糖新生：段階（反応）と調節 - 化学 - 2024

糖新生は、植物、動物、微生物の様々なタイプなど、ほぼすべての生物に起こる代謝過程です。それは、アミノ酸、グルコゲン、グリセロール、乳酸塩など、炭水化物ではない炭素を含む化合物からのグルコースの合成または形成で構成されます。

同化は炭水化物代謝の経路の1つです。それは主に肝臓に存在するグルコース分子を合成または形成しますが、人や動物の腎臓の皮質にも存在します。

糖新生の代謝経路。青色の名前は経路の基質を示し、赤色の矢印はこの経路のユニークな反応を示し、切断された矢印はこの経路に反する解糖反応を示し、太字の矢印は経路の方向を示します。Wikimedia CommonsのBiobulletMによる

この同化プロセスは、グルコースの異化経路の逆方向に従って起こり、解糖の不可逆点に異なる特異的酵素を持っています。

糖新生は、低血糖症の血液および組織のグルコースレベルを増加させるために重要です。また、長時間の断食や他の不利な状況での炭水化物濃度の低下を抑えます。

特徴

同化プロセスです

糖新生は、炭水化物代謝の同化プロセスの1つです。そのメカニズムにより、グルコースは前駆体または小分子で構成される基質から合成されます。

グルコースは、グルコース生成アミノ酸やグリセロールなどのタンパク質性の単純な生体分子から生成することができ、後者は脂肪組織におけるトリグリセリドの脂肪分解に由来します。

乳酸はまた基質として機能し、程度は低いですが、奇数鎖脂肪酸です。

グルコース供給を提供する

糖新生は生物にとって、特に人体にとって非常に重要です。これは、特別な場合に、脳が必要とするブドウ糖の大きな需要を供給するのに役立つためです（1日あたり約120グラム）。

体のどの部分にブドウ糖が必要ですか？神経系、腎髄質、特に赤血球などの組織や細胞の中で、エネルギーと炭素の唯一または主要な供給源としてグルコースを使用します。

肝臓や筋肉に蓄えられているグリコーゲンなどのブドウ糖の貯蔵は、1日でやっと十分です。これはダイエットや激しい運動を考慮せずに。このため、糖新生を通じて、身体には他の非炭水化物前駆体または基質から形成されたブドウ糖が供給されます。

また、この経路はグルコース恒常性に関与しています。このようにして形成されたグルコースは、エネルギー源であることに加えて、他の同化反応の基質です。

この例は、生体分子の生合成の場合です。これらには、複合糖質、糖脂質、糖タンパク質、アミノ糖およびその他のヘテロ多糖が含まれます。

糖新生の段階（反応）

Wikimedia CommonsのAngelHerraez作

合成ルート

糖新生は、主に肝臓の細胞質または細胞質で起こり、腎皮質細胞の細胞質では少ない程度で起こります。

その合成経路は解糖系の反応の大部分を構成しますが（グルコース異化経路）、反対方向です。

ただし、熱力学的に不可逆的な解糖の3つの反応は、解糖に関与するものとは異なる糖新生における特定の酵素によって触媒されるため、反対方向に反応が起こる可能性があることを強調することが重要です。

それらは具体的には、酵素ヘキソキナーゼまたはグルコキナーゼ、ホスホフルクトキナーゼおよびピルビン酸キナーゼによって触媒される解糖反応です。

特定の酵素によって触媒される糖新生の重要なステップを検討すると、ピルビン酸からホスホエノールピルビン酸への変換には一連の反応が必要です。

1つ目は、ピルビン酸カルボキシラーゼによって触媒されるピルビン酸のオキサロ酢酸への変換を伴うミトコンドリアマトリックスで発生します。

次に、オキサロ酢酸が参加するには、ミトコンドリアのリンゴ酸デヒドロゲナーゼによってリンゴ酸に変換される必要があります。この酵素はミトコンドリアを介してサイトゾルに輸送され、そこで細胞質にあるリンゴ酸デヒドロゲナーゼによってオキサロ酢酸に変換されます。

酵素ホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼの作用

酵素ホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼ（PEPCK）の作用により、オキサロ酢酸はホスホエノールピルビン酸に変換されます。それぞれの反応を以下に要約します。

