【日本一優しい!?】解糖系について簡単に解説してみた!

こんにちは!

私はゆとり世代ど真ん中の管理栄養士です。

今回の記事は糖質代謝シリーズの②ということで解糖系という代謝過程について書いていきます。

解糖系は糖質代謝の中で最も重要な代謝過程の一つです。

解糖系を理解することで、糖質がいかに人間にとって大切なエネルギー源であるか理解できるかと思います。

それでは見ていきましょう!

解糖系とは?

解糖系とは1分子のグルコースが2分子のピルビン酸が生成される代謝過程を言います。

ここ非常に大事なのでもう一度!

解糖系=1分子のグルコースが2分子のピルビン酸が生成される代謝過程

です!

この過程の中でATPというエネルギーを産生するのです。

このATPというエネルギーを使って人間は様々な活動が可能になります。

ATPについてはこちらの記事に詳しく書いてあります!

【超簡単】ATPの構造や働きをわかりやすく解説してみた!

解糖系という字を見てみると、解けるということで解糖系ですね!

この解糖系という代謝は細胞内の細胞質という場所で行われます。

グルコースは炭素の数が6つの糖ですが、ピルビン酸は炭素数が3つです。

なので解糖系では1つのグルコースから2つのピルビン酸を生成することが出来るのです。

糖質の代謝過程においてピルビン酸はまだ中間代謝産物で、その後にさらに代謝が進みます。

今回は解糖系(グルコース~ピルビン酸)までに絞って解説していきたいと思うのでピルビン酸以降の代謝に関してはまた別の記事に詳しく書きたいと思います。

それでは早速見ていきましょう!

反応① グルコース → グルコース-6-リン酸

解糖系の最初の反応は細胞内に取り込まれたグルコースがリン酸化されて、グルコース-6-リン酸が生成される反応です。

この反応には、ヘキソキナーゼという酵素が必要になります。

ヘキソキナーゼによってATP末端のリン酸基がグルコースの6位にある水素に引き渡されます。

ヘキソキナーゼはATPの他にMg²⁺(マグネシウム)イオンが必要です。

酵素の名前にキナーゼという名前が入る酵素は一般的にATPのリン酸基(P)を何かに移す働きがあります。

○○キナーゼという酵素が出てきたら、「あ!リン酸を移す反応が起こるんだな!」と考えてくれれば良いと思います!

ATPの切り離されたリン酸はグルコース-6-リン酸のリン酸部分(P)として利用されていくのです。

少し詳しく見てみましょう!

このように、グルコースにはもともとリン酸(P)は存在しません。

ヘキソキナーゼという酵素によって、ATP(エネルギー)から外れたリン酸(P)がグルコース-6-リン酸のリン酸部分になるということですね!

反応② グルコース-6-リン酸 → フルクトース-6-リン酸

グルコース-6-リン酸はこの反応でフルクトース-6-リン酸に変化します。

この反応を進める酵素はグルコース-6-リン酸イソメラーゼという酵素です。

このようにグルコース部分がフルクトースに変換されたのです!

反応③ フルクトース-6-リン酸 → フルクトース-1.6-二リン酸

フルクトース-6-リン酸はこの反応でフルクトース-1.6-二リン酸に変化します。

この反応を進める酵素はホスホフルクトキナーゼという酵素です。

キナーゼが名前についている酵素なので、このホスホフルクトキナーゼによってリン酸が結合されるのかな?と想像できると思います。

もちろんその通りで、この反応にはATPが必要です。

ATPのリン酸基をフルクトース-6-リン酸に結合させることで、フルクトースに2つ目のリン酸が結合されます。

このようにフルクトースの1位にある水素と6位にある水素に2つそれぞれリン酸がくっついているので、フルクトース-1.6-二リン酸となるのです!

反応④ フルクトース-1.6-二リン酸 → ジヒドロキシアセトンリン酸 & グリセルアルデヒド-3-リン酸

フルクトース-1.6-二リン酸はこの反応でジヒドロキシアセトンリン酸グリセルアルデヒド-3-リン酸に変化します。

この反応を進める酵素はアルドラーゼという酵素です。

アルドラーゼによって、炭素の3番目と4番目の間の結合が切れてジヒドロキシアセトンリン酸とグリセルアルデヒド-3-リン酸に分かれるのです。

ここの反応で6つの炭素でできているグルコースが、3つの炭素によってできている糖が2つに分かれるのです。

解糖系は炭素数6のグルコースが炭素数3のピルビン酸が2つに分かれる代謝過程のことなので、ここでなんとなく解糖系のゴールが見えてきましたね!

