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代謝の統合と調節のマインドマップ
これは代謝の統合と調節に関するマインド マップです。代謝は体内の生きた細胞におけるすべての化学変化を指し、その反応のほとんどすべてが酵素反応です。
2023-11-06 21:44:06 に編集されました
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代謝の統合と調節
代謝とは、体の生きた細胞におけるすべての化学変化を指し、その反応のほとんどすべてが酵素反応です。
代謝は生命活動の物質的な基盤です
生命活動の基本的性質：生体内のさまざまな物質は、一定の法則に従って絶えず代謝されています。
代謝の完全性
体内の代謝プロセスは相互に関連して全体を形成しています
代謝の完全性
物質の代謝は同時に行われ、相互に関連し、相互依存しています。 さまざまな物質の代謝は相互に関連し、統一された全体を形成しています。
体内のさまざまな代謝産物には、独自の共通の代謝プールがあります
自分自身で合成する内因性栄養素と食物から摂取する外因性栄養素の両方が共通の代謝プールを形成します。
体内の代謝は動的バランスを保っています
体内のさまざまな栄養素の代謝は常にダイナミックなバランスを保っています。
生化学は、生まれるものは変化し、再生するという意味で、新しいものは老化し、古いものは排除され、新しいものと古いものは絶えず代謝されます。
酸化分解によって生成された NADPH は、同化に必要な還元等価物を提供します。
体内の生合成反応の多くは還元合成であり、これらの生合成反応がスムーズに進行するためには還元当量が必要です。
物質代謝とエネルギー代謝は相互に関係している
トリカルボン酸回路と酸化的リン酸化は、糖、脂肪、タンパク質の最終分解のための一般的な代謝経路であり、放出されるエネルギーは ATP で構成されます。
さまざまな生命物質の合成をはじめ、成長、発育、生殖、修復、運動などの身体のさまざまな生命活動は、すべてエネルギーを必要とします。
体が直接利用できるエネルギー運搬体として、ATP はエネルギーを生成する栄養素の異化作用とエネルギー消費物質の同化作用を結びつけ、代謝を他の生命活動と結びつけます。
エネルギー供給の観点から見ると、三大栄養素は互いに代替し、補完し合うことができますが、同時に制限し合うこともあります。
脂肪分解が促進されると、ATP 生成が増加し、ATP/ADP 比が増加します。これにより、糖異化の主要な酵素であるホスホフルクトキナーゼ 1 の活性がアロステリックに阻害され、グルコースの異化が遅くなります。
グルコースの酸化分解が促進され、ATPが増加すると、イソクエン酸デヒドロゲナーゼの活性が阻害され、クエン酸が蓄積します。クエン酸はミトコンドリアに浸透し、アセチルCoA酵素を活性化して脂肪酸合成を促進し、脂肪酸を阻害します。分解。
糖、脂質、タンパク質の代謝は中間代謝産物を通じて相互に関連しています
体内の糖、脂質、タンパク質、核酸などの代謝は、それぞれ独立して行われているわけではありません。むしろ、それらは共通の中間代謝産物、トリカルボン酸回路、生物学的酸化を通じて接続され、変換されます。
ブドウ糖は脂肪酸に変換できる
グルコース
合成グリコーゲン貯蔵（肝臓、筋肉）
アセチルCoA
合成脂肪（脂肪組織）
無脂肪、高糖質の食事を過剰に摂取すると、血漿中性脂肪が増加し、肥満につながる可能性があります。
脂肪
グリセリン
グリセロールキナーゼ/肝臓、腎臓、腸
リン酸、グリセリン
グルコース
脂肪酸
アセチルCOA
ブドウ糖に変換できない
グルコースとほとんどのアミノ酸は相互に変換することができます
ヒトのタンパク質を構成する20種類のアミノ酸のうち、ケト生成性アミノ酸を除くすべてのアミノ酸は、脱アミノ化により対応するα-ケト酸を生成することができます。
ロイシンとリジンを除く 20 種類のアミノ酸はすべて糖に変換できますが、糖代謝の中間代謝物は体内で 11 種類の非必須アミノ酸のみに変換できます。
アラニン
脱アミノ化
ピルビン酸
糖新生
グルコース
砂糖
ピルビン酸
アラニン
オキサロ酢酸
