代謝経路：タイプと主要経路 - 生物学 - 2024

代謝経路酵素によって触媒、化学反応のセットです。このプロセスでは、中間代謝産物によって分子Xが分子Yに変換されます。代謝経路は細胞環境で起こります。

細胞外では、これらの反応に時間がかかりすぎて、反応が起こらない場合があります。したがって、各ステップでは、酵素と呼ばれる触媒タンパク質の存在が必要です。これらの分子の役割は、経路内の各反応の速度を数桁加速することです。

主な代謝経路
出典：Chakazul（話・コントリビュート）、Wikimedia Commons経由。

生理学的には、代謝経路は互いに関連しています。つまり、それらは細胞内で分離されていません。最も重要な経路の多くは代謝産物を共有しています。

したがって、細胞内で発生するすべての化学反応の集合は代謝と呼ばれます。各細胞は、特定の代謝性能を示すことによって特徴付けられます。特定の代謝性能は、その中の酵素の含有量によって定義され、次に遺伝的に決定されます。

代謝経路の一般的な特徴

細胞環境内では、多数の化学反応が発生します。これらの反応のセットは代謝であり、このプロセスの主な機能は、通常の条件下で、またストレス条件下でも体の恒常性を維持することです。

したがって、これらの代謝産物のフラックスのバランスがなければなりません。代謝経路の主な特徴には、以下のものがあります。

反応は酵素によって触媒される

シクロオキシゲナーゼ酵素によって触媒される反応（出典：Wikimedia CommonsのPancrat）

代謝経路の主役は酵素です。彼らは、代謝状態に関する情報を統合して分析する責任があり、現在の細胞の要件に基づいて活動を調整することができます。

代謝はホルモンによって調節されています

代謝は、体の必要性とパフォーマンスを考慮して、代謝反応を調整できる一連のホルモンによって指示されます。

区画化

代謝経路の区分化があります。つまり、各経路は特定の細胞内コンパートメントで発生し、とりわけ細胞質、ミトコンドリアと呼ばれます。その他のルートは、複数の区画で同時に発生する可能性があります。

経路の区画化は、同化および異化経路の調節を助けます（下記参照）。

代謝の流れの調整

代謝の調整は、関与する酵素の活性の安定性によって達成されます。同化経路とその異化経路は完全に独立しているわけではないことに注意してください。対照的に、それらは調整されます。

代謝経路には重要な酵素的ポイントがあります。これらの酵素の変換率により、経路全体の流れが制御されます。

代謝経路の種類

生化学では、代謝経路の3つの主要なタイプが区別されます。この分割は、生物エネルギー基準に従って行われます：異化、同化および角閃石ルート。

異化ルート

異化経路は酸化的分解反応を含む。それらは、エネルギーと還元力を得るために実行され、後で他の反応でセルによって使用されます。

有機分子のほとんどは体内で合成されません。対照的に、私たちは食物を通してそれを消費しなければなりません。異化反応では、これらの分子はそれらを構成するモノマーに分解され、細胞で使用できます。

同化ルート

同化経路は、合成の化学反応を含み、小さくて単純な分子を取り、それらをより大きくより複雑な要素に変換します。

これらの反応が起こるためには、エネルギーが利用可能である必要があります。このエネルギーはどこから来るのですか？主にATPの形での異化経路から。

このようにして、異化経路（全体的に「代謝物のプール」と呼ばれます）によって生成された代謝物は、身体がその時に必要とするより複雑な分子を合成するために、同化経路で使用できます。

この代謝産物のプールの中には、プロセスの3つの重要な分子があります。ピルビン酸、アセチルコエンザイムA、グリセロールです。これらの代謝産物は、とりわけ脂質、炭水化物などのさまざまな生体分子の代謝を結びつける役割を担っています。

水陸両用ルート

角閃石経路は、同化または異化経路として機能します。つまり、混合ルートです。

最もよく知られている角閃石の経路はクレブス回路です。この経路は、炭水化物、脂質、アミノ酸の分解に基本的な役割を果たします。ただし、合成ルートの前駆体の生成にも参加します。

たとえば、クレブス回路の代謝産物は、タンパク質の構築に使用されるアミノ酸の半分の前駆体です。

主な代謝経路

生物の一部であるすべての細胞では、一連の代謝経路が実行されます。これらのいくつかは、ほとんどの生物が共有しています。

これらの代謝経路には、生命に関わる代謝産物の合成、分解、変換が含まれます。このプロセス全体は、中間代謝として知られています。

細胞は、主にATP分子から得られる化学的エネルギーだけでなく、有機および無機化合物を永続的に必要とします。

ATP（アデノシン三リン酸）は、すべての細胞におけるエネルギー貯蔵の最も重要な形態です。また、代謝経路のエネルギー獲得と投資は、ATP分子で表現されることがよくあります。

大多数の生物に存在する最も重要な経路については、以下で説明します。

解糖または解糖

図1：解糖と糖新生 関与する反応と酵素。

解糖は、ピルビン酸の2分子までのグルコースの分解を伴う経路であり、純利益として2分子のATPを獲得します。それは事実上すべての生物に存在し、エネルギーを得るための迅速な方法と考えられています。

一般的に、それは通常2つの段階に分かれています。1つ目は、グルコース分子を2つのグリセルアルデヒド分子に移動させ、2つのATP分子を反転させることです。第二段階では、高エネルギー化合物が生成され、4つのATP分子と2つのピルビン酸分子が最終生成物として得られます。

