同化作用：機能、プロセス、異化作用との違い - 生物学 - 2025

同化作用は、小さいものから大きい分子の形成反応を含む代謝の分割です。この一連の反応が発生するためには、エネルギー源が必要であり、一般的にはATP（アデノシン三リン酸）です。

同化作用、およびその代謝の逆、異化作用は、代謝経路または主にホルモンによって調整および制御される経路と呼ばれる一連の反応にグループ化されます。小さなステップはすべて制御されているので、エネルギーが徐々に伝達されます。

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同化プロセスは、生体分子を構成する基本単位（アミノ酸、脂肪酸、ヌクレオチド、糖モノマー）を取り、最終的なエネルギー生産者として、タンパク質、脂質、核酸、炭水化物などのより複雑な化合物を生成します。

特徴

代謝は、体内で発生するすべての化学反応を含む用語です。細胞は、合成および分解反応が絶えず行われている顕微鏡工場に似ています。

代謝の2つの目標は、1つ目は食品に保存されている化学エネルギーを使用すること、もう1つは体内で機能しなくなった構造または物質を置き換えることです。これらのイベントは、各生物の特定のニーズに従って発生し、ホルモンと呼ばれる化学メッセンジャーによって指示されます。

エネルギーは主に、私たちが食物で消費する脂肪と炭水化物に由来します。欠乏が起こった場合、体はタンパク質を使って欠乏を補うことができます。

また、再生プロセスは同化作用と密接に関連しています。組織の再生は、健康な体を維持し、適切に機能するための不必要な条件です。同化作用は、機能を維持するすべての細胞性化合物を生成する責任があります。

細胞には代謝過程の微妙なバランスがあります。大きな分子は異化反応によって最小の成分に分解され、同化作用によって小さなものから大きなものへと逆のプロセスが起こります。

同化プロセス

同化作用には、一般的に、細胞成分の「構築」または合成に関与する酵素（化学反応の速度を数桁加速する小さなタンパク質分子）によって触媒されるすべての反応が含まれます。

同化経路の概要には、次のステップが含まれます。クレブス回路の中間体として関与する単純な分子は、アミノ化されるか、化学的にアミノ酸に変換されます。これらは後で、より複雑な分子に組み立てられます。

これらのプロセスには、異化作用による化学エネルギーが必要です。最も重要な同化プロセスには、脂肪酸合成、コレステロール合成、核酸合成（DNAおよびRNA）、タンパク質合成、グリコーゲン合成、アミノ酸合成があります。

体内でのこれらの分子の役割とその合成経路を以下に簡単に説明します。

脂肪酸合成

脂質は、非常に不均一な生体分子であり、特にトリアシルグリセロール分子など、酸化されたときに大量のエネルギーを生成できます。

脂肪酸は典型的な脂質です。それらは、炭化水素で作られた頭と尾で構成されています。これらは、尾に二重結合があるかどうかに応じて、不飽和または飽和になります。

脂質は、予備物質として参加することに加えて、すべての生体膜の必須成分です。

脂肪酸は、アセチル-CoAと重炭酸塩に由来するマロニル-CoAと呼ばれる前駆体分子から細胞の細胞質で合成されます。この分子は、脂肪酸の成長を開始するために3つの炭素原子を提供します。

マロニルの形成後、合成反応は4つの重要なステップで続行されます。

-アセチル-ACPとマロニル-ACPの縮合、アセトアセチル-ACPを生成し、廃棄物として二酸化炭素を放出する反応。

-2番目のステップは、NADPHによるアセトアセチル-ACPのD-3-ヒドロキシブチリル-ACPへの還元です。

-前の生成物（D-3-ヒドロキシブチリル-ACP）をクロトニル-ACPに変換する後続の脱水反応が発生します。

-最後に、クロトニル-ACPが減少し、最終製品はブチリル-ACPです。

コレステロール合成

コレステロールは、典型的な17炭素のsterans核を持つステロールです。胆汁酸、さまざまなホルモン（性的ホルモンを含む）などのさまざまな分子の前駆体として機能し、ビタミンDの合成に不可欠であるため、生理学においてさまざまな役割を果たします。