アスパラギン酸、グルタミン酸
アセチルCOA
クエン酸
α-ケトグルタル酸
アミノ酸はさまざまな脂質に変換できますが、脂質はアミノ酸に変換されにくい
アミノ酸
アセチルCOA
脂肪
セリーヌ
ホスファチジルセリン
コレラミン
セファリン
コリン
レシチン
一部のアミノ酸、ペントースリン酸はヌクレオチド合成の原料となる
プリン塩基のデノボ合成には、原料としてグリシン、アスパラギン酸、グルタミン、および一炭素単位が必要です
ピリミジン塩基のベッドサイド合成には、原料としてアスパラギン酸、グルタミン、および一炭素単位が必要です
代謝調節の主な方法
細胞内物質の代謝は主に関節酵素活性の調節によって達成されます。
水の浄化の度合いに応じて色調整の複雑さは増します。
細胞レベルでの代謝調節が基礎となります。ホルモンや神経による代謝調節は、細胞レベルでの代謝調節によって達成される必要があります。
細胞レベルでの代謝調節は主に酵素レベルでの調節です
細胞内酵素の分離分布
代謝経路の速度と方向は、その経路内の主要な酵素の活性によって決まります。
代謝調節は主に主要な酵素活性の調節を通じて達成されます。
細胞内のさまざまな代謝酵素の区画分布は、物質代謝とその調節の細胞内構造の基礎です。
この酵素の区画化された分布により、異なる代謝経路間の干渉が回避され、同じ代謝経路における一連の酵素反応がよりスムーズかつ連続的に進行することが可能になり、代謝経路の速度が向上するだけでなく、調節も促進されます。
主要な調節酵素活性が代謝経路全体の速度と方向を決定する
主要な酵素の特徴
1 多くの場合、代謝経路の最初の段階の反応または最も遅い分岐点の反応を触媒します。この反応は、代謝経路全体の全体的な速度を決定します。
2 は一方向反応または非平衡反応を触媒することが多く、その活性は代謝経路全体の方向を決定する可能性があります。
3 酵素活性は基質によって制御されるだけでなく、さまざまなエフェクターによっても制御されます。
主要な酵素によって触媒される反応の特徴
1が最も遅い
2. 触媒の一方向反応、不可逆または不均衡な反応
代謝調節はスピードに応じて分けることができる
素早い調整
酵素の分子構造を変えることによって酵素の活性が変化し、それによって酵素反応の速度が変化し、数秒または数分以内に調節効果を発揮します。
調整が遅い
酵素タンパク質分子の合成または分解速度を変えることにより、細胞内の酵素の含有量が変化し、それによって酵素反応の速度が変化します。規制が発効するまでには通常、数時間、場合によっては数日かかります。
アロステリック制御は、アロステリック効果を通じて主要な酵素活性を変化させます
アロステリック制御は、生物界における一般的な代謝制御方法です。
一部の小分子化合物は、酵素タンパク質分子の活性中心の外側の特定部分に特異的に結合し、酵素タンパク質分子の立体構造を変化させ、それによって酵素活性を変化させることができます。
アロステリックエフェクターは、酵素分子の立体構造を変化させることによって酵素活性を変化させます。
機構
酵素の調節サブユニットには「擬似基質」配列もあり、触媒サブユニットの活性部位に結合すると、エフェクター分子が調節サブユニットに結合すると、基質の結合が妨げられ、酵素活性が阻害されます。サブユニット、「擬似基質」配列 「物質」配列の構造変化により、触媒サブユニットが放出され、触媒作用が実行されます。
アロステリックエフェクターと調節サブユニットの組み合わせにより、酵素分子の三次構造と四次構造が「T」構造と「R」構造の間で変化し、酵素活性に影響を与える可能性があります。
アロステリック制御は、対応する代謝ニーズおよび関連物質の代謝に合わせて物質の代謝を調整します。
アロステリック効果は、酵素の基質、酵素反応の最終生成物、または他の小分子代謝産物である可能性があります。
アロステリック調節
1. 代謝経路の主要な酵素は、必要以上の生成物が生成されないように他の構造によって阻害されます。
2 アロステリック調整により、体は需要に応じてエネルギーを生成し、過剰な生成による無駄を回避できます。
3 一部の代謝中間体は、複数の関連する代謝経路の主要な酵素をアロステリックに制御することができるため、これらの代謝経路は協調して進行できます。