ルートは2つの異なる方法で継続できます。酸素がある場合、分子は呼吸鎖でそれらの酸化を終えます。または、これがない場合、発酵が発生します。

糖新生

AngelHerraez / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0）

糖新生は、アミノ酸（ロイシンとリジンを除く）、乳酸塩、グリセロール、またはクレブス回路の任意の中間体から始まる、グルコースの合成経路です。

グルコースは、脳、赤血球、筋肉などの特定の組織にとって不可欠な基質です。グルコースの供給は、グリコーゲンの貯蔵庫から入手できます。

しかし、これらが枯渇すると、組織は主に神経組織の要求に応えるために、グルコース合成を開始する必要があります。

この経路は主に肝臓で発生します。絶食状態では、体がブドウ糖を取得し続けることができるので、それは不可欠です。

経路の活性化または非活性化は、生物の摂食に関連しています。炭水化物を多く含む食餌を摂取する動物は、糖新生率が低く、一方、ブドウ糖が少ない食餌は、有意な糖新生活性を必要とします。

グリオキシレートサイクル

撮影および編集元：元のアップローダーは英語版ウィキペディアのAdenosineでした。/ CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5）

このサイクルは、植物や特定の種類の細菌に固有です。この経路は、2炭素アセチル単位から4炭素単位への変換を実現します。この最後の化合物はエネルギーを生成でき、グルコースの合成にも使用できます。

たとえば、人間では、アセテートだけで生活することは不可能です。私たちの代謝では、アセチルコエンザイムAは、糖新生経路の前駆体であるピルビン酸に変換できません。ピルビン酸デヒドロゲナーゼ酵素の反応は不可逆的だからです。

サイクルの生化学的論理は、2つの脱炭酸段階を除いて、クエン酸サイクルのそれと似ています。それはグリオキシソームと呼ばれる植物の非常に特定の細胞小器官で発生し、ヒマワリなどのいくつかの植物の種子で特に重要です。

クレブスサイクル

トリカルボン酸回路（クレブス回路）。取って編集：Narayanese、WikiUserPedia、YassineMrabet、TotoBaggins（アレハンドロポルトによってスペイン語に翻訳）。

タンパク質、脂肪、炭水化物などの最も重要な分子の代謝を統合するため、有機物の代謝の中心と考えられている経路の1つです。

それは細胞呼吸の構成要素であり、クレブス回路の主要な前駆体であるアセチル補酵素A分子に蓄積されたエネルギーを放出することを目的としています。これは10の酵素ステップで構成されており、前述したように、サイクルは同化経路と異化経路の両方で機能します。

真核生物では、サイクルはミトコンドリアのマトリックスで発生します。真の細胞内コンパートメントを欠いている原核生物では、サイクルは細胞質領域で起こります。

電子輸送チェーン

ユーザー：Rozzychan / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5）

電子輸送チェーンは、膜に固定された一連のトランスポーターで構成されています。チェーンはATPの形でエネルギーを生成することを目指しています。

チェーンは、電子の流れのおかげで、エネルギーの合成に重要なプロセスである電気化学的勾配を作成することができます。

脂肪酸合成

脂肪酸は細胞で非常に重要な役割を果たす分子であり、主にすべての生体膜の構造成分として見られます。このため、脂肪酸の合成は不可欠です。

合成プロセス全体は、細胞のサイトゾルで発生します。プロセスの中心分子はマロニル補酵素Aと呼ばれます。脂肪酸の炭素骨格を形成する原子を提供する役割があります。

脂肪酸のベータ酸化

ベータ酸化は脂肪酸の分解のプロセスです。これは、FAD酸化、水和、NAD +酸化、チオリシスの4つのステップで実現されます。以前は、脂肪酸は補酵素Aの統合によって活性化される必要があります。

上記の反応の生成物は、アセチル補酵素Aの形の一対の炭素によって形成されるユニットです。この分子はクレブス回路に入ることができます。

この経路のエネルギー効率は、脂肪酸鎖の長さに依存します。たとえば、16個の炭素を持つパルミチン酸の場合、正味収率は106 ATP分子です。

この経路は真核生物のミトコンドリアで起こります。ペルオキシソームと呼ばれる区画に別の代替ルートもあります。

脂肪酸のほとんどは細胞質ゾルにあるため、酸化される区画に輸送する必要があります。輸送はカルチニタンに依存しており、これらの分子がミトコンドリアに入ることができます。

ヌクレオチド代謝

ヌクレオチドの合成は、細胞代謝の重要なイベントです。これは、これらが遺伝物質の一部を形成する分子の前駆体であるDNAとRNA、およびATPやGTPなどの重要なエネルギー分子の前駆体だからです。

ヌクレオチド合成の前駆体には、さまざまなアミノ酸、リボース5リン酸、二酸化炭素、NH _{3が含まれ}ます。回収経路は、核酸の分解から遊離した遊離塩基とヌクレオシドのリサイクルに関与しています。

プリン環の形成は、リボース5リン酸から起こり、プリン核になり、最終的にヌクレオチドが得られます。

ピリミジン環はオロト酸として合成されます。リボース5リン酸に結合すると、ピリミジンヌクレオチドに変換されます。

発酵

元のバージョンの作成者はユーザー：Norroです。/ CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0）

発酵は酸素に依存しない代謝プロセスです。それらは異化タイプであり、プロセスの最終生成物はまだ酸化の可能性がある代謝物です。発酵にはさまざまな種類がありますが、乳酸発酵は私たちの体内で行われます。

乳酸発酵は細胞質で起こります。それは、代謝エネルギーを得るために、グルコースの部分的な分解から成ります。廃棄物として乳酸が発生します。

嫌気性運動の激しいセッションの後、筋肉は酸素の適切な濃度でなく、乳酸発酵が起こります。

赤血球のようにミトコンドリアがないため、体内の一部の細胞は発酵を余儀なくされます。

産業では、発酵プロセスは、パン、アルコール飲料、ヨーグルトなど、人間が消費する一連の製品を生産するために頻繁に使用されます。

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