホスホグリセリン酸が2-ホスホグリセリン酸に変換されます。 ④2-ホスホグリセリン酸はエノラーゼによって脱水され、分子再配置を経て高エネルギーリン酸結合を持つホスホエノールピルビン酸を生成します。 ⑤ ホスホエノールピルビン酸はピルビン酸キナーゼの触媒作用により高エネルギーリン酸結合をADPに転移し、エノールピルビン酸とATPを生成します。これは不可逆反応であり、解糖過程の3番目の重要なステップです。 ⑥ エノールピルビン酸とケトピルビン酸の相互変換。 ⑦ ピルビン酸が還元されて乳酸が生成される。

グルコース 1 分子は嫌気性解糖によってアデノシン三リン酸 (ATP) 2 分子を生成し、このプロセスは完全に細胞質内で完了します。

生理学的意義：①酸素欠乏または無酸素状態で体がエネルギーを得るための有効な手段である。②ストレス下で体がエネルギーを生産し、体の生理的ニーズを満たす重要な方法である。③解糖系の一部の中間生成物は、脂質、アミノ酸などの合成の前駆体であり、他の代謝経路に関連している。

解糖によってエネルギーを得る組織細胞には、赤血球、網膜、角膜、水晶体、精巣、腎髄質などがあります。

糖の好気的酸化経路：

好気的条件下でブドウ糖を水と二酸化炭素に完全に酸化することを好気的酸化と呼び、糖の酸化の主な方法です。大部分の細胞は好気性酸化によってエネルギーを得ます。筋肉の解糖によって生成された乳酸は、最終的には酸素の存在下で水と二酸化炭素に完全に酸化される必要があります。

好気性酸化は 2 つの段階に分けられます。第 1 段階: 細胞質反応段階: 解糖産物 NADH はピルビン酸を還元して乳酸を生成するために使用されず、両方とも酸化のためにミトコンドリアに入ります。

フェーズ II: ミトコンドリア内の反応フェーズ: ① ピルビン酸はピルビン酸脱水素酵素複合体によって酸化的に脱炭酸され、アセチル CoA を形成します。これは重要な不可逆反応です。その特徴は、ピルビン酸の酸化によって放出されたエネルギーが高エネルギーチオエステル結合の形でアセチルCoAに蓄えられ、それがトリカルボン酸回路に入る始まりとなることです。 ②トリカルボン酸回路と酸化的リン酸化トリカルボン酸回路は、ミトコンドリア内で行われる一連の酵素反応であり、アセチルCoAとオキサロ酢酸のクエン酸への凝縮からオキサロ酢酸の再生まで、1つの回路プロセスを形成し、その過程で4つの脱水素酸化が行われて2分子のCO2が生成され、除去された4対の水素が酸化リン酸化されてH20とATPが生成されます。トリカルボン酸回路の特徴は、①クエン酸の合成からα-ケトグルタル酸の酸化までの段階は不可逆反応であるため、回路全体が不可逆的である、②循環輸送中に、各成分は正味分解も正味合成も起こらない、です。ただし、特定の成分が除去または追加されると、サイクル速度が影響を受けます。 ③ トリカルボン酸回路におけるアセチル CoA 酸化の効率は、オキサロ酢酸の濃度に依存します。 ④ 各サイクルで生成された NADH と FADH2 は、密接に関連した呼吸鎖を介して酸化リン酸化され、ATP が生成されます。 ⑤ サイクルの律速段階は、アロステリック酵素であるイソクエン酸脱水素酵素によって触媒される反応であり、ADP はその活性化因子であり、ATP と NADH はその阻害剤です。

ミトコンドリアの内膜には、NADH 呼吸鎖とコハク酸呼吸鎖という密接に関連した 2 つの呼吸鎖が分布しています。呼吸鎖の機能は、代謝産物によって除去された水素を水に酸化し、同時に大量のエネルギーを生成して ATP 合成を促進することです。グルコース 1 分子が完全に CO2 と H2O に酸化され、36 または 38 分子の ATP が生成されます。

グリコーゲン合成経路

グリコーゲンは動物の体内の糖の貯蔵形態です。グリコーゲンは、α-1,4 および α-1,6 グリコシド結合によってつながれたグルコースによって形成される高度に分岐したポリマーです。体内に摂取された糖のほとんどは脂肪（トリグリセリド）に変換されて脂肪組織に蓄えられ、ごく一部だけがグリコーゲンの形で蓄えられます。グリコーゲンは急速に動員されるブドウ糖の蓄えです。筋肉グリコーゲンは筋肉の収縮の必要を満たすことができ、肝臓グリコーゲンは血糖の重要な供給源です。

グリコーゲン合成酵素はグリコーゲン合成の重要な酵素であり、G-6-P などの複数の因子によって制御されます。グルコースからグリコーゲンを合成するプロセスはエネルギーを消費するプロセスであり、グリコーゲン 1 分子の合成には 2 個の ATP が必要です。

糖新生

非糖質をグルコースに変換するプロセスは糖新生と呼ばれ、体内で単糖類を生合成する唯一の経路です。肝臓は糖新生の主な臓器であり、長期の飢餓やアシドーシスの際には腎臓の糖新生が促進されます。

糖新生の経路は基本的に解糖の逆のプロセスですが、可逆的なプロセスではありません。解糖過程における 3 つの主要酵素によって触媒される反応は不可逆的であるため、グルコースは、糖新生の 4 つの主要酵素 (グルコース-6-ホスファターゼ、フルクトース-1,6-ビスホスファターゼ、ピルビン酸カルボキシラーゼ、およびホスホエノールピルビン酸キナーゼ) を介して解糖の 3 つのエネルギー障壁を回避して生成されなければなりません。

その生理的意義は、①血糖値を一定に保つための重要な血糖補給源として機能することです。 ②乳酸アシドーシスを予防する。 ③アミノ酸の代謝を助ける。

ペントースリン酸経路

細胞質内に存在し、肝臓、乳房、赤血球などの組織に存在します。その生理学的意義は、①ヌクレオチドおよび核酸の生合成に必要な5-リン酸リボースを供給することである。 ②NADPHの形で還元力を供給し、様々な代謝反応に関与し、グルタチオンの還元状態を維持するなど。

尿酸経路

その生理学的意義は、生体内変換における重要な結合剤であり、さまざまな代謝物（ビリルビン、ステロイドなど）、薬物、毒物と結合できる活性グルクロン酸（UDPグルクロン酸）の生成にあります。また、コンドロイチン硫酸、ヒアルロン酸、ヘパリンなどのプロテオグリカンの重要な成分であるグルクロン酸の供与体でもあります。