化学修飾の調節は、酵素の共有結合修飾を通じて酵素活性を調節します。
酵素による共有結合修飾にはさまざまな形があります
酵素タンパク質のペプチド鎖上の特定のアミノ酸残基側鎖は、別の酵素の触媒作用の下で可逆的に共有結合的に修飾され、それによって酵素活性が変化します。
リン酸化と脱リン酸化、アセチル化と脱アセチル化、メチル化と脱メチル化、アデニル化と脱デニル化
最も一般的なのはリン酸化と脱リン酸化であり、この反応は不可逆的であり、それぞれプロテインキナーゼとホスファターゼによって触媒されます。
酵素の化学修飾にはカスケード増幅効果があります
特徴
1 化学修飾によって規制される主要物質の大部分には、不活性 (または低活性) と活性 (または高活性) の 2 つの形態があり、2 つの異なる化学条件下で共有結合により修飾され、相互に変換されます。生体内での触媒的相互変換はホルモンなどの上流の調節因子によって制御される
2-アルコールの化学修飾は、もう 1 つの疾患触媒反応です。1 分子の触媒酵素が、強力な特異性と増幅効果により、複数の基質酵素分子の共有結合修飾を触媒します。
リン酸化と脱リン酸化は、最も一般的な酵素による化学修飾反応です。サブユニットの 1 分子のリン酸化は通常、1 分子の ATP を消費しますが、これは合成酵素タンパク質によって消費される量よりもはるかに少なく、酵素活性を制御するための経済的かつ効果的な方法です。
触媒的に共有結合的に修飾されたアルコール自体は、しばしばアロステリック制御や化学修飾を受け、ホルモン制御と共役してシグナル伝達分子（ホルモンなど）、シグナル伝達分子、エフェクター分子（化学修飾によって制御される重要な酵素）を形成します。酵素の調節により、細胞内酵素活性の制御がより正確かつ調和的に行われます。
同じ酵素がアロステリック制御と化学修飾の両方によって制御される可能性がある
細胞内の酵素含有量を変化させることにより酵素活性を調節する
酵素含有量を変えると酵素活性も変化する可能性があり、これは代謝を調節する重要な方法です。
酵素タンパク質をコードする遺伝子発現を誘導または抑制して、酵素含有量を調節します
要因: 酵素基質、生成物、ホルモン、薬剤
酵素タンパク質の分解速度を変更して酵素含有量を調整する
酵素タンパク質分子の分解速度を変えることは、酵素含有量を調節する重要な方法です
酵素タンパク質分解の 2 つの経路
リソソームタンパク質分解酵素は酵素タンパク質を非特異的に分解することができる
酵素タンパク質の特異的な分解は、ATP 依存性のユビキチン - プロテアソーム経路を通じて達成されます。
ホルモンは特定の受容体を介して標的細胞の代謝を調節します
内部環境と外部環境の変化
体の関連組織はホルモンを分泌します
ホルモンは標的細胞上の受容体に結合します
標的細胞は生物学的効果を生み出し、内部および外部環境の変化に適応します
膜受容体ホルモンは膜貫通シグナル伝達を通じて代謝を調節する
膜受容体は細胞膜上にある膜貫通タンパク質です
細胞内受容体ホルモンは遺伝子発現を変化させ、ホルモン-細胞内受容体複合体を通じて代謝を調節する
細胞質に存在する細胞内受容体がホルモンと結合した後に形成されるホルモン受容体複合体は核に入り、ホルモン応答要素にも作用し、対応する遺伝子の発現を変化させることで代謝調節効果を発揮します。
体は、神経系および神経液性経路を通じて全体的な代謝を調整します。
全体的なレベル調節：神経系の指導の下、ホルモン放出を調節し、ホルモンを介してさまざまな組織や器官のさまざまな代謝を統合して、満腹、絶食、空腹、栄養過剰、ストレスなどの状態に適応するための全体的な調節を達成します。そして全体の代謝バランスを維持します。
満腹状態における体の三大物質の代謝は食事の組成に関係しています
混合食を食べた後
1. 満腹状態では、体は主にブドウ糖を分解します。
2. 未分解のグルコースの一部はインスリンの作用により肝臓で肝臓グリコーゲン、骨格筋で筋グリコーゲンに合成され、一部は肝臓でピルビン酸とアセチルCoAに変換され、VLDLの形でトリグリセリドが合成されます。脂肪などの組織に
