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グリコーゲン代謝、糖新生

 

　グリコーゲン代謝
グリコーゲンは動物での貯蔵多糖類であり、主に肝臓や筋肉中に存在する。グリコーゲンはα-D-グルコースが連続して結合したものである。

 

グリコーゲンには末端が還元性を示す還元末端と、還元性を示さない非還元末端がある。グリコーゲンにグルコースが結合するときや切り離されるときは非還元末端が関与する。

 

　　　glycogen(グリコーゲン)
　glucose - glucose -　…　- glucose
　　　↓　　　　　　　　　　　　　　↓
　非還元末端　　　　　　　　還元末端

 

 

　　　　　　　　　合成
　glucose → glycogen　n個 → glycogen (n 1)個
　　　　　　←　　　　　　　　　←
　　　　　　　　　分解

 

　グリコーゲン合成
グルコースからグリコーゲンを生産するとき、次の作用によってグリコーゲンを作る。

 

　

 

グリコーゲン合成で重要な酵素は「グリコーゲンシンターゼ」である。最終的にこの酵素の作用によって、グリコーゲンに一つのグルコースが結合することができる。

 

酵素：グリコーゲンシンターゼ
　UDP-グルコース → グリコーゲン (n → n 1)

 

ただし、グルコースがグリコーゲンに結合するときは非還元末端に結合する。

 

　グリコーゲン分解

 

グリコーゲン分解の最初の反応では「グリコーゲンホスホリラーゼ」と呼ばれる酵素が働く。これにより、グリコーゲンからグルコースを取り出すことができる。グリコーゲンホスホリラーゼはグリコーゲンに加リン酸分解を起こしてグリコーゲン-1-リン酸を産生する。

 

酵素：グリコーゲンホスホリラーゼ
産物：グリコーゲン-1-リン酸

 

ただし、グリコーゲンからグルコースを切り離すときは非還元末端をはずす。

 

また、グルコース-1-リン酸を産出した後にホスホグルコムターゼによってグルコース-6-リン酸に変換すれば、そのまま解糖系へも行ける。このとき、解糖系で「グルコース → グルコース-6-リン酸」に変わるときに必要なATPが一つ省ける。

 

つまり、グリコーゲンから生成するグルコースを解糖系で使うと3ATPができる。ヘキソキナーゼによってグルコースからグルコース-6-リン酸を合成するには、ATPを一つ消費する必要がある。(解糖系から一つのグルコースを使用して生成されるATPは二つである)

 

　

 

なお、グリコーゲン代謝はグリコーゲンシンターゼとグリコーゲンホスホリラーゼの活性調によって調節されている。グリコーゲンシンターゼはリン酸化を受けると不活性化し、グリコーゲンホスホリラーゼはリン酸化を受けると活性化する。

 

　グルコース-6-リン酸の利用
グリコーゲンは主に肝臓・筋肉に存在している。肝臓に存在するグリコーゲンが分解された場合、主にグルコースが産生されて血糖値の維持に関わる。それに対し、筋肉のグリコーゲンが分解されると解糖系に入り、エネルギー源となる。

 

なぜこのような違いが生じるかであるが、それはグルコース-6-ホスファターゼの活性の違いによる。グルコース-6-ホスファターゼは「グルコース-6-リン酸
→ グルコース」への変換に関与しているが、グルコース-6-ホスファターゼは肝臓・腎臓で活性が強いのである。

 

つまり、グルコース-6-ホスファターゼが多く存在する肝臓では優位にグルコースが産生されやすくなっている。しかし、筋肉ではグルコース-6-ホスファターゼの活性が低い。そのため、産生されたグルコース-6-リン酸は解糖系に入るのである。

 

肝臓 → グルコース産生 → 血糖値の維持へ
筋肉 → 解糖系へ → エネルギー産生

 

　糖新生
糖新生とは糖以外の物質からグルコースやグリコーゲンなどの糖へ変換する経路である。その一つの例として「乳酸から糖を作る作用」を挙げることができる。

 

解糖系によって生じる乳酸から、糖新生によって糖を作るには次の過程を通る。
乳酸 → 肝臓 → 糖新生の回路 → グルコース
　(本当は乳酸がアラニンになって運ばれ、肝臓でアラニンが再び乳酸となる)
ただし、糖新生は腎臓でも一部行われている。

 

糖新生の場合、ただ単に解糖系の反応を逆に進めばいいだけである。しかしそこには問題があり、解糖系には一方向の反応(可逆反応ではない場所)が3ヶ所ある。次にその3ヶ所の反応を示す。

 

①ピルビン酸 → ホスホエノールピルビン酸

 

②フルクトース-1,6-ビスリン酸 → フルクトース-6-リン酸
酵素：フルクトース-1,6-ビスホスファターゼ

 

③グルコース-6-リン酸 → グルコース
酵素：グルコース-6-ホスファターゼ

 

このうち、「フルクトース-1,6-ビスリン酸 → フルクトース-6-リン酸」と「グルコース-6-リン酸 → グルコース」の2ヶ所の一方向の反応は違う酵素によって反応させるだけのため、比較的簡単に問題は解決する。しかし、「ピルビン酸 → ホスホエノールピルビン酸」の反応は複雑になっている。

 

　

 

図を見て分かるとおり「ピルビン酸 → ホスホエノールピルビン酸」のとき、まず最初にピルビン酸がミトコンドリア内に入る。その後にピルビン酸からオキサロ酢酸が生成される。

 

　ピルビン酸 → オキサロ酢酸
　ピルビン酸カルボキシラーゼ

 

このとき生成されるオキサロ酢酸は新糖生にも使われるが、クエン酸回路の成分の補充反応でもある。

 

その後は「オキサロ酢酸 → リンゴ酸 → (ミトコンドリア外に出る) → オキサロ酢酸 → (ホスホエノールピルビン酸カルボキシナーゼ) →
ホスホエノールピルビン酸」という過程をたどる。

 

このとき2分子の乳酸から1分子のglucoseが産出されるので、新糖生では1分子のglucoseを生成するのに6個のATPが必要となる。

 

　ペントースリン酸経路
この経路はNADPHとD-リボース-5-リン酸を生成する。

 

NADPHは細胞質に働く補酵素であり、脂肪酸の合成に関わっている。D-リボース-5-リン酸は核酸(DNA、RNA)の合成に関わる。

 

NADPH ： 脂質代謝に関わる還元剤
D-リボース-5-リン酸 ： 核酸の原料