コア コンセプト
このチュートリアルでは、重要な生化学的経路である解糖について学びます。
生化学における経路とは、分子の分解や合成などの機能を実行する一連の反応です。この特定の経路である解糖は、ほとんどの生命の生存に不可欠であるため、最もよく研究されている経路の 1 つです!
解糖系とは?
解糖は、糖グルコース (C6 H12 O6 ）、それをより小さな分子に分解し、生物系に有用なエネルギーを生成します.見方によって、解糖はさまざまな方法で説明できます。ここにいくつかの重要な視点があります。
生活の中で
一見すると、詳細に立ち入ることなく、解糖は、地球上の生物の大半がエネルギーを得るために糖を分解または「代謝」する方法であると言えます.生物は、このようにして生成されたエネルギーに依存して、生き、動き、成長します。植物は光合成を使って糖を作り、解糖を使ってそれらの糖をエネルギーに分解します。ペンギンのような動物は、同じ経路を使用します 彼らが食べる食物中の糖を処理します。一部のバクテリアなど、一部の生物のみがそうしません。 解糖を利用します。代わりに、他の経路を使用してエネルギー源を代謝します。
生化学における解糖
生化学者にとって、解糖は重要な経路の 1 つにすぎず、生命の中で発生する化学経路のより大きなシステムの一部です。下の画像では、赤い線は解糖を表し、その他の既知の経路は白黒のままです。解糖はパズルの 1 ピースに過ぎないことがわかります。
生化学者は、化学物質がどのように変化するか、プロセス全体でエネルギーがどのように移動するかなど、これらの経路の詳細に関心を持っています。系統的にアプローチし、各プロセスに出入りするものを追跡すると、より意味のあるものになり始めます。独自の「簿記」を行うことで、生化学者のように解糖を理解し始めることができます。
分子レベルでの解糖
より詳細な化学的観点から、解糖はさまざまな反応による糖の分解です。これがその名前の由来です。ギリシャ語の「glukús」は甘いという意味で、「lysis」は切る、または解放するという意味です。グルコースの 1 つの分子である糖は、10 の異なる反応またはステップで化学的に変化します。これらのステップは、エネルギー (ATP) を生成し、重要な分子を作成します。これらの重要な分子の 1 つは、解糖系の最終生成物であるピルビン酸です。ピルビン酸は、クエン酸回路などの他のエネルギー生成プロセスの開始分子であるため、特別です。
1:グルコースのリン酸化
経路の最初の反応では、ヘキソキナーゼと呼ばれる酵素が ATP からリン酸基を取り、それをグルコース分子の炭素 6 に付加します。新しい分子はグルコース-6-リン酸です。これを覚える良い方法は、酵素の名前からです。 「キナーゼ」酵素はすべて何かにリン酸を付加 (または何かから除去) しますが、これはその名前に「6」を意味する「hex」が含まれているため、ヘキソキナーゼは炭素 6 にリン酸を付加します!
2:異性化
ここで、酵素ホスホグルコースイソメラーゼは、糖の構造を6原子環（グルコース-6-リン酸）から5原子環（フルクトース-6-リン酸）に変化させます。何も加えたり取り除いたりするのではなく、異性化と呼ばれる結合を再配置するだけです。繰り返しますが、手がかりは酵素の名前にあります:ホスホグルコース 異性体を取得
3:フルクトースリン酸リン酸化
リン酸化で戻ってきました！別のキナーゼであるホスホフルクトキナーゼは、ホスホフルクトースを取り、ATP から別のリン酸を盗んでそれに追加し (今度は炭素 1 に)、フルクトース-1,6-ビスリン酸 (ビス- は単に 2 を意味するため、ここではフルクトース分子に 2 つのリン酸があります) を作ります。 ）。ステップ 1 でこの酵素の名前になじみがあると思われる場合は、その通りです。-kinase はリン酸を付加することを意味し、phosphofructo- はこれをフルクトース-6-リン酸に追加することを示します.
