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以前、エネルギー代謝の「解糖系」、「クエン酸回路」、「電子伝達系」、それによって産生される「ＡＴＰ」について記事にしたのですが、内容は全体に軽く触れる程度でした。

 

なので、「解糖系」、「クエン酸回路」、「電子伝達系」を小分けにして、以前より細かく説明していきます。本記事は、そのうちの「解糖系」について取り上げます

 

 

 

 

 

そして、この記事の説明に使っている絵ですが、

 

 

普通は原子を、Ｃ（炭素）、Ｏ（酸素）、Ｈ（水素）、Ｎ（窒素）・・・と、アルファベットで書くのですが、私は英語だとピンとこないので漢字にしました。ただし、カタカナだとしっくりこなかったので、リンだけは「Ｐ」にしました。

 

 

化学が得意な人には邪道な表記で申し訳ないのですが、大目に見ていただけると嬉しいです。

 

それでは本題に入ります。

 

 

 

 

解糖系とは

 

「解糖系」とは、糖を分解する経路の事で、１０段階の反応からなります。糖は「ブドウ糖（グルコース）」のことです。これまでは、

 

 

グルコース

↓

（何段階か反応）

↓

ピルビン酸

 

 

・・・と、かなり省略して説明していましたが、今回はこの間の説明になります。

 

 

「解糖系」で得られるのは、エネルギー物質「ＡＴＰ」が２分子と、電子伝達体の「ＮＡＤＨ」が２分子です。

 

 

 

ＡＴＰ・・・２分子

 

ＮＡＤＨ・・・２分子

 

 

そして、「グルコース」１分子から、「ピルビン酸」は２分子できます。

 

なので出発点は「グルコース」です。

 

 

①グルコース　→　グルコース６リン酸

 

以下がグルコースの構造です。

 

 

 

 

まず、「グルコース」が、リン酸基を付けられる「リン酸化」という反応によって、「グルコース-６-リン酸」になります。

 

ただし、

 

解糖系の目的は「ＡＴＰ」を得る為ですが、その為にはまず一番最初に「ＡＴＰ」を１分子使います。

 

「ＡＴＰ」を作る為に、「ＡＴＰ」を使うわけです。世間ではこれを「投資」と言います。

 

そして、こちらがエネルギー物質「ＡＴＰ」の構造です。

 

 

「アデノシン・トリ・ホスフェート / 和名：アデノシン３リン酸」という名前の通り、リン酸基が３つ付いています。

 

 

「３があるなら他の数字もあるのか」と思われるでしょうが、当然あります。「トリ（３）」と、「ジ（２）」と、「モノ（１）」です。

 

 

 

リン酸１つ・・・ＡＭＰ

 

リン酸２つ・・・ＡＤＰ

 

リン酸３つ・・・ＡＴＰ

 

 

今回登場するのは「ＡＴＰ」と「ＡＤＰ」です。前者が「エネルギーが蓄えられている状態」で、後者が「エネルギーを放出した状態」です。

 

以下の、「１と２の間」、「２と３の間」のところは、「高エネルギーリン酸結合」と言います。

 

 

 

 

「ＡＴＰ⇔ＡＤＰ」の場合、３と２の間が結合する（ＡＤＰをＡＴＰに変換する）とエネルギーが蓄えられ、結合部分が外れる（ＡＴＰがＡＤＰに変換される）とエネルギーが放出される仕組みになっています。

 

生体はこのエネルギーを利用して生命活動を行なっているのです。

 

 

ＡＴＰ（３）　⇔　ＡＤＰ（２）

 

 

ちなみに、ＡＴＰに蓄えられたエネルギーの使用期限は短いので、合成されても、すぐに消費されます。そして再びエネルギーが蓄えられます。

 

 

それでは、話を「グルコース」に戻します。

 

「解糖系」では、まずこのＡＴＰの「リン酸基」が外れて、「グルコース」に付けられます。

 

 

 

すると、エネルギーを放出した「ＡＴＰ」は、「ＡＤＰ」となり、「グルコース」は「グルコース-６-リン酸」になります。

 

 

 

 

「グルコース」にはなかったリン酸がくっついています。

 

そして、この反応に使われる酵素は「ヘキソナーゼ」と言います。へきそ（hexo-）とは「６」のことで、六炭糖を指します。

 

「ヘキソナーゼ」のように、基質（元の物質）から何かを切り離して、それを別の基質にくっつける酵素のことを「転移酵素」と言います。

 

 

 

 

そして、「グルコース-６リン酸」は、次の反応へと進みます。

 

 

 

 

 

②グルコース６リン酸　→　フルクトース６リン酸

 