合成は細胞の細胞質で、主に肝細胞で起こります。この同化経路には3つの段階があります。最初にイソプレン単位が形成され、次に単位の漸進的同化が起こってスクアレンが生成され、これがラノステロールに渡され、最後にコレステロールが得られます。

この経路における酵素の活性は、主にインスリン：グルカゴンというホルモンの相対比によって調節されています。この比率が増加すると、経路の活動が比例して増加します。

ヌクレオチド合成

核酸はDNAとRNAで、1つ目は生物の発達と維持に必要なすべての情報を含み、2つ目はDNAの機能を補完します。

DNAとRNAの両方は、基本単位がヌクレオチドであるポリマーの長い鎖で構成されています。次に、ヌクレオチドは、糖、リン酸基、および窒素含有塩基で構成されています。プリンとピリミジンの前駆体は、リボース-5-リン酸です。

プリンとピリミジンは、特に二酸化炭素、グリシン、アンモニアなどの前駆体から肝臓で生成されます。

核酸合成

ヌクレオチドは、生物学的機能を果たすために、長いDNAまたはRNA鎖に結合する必要があります。このプロセスには、反応を触媒する一連の酵素が含まれます。

DNAをコピーして同一の配列を持つより多くのDNA分子を生成する酵素は、DNAポリメラーゼです。この酵素はde novo合成を開始できないため、プライマーと呼ばれる小さなDNAまたはRNAが参加する必要があります。これにより、鎖の形成が可能になります。

このイベントには、追加の酵素の参加が必要です。たとえば、ヘリカーゼはDNAの二重らせんを開くのに役立ち、ポリメラーゼが作用し、トポイソメラーゼがDNAの絡み合いまたは絡み合いを解くことによって、DNAのトポロジーを変更できます。

同様に、RNAポリメラーゼはDNA分子からのRNAの合成に参加します。前のプロセスとは異なり、RNA合成では前述のプライマーは必要ありません。

タンパク質合成

タンパク質合成は、すべての生物の重要なイベントです。タンパク質は、物質の輸送や構造タンパク質の役割を果たすなど、さまざまな機能を果たします。

生物学の中心的な「ドグマ」によれば、DNAがメッセンジャーRNAにコピーされた後（前のセクションで説明したように）、それは次にリボソームによってアミノ酸のポリマーに翻訳されます。RNAでは、各トリプレット（3ヌクレオチド）は、20アミノ酸の1つとして解釈されます。

リボソームが見られる細胞の細胞質で合成が行われます。プロセスは、活性化、開始、伸長、および終了の4つのフェーズで発生します。

活性化は、対応するトランスファーRNAへの特定のアミノ酸の結合から成ります。開始には、「開始因子」によって支援された、リボソームのメッセンジャーRNAの3 '末端部分への結合が含まれます。

伸長には、RNAメッセージによるアミノ酸の付加が含まれます。最後に、プロセスは、終結コンドームと呼ばれるメッセンジャーRNAの特定のシーケンスで停止します：UAA、UAG、またはUGA。

グリコーゲン合成

グリコーゲンは、グルコース単位の繰り返しで構成される分子です。それはエネルギー貯蔵物質として機能し、肝臓と筋肉に多く含まれています。

合成経路はグリコーゲン生成と呼ばれ、グリコーゲン合成酵素であるATPおよびUTPの関与を必要とします。この経路は、グルコースのリン酸化から始まり、グルコース-6-リン酸、次にグルコース-1-リン酸へと変化します。次のステップでは、UDPを追加してUDPグルコースと無機リン酸塩を生成します。

UDP-グルコース分子は、アルファ1-4結合を介してグルコース鎖に付加し、UDPヌクレオチドを放出します。分岐が発生した場合、これらはアルファ1-6結合によって形成されます。