4:アルドラーゼ C-C 結合切断
このステップは大きな変化をもたらします:単一の 6 炭素分子が酵素アルドラーゼを使用してバラバラになり、ジヒドロキシアセトンリン酸 (DHAP) とグリセルアルデヒド-3-リン酸 (GAP または G3P) と呼ばれる 2 つの 3 炭素化合物を形成します。
5:異性化
トリオースリン酸イソメラーゼは小さいながらも重要な役割を果たしており、DHAP を GAP に変化させて、1 種類の 3 炭素糖 (トリオースは 3 を意味するため、このような糖を表す言葉です) を持っています。このステップがなければ、すべてのグルコース分子の半分が副産物になります! 次のすべてのステップ 2 回起こると考えることができます 単一のグルコースから 2 つの GAP 分子を作成したため、最初に入れられたすべての分子に対して。
6:脱水素とリン酸化
グリセルアルデヒドリン酸デヒドロゲナーゼ (GAPDH) 酵素は、GAP のアルデヒド基から水素を除去し、遊離リン酸 (ATP からのリン酸の代わりに) を付加して、1,3-ビスホスホグリセレート (ビス- は 2 を意味します) にします。
7:脱リン酸化
前に、キナーゼが追加するのを見ました リン酸塩を分子に取り込んで、ATP から取り出します。現在、ホスホグリセリン酸キナーゼは真新しいリン酸を除去し、それをADPに追加してエネルギー貯蔵ATPを作ります.これにより、3-ホスホグリセレートが残ります。
8:リン酸塩の「突然変異」
ここに別の異性化が来ます！今回だけは、イソメラーゼやアルドラーゼに由来するのではなく、リン酸基を炭素 3 から炭素 2 に移動させ、3-ホスホグリセレートではなく 2-ホスホグリセレートにするホスホグリセロムターゼと呼ばれる酵素です。
9:脱水
ステップ 8 は小さいように見えますが、酵素エノラーゼを 脱水 させる必要がありました (水分子を取り除いて) ホスホグリセレートから、ホスホエノールピルビン酸が残ります (5 倍速く言ってみてください!)。
10:脱リン酸化
おなじみのタイプの酵素が経路を完成させるために現れます:キナーゼ.ピルビン酸キナーゼは最後のリン酸を除去し、その過程で別の ADP を ATP に変えます。これで、最終製品のピルビン酸ができました!
やりました！これは、おなじみのグルコースからピルビン酸までの解糖経路全体です。酵素の名前は紛らわしいと思われるかもしれませんが、その意味を考えると、シリーズの各部分でどのような化学変化が起こっているかを追跡するのに役立つ、実際に記憶の助けになる可能性があります!試験のためにこの経路を指先で把握する必要がある場合は、各ステップで使用されるステップ、反応物、生成物、および酵素を書き直してみてください。さらに良い結果を得るには、分子の構造を描きながら進めてください。以下は参考になる回路図です:
すべてを足し合わせる
最初から最後まで、解糖のプロセスを通じて多くの変化が起こります。すべてを一度に見るのは少し圧倒される可能性があるため、主なポイントのいくつかを分解し、それらがどのように組み合わされるかを以下に示します.
炭素の数え方
炭素は、グルコース、ピルビン酸、およびプロセス全体で作成されるすべての中間分子の必須要素です。グルコースの 1 分子には 6 つの炭素があります。分解されると、中間体のグリセルアルデヒド 3-リン酸と最終生成物であるピルビン酸が形成され、それぞれが 3 つの炭素を持っています。 1 つのグルコース分子が 2 つのピルビン酸分子を生成するため、炭素原子の数はプロセス全体で一定に保たれます (3) ピルビン酸からの炭素 x 2 形成されるピルビン酸分子 =6
エネルギーを見る
エネルギー的に言えば、解糖には 2 つの段階があります。エネルギーが投入される段階 (段階 I) と、ATP または NADH の形で使用可能なエネルギーを生成する段階 (段階 II) です。
化学経路には、ATP や NADH などのエネルギー貯蔵分子が関与するのが一般的です。生化学反応の「通貨」として、プロセスがエネルギーを使い果たしたり放出したりすると、それらは形を変えます。生化学的経路におけるこれらの分子の発生に注意を払うことは、エネルギーの生成または消費を伴うステップを特定するのに役立ちます。まず、ATP（アデノシン三リン酸）について見てみましょう。 フェーズ I 解糖系では、2 つの ATP 分子が消費され、ADP (アデノシン二リン酸) に変換されます。 フェーズ II , 4 ADP は遊離リン酸塩 (無機リン酸塩または Pi と呼ばれる) と反応する ) ATP を作成します。
あなたが追跡している場合、それは解糖中に2 ATPを失いますが、4 ATPを獲得することを意味します.正味合計 2 ATP を生成します。
別のエネルギー貯蔵分子である NADH も、解糖系に存在します。 フェーズ II 、2分子のNAD +が2分子のNADHに変化します。 NADHはATPよりもさらに多くのエネルギーを蓄えるため、これは重要です.細胞は、電子伝達系と呼ばれるものを使用して、蓄えられたエネルギーにアクセスできます。
そうですか
前に見たように、解糖は地球上のほぼすべての生命に影響を与える複雑なプロセスです。時間をかけて調べると、個々のステップ、関与する分子、および解糖に依存するその他の生物学的プロセスに関するより詳細な情報が見つかります。
ただし、プロセスの基本は、この記事で説明したとおりです。 6 炭素のグルコースは 3 炭素のピルビン酸に分解され、ATP と NADH が生成され、「準備段階」(フェーズ I) と「ペイオフ段階」(フェーズ II) があります。
糖新生:解糖の逆行!
糖新生は、糖（「グルコ」）の新しい（「ネオ」）作成（「ジェネシス」）を意味し、解糖の正確な逆プロセスを指します。この経路はピルビン酸から始まり、グルコースの合成をもたらします。同じ酵素の多くがこのプロセスに関与しており、これらのステップは密接に関連しています。順方向と逆方向を関連付けてみると、どちらも覚えやすくなります。
さらに読む
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