次に「異性化」という反応が起きます。「異性化反応」では、原子の種類や数は減ったり増えたりせずに、場所だけ変わります。

 

この反応で使われる酵素は、「グルコース-６-リン酸イソメラーゼ（異性化酵素）」です。

 

 

「グルコース-６-リン酸」は、「フルクトース-６-リン酸」に変化します。

 

 

 

「グルコース-６-リン酸」も、Ｃ６ Ｈ１３ Ｏ９ Ｐ。

 

「フルクトース-６-リン酸」も、Ｃ６ Ｈ１３ Ｏ９ Ｐ なので、数は変わっていません。

 

「フルクトース-６-リン酸」は次の反応へ進みます。

 

 

 

③フルクトース６リン酸　→　フルクトース１．６－ビスリン酸

 

 

次は再び「リン酸化」が起きます。つまり、投資をしなければいけないので、ここでもまたＡＴＰを使います。

 

 

 

この反応の酵素は、「ホスホフルクトキナーゼ」です。

 

これにより、「ＡＴＰ」は「ＡＤＰ」となり、「フルクトース-６-リン酸」は「フルクトース-１，６-ビスリン酸」になります。

 

 

 

 

リン酸を２つ手に入れました。

 

「フルクトース-１，６-ビスリン酸」は次の反応に進みます。

 

 

④フルクトース１．６－ビスリン酸　→　ジヒドロキシアセトンリン酸　＆　グリセルアルデヒド三リン酸

 

これまで足したり入れ替えたりしてきましたが、次の反応は開裂です。これにより６炭糖が３炭糖に割れます。

 

この反応で使われるのは、水を加えることなく切断する「脱離酵素」で、「アルドラーゼ」と言います。大雑把ですが、だいたいこの辺りから真っ二つです。

 

 

 

 

そうしてできたのがこちらの２つです。ただ割れただけでなく、配置も少し変わっています。

 

 

 

 

この２つは、原子の数や種類は同じですが、配置が違います。

 

「グリセルアルデヒド-３-リン酸」は次へ進むことができるのですが、「ジヒドロキシアセトンリン酸」はこの状態だと進めません。

 

 

なので、「ジヒドロキシアセトンリン酸」は、もう一度反応して「グリセルアルデヒド-３-リン酸」になります。

 

それが、次の反応です。

 

 

 

 

⑤グリセルアルデヒド-３-リン酸　→　ジヒドロキシアセトンリン酸

 

「ジヒドロキシアセトンリン酸」を「グリセルアルデヒド-３-リン酸」に変える酵素は、「トリオースリン酸イソメラーゼ」です。これによって異性化が起きます。

 

 

 

• グルセルアルデヒド-３-リン酸

 

• ジヒドロキシアセトンリン酸　→　グリセルアルデヒド-３-リン酸

 

 

こうして、２つの「グリセルアルデヒド-３-リン酸」が生成されました。

 

 

 

 

この反応によって２分子になってしまったので、これ以降は、グルコース１分子あたりの中間代謝物は２倍になります。

 

１分子だけ描きますが、後で計算する時に２倍にします。

 

というわけで「グリセルアルデヒド-３-リン酸」は、次の反応に進みます。

 

 

 

 

⑥グリセルアルデヒド３リン酸　→　１．３－ビスホスホグリセリン酸

 

 

ここでは、新たな物質が登場するのでちょっとややこしくなります。その名は「ＮＡＤ えぬえーでぃー」です。

 

 

 

 

正式名は、「ニコチンアミド・アデニン・ジヌクレオチド（ＮＡＤ）」です。「脱水素酵素」の補酵素（サポート役）になります。

 

この「ＮＡＤ」には、水素（のもつ電子）を預かる働きがあります。

 

 

このような化合物の事を「電子伝達体 でんしでんたつたい」と言います。

 

 

上のイラストは、「酸化型」といって水素を預かる前の状態です。

 

 

 

 

そして、「酸化型」があるということは、「還元型」もあるということです。それが「ＮＡＤＨ」です。

 

 

 

 

「ＮＡＤＨ」は還元型なので、水素（電子）を預かった状態です。どこかに水素がついていますので探してみて下さい。

 

 

 

 

それでは、話を「グリセルアルデヒド-３-リン酸」に戻します。

 

「グリセルアルデヒド-３-リン酸」を「1,3-ビスホスホグリセリン酸」にするには、「脱水素」と「リン酸化」という２つの反応が同時に起きます。

 

ここで使われる酵素は、「グリセルアルデヒド-３-リン酸デヒドロゲナーゼ」です。

 

 

 

 

そして、「リン酸化」も起きるので、パーツである「リン酸（Pi）」も必要です。

 

 

 

 

流れは、

 

 

 

 