反応⑤ ジヒドロキシアセトンリン酸 → グリセルアルデヒド-3-リン酸

反応④でできた2つの物質(ジヒドロキシアセトンリン酸、グリセルアルデヒド-3-リン酸)のうち、グリセルアルデヒド-3-リン酸はそのまま次の反応へと進むことができます。

しかし、もう一方のジヒドロキシアセトンリン酸はそのままの状態では、解糖系の反応をこれ以上進めることができません。

なのでこの状態のままでは解糖系の反応が進まないジヒドロキシアセトンリン反応を進めることができるグリセルアルデヒド-3-リン酸に変化させる必要があるのです。

この反応を進める酵素はホスホトリオースイソメラーゼという酵素です。

ホスホトリオースイソメラーゼによってジヒドロキシアセトンリン酸がグリセルアルデヒド-3-リン酸となり、結果的に2つのグリセルアルデヒド-3-リン酸が生成されるということです。

反応⑥ グリセルアルデヒド-3-リン酸 → 1.3-二ホスホグリセリン酸

グリセルアルデヒド-3-リン酸は、無機リン酸(Pi)とNAD⁺の存在下で、1.3-二ホスホグリセリン酸となります。

この反応を進める酵素はホスホグリセルアルデヒドデヒドロゲナーゼという酵素です。

この反応で、一つの物質に再び2つのリン酸がくっつくことになります。

このリン酸を次以降の反応で利用することでエネルギーを生み出すことができるのです!

反応⑦ 1.3-二ホスホグリセリ酸 → 3-ホスホグリセリン酸

1.3-二ホスホグリセリ酸はこの反応で3-ホスホグリセリン酸に変わります。

この反応を進める酵素はホスホグリセリン酸キナーゼという酵素です。

また登場しましたね!キナーゼ!

キナーゼが名前についているので、リン酸を移動させる働きを持っている酵素でしたね!

実際に、1.3-二ホスホグリセリ酸は高エネルギーリン酸結合をもっているので、1.3-二ホスホグリセリ酸のリン酸基をADPに渡すことで、ATP(エネルギー)を生成するのです!

このように、2つ持っているリン酸のうち、1つをADPにあげることで、ADPはATPになりエネルギーを貯蔵することが可能になるのです。

体内ではこのATPを利用して、様々な活動を行うのです。

反応⑧ 3-ホスホグリセリン酸 → 2-ホスホグリセリン酸

3-ホスホグリセリン酸はこの反応で2-ホスホグリセリン酸に変化します。

この反応を進める酵素はホスホグリセロムターゼという酵素です。

3番目の炭素についていたリン酸を、2番目に移動させているのが分かると思います。

解糖系はいよいよ終盤です!!

反応⑨ 2-ホスホグリセリン酸 → ホスホエノールピルビン酸

2-ホスホグリセリン酸はこの反応でホスホエノールピルビン酸に変化します。

この反応を進める酵素はエノラーゼという酵素です。

この反応によって脱水されます(水(H?O)が抜ける)。

次の反応がいよいよ最後です。

この反応で生成された物質もホスホエノールピルビン酸と、ピルビン酸の文字が物質名に入っているのでほぼ解糖系が最後に近づいていることが分かると思います。

反応⑩ ホスホエノールピルビン酸 → ピルビン酸

ホスホエノールピルビン酸はこの反応でピルビン酸に変化します。

この反応を進めるのはピルビン酸キナーゼという酵素です。

キナーゼの文字が酵素名に入っていますから、ここまで見てきたあなたならもうお分かりですね!

そうです!リン酸を移動させる酵素です!

この反応では【反応⑦】と全く同じで、ホスホエノールピルビン酸が持つリン酸基をADPに渡します。

これによって、ADPはATPとなりエネルギーを生み出すことが出来るのです。

これでグルコースが完全にピルビン酸2分子になりました!!

解糖系とは何度も繰り返しになりますが、グルコースからピルビン酸を2分子生成するまでの過程を言います。

④と⑤の反応で炭素数6のグルコース1分子から炭素数3のグリセルアルデヒド-3-リン酸が2分子できます。

こうして解説してきた①~⑩までの反応でグルコースから2つのピルビン酸ができるのがなんとなく理解してもらえたかと思います。

まとめ

解糖系を簡略化した図で示すと上記のような図になります。

実際にこの物質の名前を覚える必要は全くありません。

また、各反応を進める酵素の名前を覚える必要もありません。

解糖系で大事なのは、グルコース1分子からピルビン酸2分子ができるということです!

これさえ覚えてもらえれば、その過程は「なんとなくこのようなことが起きているんだな」くらいで考えてくれれば大丈夫です!

詳しい構造式も覚えたいよ!という人の為に詳しく解説した図も載せておきますね!

以上です!

それでは次回の記事も楽しみにしていてください!!