解糖は、生細胞のサイトゾルで起こる一連の 10 の化学反応です。解糖は細胞呼吸の最初のステップであり、6 炭素の糖分子 (グルコース) を 2 つの 3 炭素分子のピルビン酸に分解するプロセスです。
すでにご存じのとおり、細胞代謝とは、リソースとエネルギーを利用するための体内の代謝経路の集まりです。アナボリックおよびカタボリック経路が、私たちが消費する資源を分解し、それらを使用可能なエネルギー形態、つまり ATP (アデノシンリン酸) に変換しなければ、細胞レベル、システムレベル、または有機体レベルで機能することはできません.
細胞代謝は、人体で発生するすべての生化学反応に高分子の分解と再構築が不可欠であるため、エネルギーを獲得および放出する体のすべての細胞で発生します。多くの分子および細胞成分の寿命が短く、生物の継続的なエネルギー需要のために、細胞代謝は私たちの生涯を通じて続く一定のプロセスです.解糖、クレブス回路、および電子伝達鎖は、細胞呼吸の 3 つの主要なステップであり、栄養素を ATP に変換する一連の経路ですが、プロセスの最初のステップである解糖は、今日注目したい代謝経路です!
解糖とは?
解糖は、細胞呼吸の最初の代謝経路であり、生細胞のサイトゾルで起こる一連の 10 の化学反応です。解糖は、嫌気性環境 (酸素の欠乏) または好気性環境 (酸素存在) で機能するという点で柔軟なプロセスですが、これら 2 つの条件の最終生成物はそれぞれ乳酸とピルビン酸とわずかに異なります。
「解糖」という言葉は、「グリコ」と「リシス」に分けることができ、基本的には「グルコース」と「分解/分割」を意味します.それがまさに解糖のプロセスです。6 炭素の糖分子 (グルコース) を 2 つの 3 炭素分子のピルビン酸に分解し、次にクレブス回路と電子伝達系に関与して、より多くの使用可能なエネルギーを作成します。解糖は細胞呼吸の最初のステップに過ぎないことを忘れないでください。解糖の生成物にはまだ長い道のりがあります!
(写真提供:RegisFrey/Wikimedia Commons)
ピルビン酸に加えて、解糖によるグルコースの分解も、2 分子の ATP と 2 分子の NADH の形でエネルギーを放出します。 ATP の生成が細胞呼吸の最終的な目標であり、NADH 分子が呼吸プロセスの後半でさらに多くのエネルギーを生成するために使用できることを考えると、これは朗報です。以上が解糖の一般的な概要ですが、解糖と細胞呼吸の複雑な美しさを理解するには、もう少し深く掘り下げる必要があります!
解糖の反応
解糖には主に 2 つの段階があり、それぞれが 5 つの段階から構成されています。第 1 段階ではエネルギーの消費が必要ですが、第 2 段階では必要なエネルギーが生成されます。解糖プロセスの最初の 5 つの反応は準備段階と呼ばれ、最後の 5 つの反応はペイオフ段階と呼ばれます。
準備段階
1. 単一のグルコース分子から始まり、グルコース-6-リン酸で終わる最初の反応では、ヘキソキナーゼ酵素を使用して ATP を分解し、グルコース分子をリン酸化するために ADP に変換する必要があります。
2. 2 番目の反応では、イソメラーゼ (酵素) を利用して、グルコース-6-リン酸をフルクトース-6-リン酸に変換します。
3. ホスホフルクトキナーゼは、別のリン酸化反応を触媒し、別のリン基をフルクトース-6-リン酸に付加して、フルクトース-1,6-ビスリン酸を生成します。最初のリン酸化反応と同様に、これも ADP に変換される 1 つの ATP 分子の消費を必要とします。
4. 次に、フルクトース-1,6-ビスリン酸は、アルドラーゼの助けを借りて、2 つの 3-炭素化合物に分解され、グリシルアルデヒド-3-リン酸とジヒドロキシアセトンリン酸になります。これら 2 つの生成物は異性体ですが、解糖経路で使用されるため、バランスはグリセルアルデヒド-3-リン酸に向かう傾向があります。
準備段階の第 1 段階と第 3 段階で 2 つの ATP 分子が消費されることに注意してください。
ペイオフ フェーズ
1. 第 2 解糖段階のこの最初のステップでは、酵素 GL-3-P デヒドロゲナーゼが無機リン分子と NAD を利用して、グリセルアルデヒド-3-リン酸から NADH と 1-3 ビスホスホ-グリセリン酸を生成します。
2. ホスホグリセレートキナーゼを利用して、1-3 ビスホスホグリセレートを 3-ホスホグリセレートに変換します。この化学反応により、リン基が ADP 分子に戻り、ATP 分子が生成されます。興味深いことに、反応プロセスのこのステップは可逆的です。
3. 3-ホスホグリセレートは、ホスホグリセレートムターゼの助けを借りて、2-ホスホグリセレートへの単純な転位反応を受けます。このステップは、エネルギーを必要とせず、生成しません。
4. 次に、2-ホスホグリセレートは、Mg2+ (マグネシウムイオン) と酵素であるエノラーゼの助けを借りて、ホスホエノールピルビン酸に変換されます.
5. 解糖の最終段階は、ピルビン酸キナーゼの作用によりホスホエノール ピルビン酸がピルビン酸に分解されることです。この反応は、ADP分子をATPに変換するリン分子も放出します。これは可逆反応ではありません。
解糖産物
準備段階の終わりに、(1) グルコースの分子が (2) グリセルアルデヒド-3-リン酸の分子に分割されたことに注意してください。したがって、ペイオフ段階は実際にはグルコース 1 分子あたり 2 回発生します。つまり、ペイオフ段階の 2 番目と最後のステップで、2 つの ATP 分子が生成され、4 つの ATP 分子の総生産が得られます。
ただし、準備段階で 2 分子の ATP が消費されたことを思い出してください。したがって、1 分子のグルコースから始まり、解糖プロセスによって 2 分子のピルビン酸、2 正味の ATP 分子、2 分子の NADH が生成されます。 見落としがちな商品。 NADH は、デヒドロゲナーゼの助けを借りてペイオフ段階の最初の反応で形成されます。 NADH は電子伝達体であり、呼吸プロセスの後半、つまり電子伝達系でさらに多くの ATP を生成する可能性があるため、重要です。
(写真提供:CNX OpenStax/Wikimedia Commons)
解糖が完了すると、細胞は 2 つの ATP にすぐにアクセスできるようになります。これは、エネルギー需要が高い場合に役立ちます。ピルビン酸分子は酸化されてクレブス回路に移動しますが、NADH は電子輸送チェーンに移動し、そこでエネルギーポテンシャルを最大限に利用できます。