「グリセルアルデヒド-３-リン酸」から水素が外れ、「ＮＡＤ（酸化型）」に預けられます。

 

同時に、どこから表れたのか不明ですが、「リン酸」が「グリセルアルデヒド-３-リン酸」にくっつきます。

 

すると、「ＮＡＤ」は「ＮＡＤＨ（還元型）」となり、

 

 

 

 

「グリセルアルデヒド-３-リン酸」は「1,3-ビスホスホグリセリン酸」になります。

 

 

 

 

リン酸が２つになった「１．３－ビスホスホグリセリン酸」は次の反応に進みます。

 

 

 

⑦１．３－ビスホスホグリセリン酸　→　３ホスホグリセリン酸

 

ここでは「ホスホグリセリン酸キナーゼ」という転移酵素を使います。

 

「１．３－ビスホスホグリセリン酸」は、２つあるリン酸のうちの１つを「ＡＤＰ」にあげます。

 

「ＡＴＰ」の説明をした時に少しお話しましたが、こちらが「ＡＤＰ」の構造になります。

 

 

「アデノシン・ジ・ホスフェート / 和名：アデノシン２リン酸）」と読み、“Di（ジ）”というのは、数字の２です。

 

リン酸が２つあるということを表しています。

 

これに、更にリン酸が１つ加わると、「アデノシン・トリ・ホスフェート / 和名：アデノシン３リン酸」、つまり「ＡＴＰ」になるわけです。

 

もう一度言いますが、「ＡＤＰ」から「ＡＴＰ」になることで「高エネルギーリン酸結合」の部分にエネルギーが蓄えられます。

 

では話を戻します。

 

「ＡＤＰ」は「１．３－ビスホスホグリセリン酸」からリン酸を１つもらいます。

 

 

 

これで「ＡＴＰ」が１つできました。

 

 

 

一方、リン酸を譲った「１．３－ビスホスホグリセリン酸」は、「３-ホスホグリセリン酸」になりました。

 

 

 

 

「３-ホスホグリセリン酸」は次の反応に進みます。

 

 

⑧３ホスホグリセリン酸　→　２ホスホグリセリン酸

 

次は異性化です。原子の数や種類は変わらず、配置が変わります。

 

ここで使われる酵素は「ホスホグリセリン酸ムターゼ」です。それにより、「３-ホスホグリセリン酸」は「２-ホスホグリセリン酸」になります。

 

 

 

 

「２-ホスホグリセリン酸」は次の反応に進みます。

 

 

⑨２ホスホグリセリン酸　→　ホスホエノールピルビン酸

 

この反応では、除去付加酵素の「エノラーゼ」が使われます。これによって「２-ホスホグリセリン酸」の脱水が起きます。

 

酸素１、水素２（つまり水分子）が脱離します。

 

その結果、「ホスホエノールピルビン酸」になります。

 

 

 

「ホスホエノールピルビン酸」は次の反応に進みます。

 

 

⑩ホスホエノールピルビン酸　→　ピルビン酸

 

「ホスホエネールピルビン酸」にはリン酸がついています。これを「ＡＤＰ」にあげて「ＡＴＰ」を合成します。

 

使われるのは転移酵素の「ピルビン酸キナーゼ」です。

 

 

 

 

「ADP」は、リン酸をもらって「ＡＴＰ」になり、

 

 

 

 

「ホスホエノールピルビン酸」は、リン酸を外したことで「ピルビン酸」になりました。

 

 

 

 

解糖系によって得られたもの

 

「解糖系」の流れを振り返ります。

 

２倍で計算しています。

 

１分子の「グルコース」から、１０段階の反応を経て、２分子の「ピルビン酸」になり、

 

 

 

 

「グリセルアルデヒド３リン酸」から「１．３－ビスホスホグリセリン酸」になる反応で、水素（の持つ電子）を預かった「ＮＡＤＨ」が２分子できました。

 

 

 

 

この水素は、ミトコンドリアの内膜で起こる「電子伝達系」で使われます。

 

そして、目的の「ＡＴＰ」は、「１．３－ビスホスホグリセリン酸　→　３ホスホグリセリン酸」の反応で２分子、「ホスホエノールピルビン酸　→　ピルビン酸」の反応で２分子得られたので、合計４分子ということになります。

 

 

しかし、最初に２分子投資しているので、それを引くと、「解糖系」で得られるＡＴＰは２分子ということになります。

 

 

 

 

本記事の絵は、主に以下の動画を参考にしました。英語は分からないのですが、非常に丁寧に描かれていて感動しました。

 

動画の方が分かりやすいので、見る事をオススメします。

 

 

 

 

 

クエン酸回路（ＴＣＡ回路）について分かりやすく説明してみたへ続く