これらすべてのイベントにより、解糖経路に特異的なピルビン酸キナーゼの介入なしに、ピルビン酸からホスホエノールピルビン酸への変換が可能になります。

しかし、ホスホエノールピルビン酸は、これらの反応を可逆的に触媒する解糖酵素の作用により、フルクトース-1,6-二リン酸に変換されます。

酵素フルクトース-1,6-ビスホスファターゼの作用

解糖経路におけるホスホフルクトキナーゼの作用をもたらす次の反応は、フルクトース-1,6-二リン酸をフルクトース-6-リン酸に変換する反応です。酵素フルクトース-1,6-ビスホスファターゼは、糖分解経路でこの反応を触媒します。

この酵素はその活性のためにMg ²⁺を必要とするので、これは糖新生の調節のポイントの1つです。フルクトース-6-リン酸は、それをグルコース-6-リン酸に変換するホスホグリコイソメラーゼ酵素によって触媒される異性化反応を受ける。

酵素グルコース-6-ホスファターゼの作用

最後に、これらの反応の3番目は、グルコース-6-リン酸のグルコースへの変換です。

これは、加水分解反応を触媒し、解糖経路におけるヘキソキナーゼまたはグルコキナーゼの不可逆的な作用を置き換えるグルコース-6-ホスファターゼの作用によって進行します。

このグルコース-6-ホスファターゼ酵素は、肝細胞の小胞体に結合しています。また、その触媒機能を発揮するために補因子Mg ²⁺も必要です。

その場所は、他の臓器の必要性を供給するグルコース合成装置としての肝臓の機能を保証します。

糖新生前駆体

長時間の運動の場合に筋肉や赤血球で起こり得るように、体内に十分な酸素がない場合、グルコース発酵が起こります。つまり、グルコースは嫌気性条件下で完全に酸化されないため、乳酸が生成されます。

これと同じ製品が血液に入り、そこから肝臓に到達する可能性があります。コリサイクルに入ると乳酸がピルビン酸に変換されるため、そこで糖新生基質として機能します。この変換は、酵素乳酸脱水素酵素の作用によるものです。

乳酸

乳酸は人体の重要な糖新生基質であり、グリコーゲン貯蔵が枯渇すると、乳酸からグルコースへの変換が筋肉と肝臓のグリコーゲン貯蔵の補充に役立ちます。

ピルビン酸

一方、いわゆるグルコースアラニンサイクルを構成する反応を通じて、ピルビン酸アミノ基転移が発生します。

これは、肝外組織に見られ、ピルビン酸がアラニンに変換されます。アラニンは、別の重要な糖新生基質を構成します。

絶食やその他の代謝障害が長引く極限状態では、タンパク質異化作用が糖原性アミノ酸の供給源となる最後の選択肢となります。これらはクレブス回路の中間体を形成し、オキサロ酢酸を生成します。

グリセロールなど

グリセロールは、脂質代謝に由来する唯一の重要な糖新生基質です。

脂肪組織に貯蔵されているトリアシルグリセリドの加水分解中に放出されます。これらは、連続的なリン酸化反応と脱水素反応によりリン酸ジヒドロキシアセトンに変換され、糖新生経路に従ってグルコースを形成します。

一方、糖新生性の奇数鎖脂肪酸はほとんどありません。

糖新生の調節

糖新生の最初の制御の1つは、低炭水化物の食物を摂取することによって行われ、血中の正常なブドウ糖レベルを促進します。

対照的に、炭水化物の摂取量が少ない場合は、体のグルコース要件を満たすために糖新生経路が重要になります。

解糖と糖新生の間の相互調節に関与する他の要因があります：ATPレベル。それらが高い場合、解糖は阻害されるが、糖新生は活性化される。

AMPレベルでは反対のことが起こります。それらが高い場合、解糖は活性化されますが、糖新生は阻害されます。

糖新生における特定の酵素触媒反応には特定のチェックポイントがあります。どっち？酵素基質およびMg ²⁺などの補因子の濃度、およびホスホフルクトキナーゼなどの活性化因子の存在。

ホスホフルクトキナーゼは、AMPおよび膵臓ホルモンのインスリン、グルカゴン、さらには一部のグルココルチコイドの影響によって活性化されます。

参考文献

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