アミノ酸の合成

アミノ酸はタンパク質を構成する単位です。自然界には20のタイプがあり、それぞれにタンパク質の最終的な特性を決定する固有の物理的および化学的特性があります。

すべての生物が20種類すべてを合成できるわけではありません。たとえば、人間が合成できるのは11のみで、残りの9は食事に組み込む必要があります。

各アミノ酸には独自の経路があります。しかし、それらは、とりわけ、アルファ-ケトグルタル酸、オキサロ酢酸、3-ホスホグリセリン酸、ピルビン酸などの前駆体分子に由来します。

同化作用の調節

先に述べたように、代謝はホルモンと呼ばれる物質によって調節され、腺や上皮などの特殊な組織から分泌されます。これらはメッセンジャーとして機能し、その化学的性質は非常に不均一です。

たとえば、インスリンは膵臓から分泌されるホルモンであり、代謝に大きな影響を与えます。高炭水化物の食事の後、インスリンは同化経路の刺激剤として働きます。

したがって、ホルモンは、脂肪やグリコーゲンなどの貯蔵物質の合成を可能にするプロセスを活性化する責任があります。

小児期、青年期、妊娠中、または筋肉の成長に焦点を当てたトレーニング中に、同化作用が卓越する生活の期間があります。

異化との違い

私たちの体内、特に細胞内で発生するすべての化学プロセスと反応は、代謝として世界的に知られています。この高度に制御された一連のイベントのおかげで、私たちは体温を成長、発達、再生、維持することができます。

合成と劣化

代謝には、生体分子（タンパク質、炭水化物、脂質または脂肪、および核酸）を使用して、生体系のすべての必須反応を維持することが含まれます。

これらの分子を得ることは、私たちが毎日食べる食物から来て、私たちの体は消化プロセスの間にそれらをより小さな単位に「分解」することができます。

たとえば、タンパク質（肉や卵などに由来する可能性があります）は、主要な構成要素であるアミノ酸に分解されます。同様に、炭水化物は、より小さな単位の糖、一般的にはブドウ糖に加工でき、私たちの体で最も使用される炭水化物の1つです。

私たちの体はこれらの小さな単位（アミノ酸、糖、脂肪酸など）を使用して、体が必要とする構成で新しいより大きな分子を構築することができます。

分解してエネルギーを得るプロセスは異化作用と呼ばれ、新しいより複雑な分子の形成は同化作用です。したがって、合成プロセスは同化作用および異化作用を伴う分解プロセスに関連付けられています。

記憶法則として、異化作用という言葉に「c」を使用して、それを「カット」という言葉に関連付けることができます。

エネルギーの使用

同化プロセスはエネルギーを必要としますが、分解プロセスはこのエネルギーを、主に細胞のエネルギー通貨として知られるATPの形で生成します。

このエネルギーは異化プロセスから生じます。すべてのカードがきちんと積み重ねられており、それらを地面に自然に投げた場合（異化作用に類似）、カードのデッキがあると想像してみましょう。

ただし、再度注文する場合は、システムにエネルギーを適用して地面から収集する必要があります（同化作用に類似）。

場合によっては、異化経路は、プロセスを開始するための最初のステップで「エネルギーの注入」を必要とします。例えば、解糖または解糖はグルコースの分解です。この経路では、2つのATP分子を使用して開始する必要があります。

同化作用と異化作用のバランス

健康的で適切な代謝を維持するには、同化作用と異化作用のプロセスのバランスが必要です。同化作用のプロセスが異化作用のプロセスを超える場合、合成イベントが優先されます。対照的に、体が必要以上のエネルギーを受け取っている場合、異化経路が優勢です。

身体が逆境を経験した場合、それを病気または長期の絶食期間と呼びます。代謝は分解経路に集中し、異化状態になります。

出典：Alejandro Porto、Wikimedia Commons

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