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糖分解経路の詳細: グルコースがどのようにエネルギーに変わるか

糖分解経路

糖分解経路 (glycolysis pathway) は、グルコースをエネルギーに変換する生化学的反応のシーケンスです.

このブログ記事では、糖分解の主なステップと、糖分解経路の結果としてどのような製品が生成されるかについて説明します. また、この経路の問題によって引き起こされる可能性のあるいくつかの病気についても見ていきます.

糖分解とは何ですか？

糖分解経路は細胞内のエネルギー生成に重要である. 糖分解は細胞の細胞質で発生し、細胞機能に必須のATP(アデノシン三リン酸)を安定的に供給する. 糖分解細胞がなければ生き残れない. 糖分解には、好気性と嫌気性の2種類があります. 好気性糖分解は酸素の存在下で起こるが、嫌気性糖分解は酸素を必要としない.

糖分解経路に関連する主なステップ

糖分解には、基質レベルのリン酸化、グルコース-リン酸からフルクトース-リン酸への変換、および2つのリン酸分子の形成の3段階があります。さらに、フルクトース-ビスリン酸からグリセロールアルデヒド-リン酸への変換、ジヒドロキシアセトンリン酸からグリセロール-リン酸への変換など、これら3つの主要なステップの間に発生するいくつかの中間ステップがあります。

糖分解経路に含まれるステップ（クリックすると拡大表示). ダウンロードはこちら！

糖分解に関与する酵素

糖分解にはいくつかの酵素が関与しており、糖分解経路のさまざまな段階を触媒するのに役立ちます. 糖分解に関与する酵素は、通常、細胞の細胞質に存在します.

酵素 (Enzyme)	機能エノラー (Function)
ヘキソキナーゼ/グルコキナーゼ (Hexokinase/glucokinase)	グルコースからグルコースリン酸への変換を触媒する
ホスホフルクトキナーゼ (Phosphofructokinase)	フルクトース-リン酸からフルクトース-ビスリン酸への変換を触媒する
アルドラーゼ (Aldolase)	フルクトース-二リン酸をグリセルアルデヒド-リン酸の2分子に分解する
トリオースリン酸イソメラーゼ (Triose phosphate isomerase)	グリセルアルデヒド-リン酸をジヒドロキシアセトンリン酸に変換する
エノラーゼ (Enolase)	リン酸ジヒドロキシアセトンをホスホエノールピルビン酸塩に変換
ピルビン酸キナーゼ (Pyruvate kinase)	ホスホエノールピルビン酸塩のピルビン酸への変換を触媒する.

糖分解とダウンストリーム効果の生成物

糖分解の生成物にはピルビン酸塩、NADH、ATPが含まれます.

ピルビン酸は、体内のいくつかの異なる経路で使用される重要な分子です. ピルビン酸塩は、グルコースがアセチル-CoAの2分子に変換された結果として生成されます. ピルビン酸の生成後、さらにクエン酸サイクルでアセチル-コエンザイムA（アセチル-CoA）に変換される. クエン酸サイクルはクレプスサイクルとも呼ばれ、アセチル-CoAからのATPの生成を担っています. 酸素がない場合、ピルビン酸塩は乳酸に変換されます. 乳酸発酵は筋肉にATPを生成するのに役立つ重要なプロセスです.

NADHは、電子輸送鎖の電子伝達を助ける補酵素です。 NADHは、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NAD+）がNADHに還元された結果として生成される.

ATPは細胞の主要なエネルギー源です. ATPは、リン酸基がグルコース-リン酸からADPに移行する結果として生成される. 糖分解では、ブドウ糖をエネルギーに変換するために2分子のATPが使用されます. しかし、この経路の結果として4つのATP分子が生成されます. これは、糖分解において2つのATPが純生成されることを意味します.

糖分解経路に関連する疾患

機能不全の糖分解は、エネルギーの生成に問題を引き起こす可能性があります. ATPは細胞機能に必須であり、その生成の問題は脱力、疲労、筋肉痛などの症状を引き起こす可能性がある. 糖分解の問題によって引き起こされる可能性のある病気には、糖尿病、がん、心臓病などがあります.

ヘキソキナーゼなどの糖分解酵素の欠乏は糖尿病を引き起こす可能性があります. ピルビン酸キナーゼの欠陥はまた、心臓病を引き起こす可能性があります. 糖分解経路は腫瘍細胞の生存に重要である. がん細胞はしばしばエネルギーを糖分解に依存します.なぜなら、Warburg効果によって酸化的リン酸化を回避できるからです.

過剰な糖分解経路によって引き起こされる病気はあまり一般的ではありませんが、非常に深刻である可能性があります. 過剰な糖分解は、血液中の乳酸の蓄積である乳酸アシドーシスを引き起こす可能性があります. 乳酸アシドーシスは、糖分解に関与する酵素の問題や酸素不足によって引き起こされる可能性があります. 乳酸アシドーシスは、昏睡や死といった深刻な健康問題を引き起こす可能性があります.

Written by Colm Ryan

Colm Ryan PhD is a co-founder of Assay Genie. Colm carried out his undergraduate degree in Genetics in Trinity College Dublin, followed by a PhD at the University of Leicester. Following this Colm carried out a post-doc in the IGBMC in Strasbourg, France. Colm is now Chief Executive Officer at Assay Genie.