3. 吸収されたトリグリセリドの一部は肝臓で内因性トリグリセリドに変換され、大部分は脂肪組織、骨格筋などに輸送されて変換、貯蔵、または利用されます。
糖質の多い食事を摂った後
1 小腸で吸収されたグルコースの一部は、骨格筋では筋グリコーゲン、肝臓では肝臓グリコーゲンおよびトリグリセリドに合成され、後者は脂肪などの組織に輸送されて貯蔵されます。
2. ほとんどのグルコースは脂肪組織、骨格筋、脳、その他の組織に直接輸送され、貯蔵または利用のためにトリグリセリドなどの非糖物質に変換されます。
高たんぱく質の食事を摂取した後
1. 肝臓のグリコーゲンは分解されて血糖を補充し、脳組織に供給されます。
2 アミノ酸は主にピルビン酸塩を介して肝臓でグルコースに生成され、脳組織やその他の肝臓外組織に供給されます。
アミノ酸の3部がアセチル補酵素Aに変換され、トリグリセリドが合成されます。
4 一部のアミノ酸は骨格筋に直接輸送されます。
高脂肪の食事を摂取した後
1. 肝臓のグリコーゲンは分解されて血糖を補充し、脳組織に供給されます。
2. 筋肉組織のアミノ酸は分解されてピルビン酸に変換され、肝臓に運ばれてブドウ糖に変換され、血糖と肝外組織に供給されます。
3. 腸に吸収されたトリグリセリドは、主に脂肪と筋肉組織に輸送されます。
4. 脂肪組織は、吸収された中性脂肪を受け取りながら、脂肪の一部を脂肪酸に分解し、他の組織に輸送します。
5. 肝臓は脂肪酸を酸化してケトン体を生成し、脳などの肝臓外組織に供給します。
空腹時の体の代謝は、グリコーゲン分解、糖新生、および適度な脂肪動員によって特徴付けられます。
絶食とは通常、体内のインスリンレベルが低下し、グルカゴンが増加する食後12時間を指します。
空腹時、体は主に脂肪を酸化、分解してエネルギーを作ります。
短期間の飢餓の後、糖酸化エネルギーの供給が減少し、脂肪の動員が強化されます。
肝臓のグリコーゲンは基本的に枯渇しています
血糖値が低下する傾向がある
アミノ酸の増加、インスリン分泌の最小化、グルカゴン分泌の増加
一連の代謝変化を引き起こす
体の主な機能はグルコースの酸化から脂肪の酸化に変化します
脂肪動員の強化と肝臓のケトン体生成の増加
肝臓の糖新生が大幅に増強される
骨格筋タンパク質の分解の強化
長期にわたる飢餓は臓器障害を引き起こし、生命を脅かす可能性もあります
脂肪の動員がさらに強化される
タンパク質分解の減少
糖新生が大幅に減少する
ストレスは体の異化作用を増加させる
ストレスは、内部および外部の環境刺激に応じて身体または細胞が起こす一連の非特異的な反応です。
刺激には、中毒、感染症、発熱、外傷、痛み、大量の運動、恐怖などが含まれます。
ストレス下では、交感神経が興奮し、副腎髄質やコルチコステロイドの分泌が増加し、血漿グルカゴンや成長ホルモンの濃度が上昇し、インスリンの分泌が減少するなど、一連の代謝変化が起こります。
ストレスで血糖値が上昇する
脳と赤血球へのエネルギー供給を確保することが重要です
ストレスは脂肪の移動を促進する
ストレスはタンパク質の分解を増加させる
肥満は複数の要因によって引き起こされる代謝不均衡の結果です
肥満は多くの主要な慢性疾患の危険因子です
肥満、アテローム性動脈硬化症、冠状動脈性心疾患、脳卒中、糖尿病。高血圧などの病気のリスクは正常な人々よりも大幅に高く、これらの病気の主な危険因子の1つです。
メタボリックシンドロームは、肥満、高血糖、高血圧、脂質異常症を特徴とする一連の臨床症候群を指します。これは、過剰な体脂肪、高血圧、インスリン抵抗性、血漿コレステロールの上昇として現れる、同一個人における代謝に関連する危険因子の組み合わせによって特徴付けられます。レベルおよび異常な血漿リポタンパク質
エネルギー摂取量が消費量を上回る状態が長期間続くと肥満につながる
食欲抑制ホルモンの機能不全が肥満の原因となる
食欲を刺激するホルモン機能の異常な亢進が肥満の原因となる
インスリン抵抗性は肥満につながる
肥満は代謝の不均衡によって引き起こされ、一度形成されると代謝障害を悪化させます。
肥満の進行段階では、標的細胞はインスリンに対して感受性があり、血糖値は低下し、耐糖能は正常です。
肥満の安定期では、高インスリン血症が現れ、インスリンに対する組織抵抗性、耐糖能の低下、血糖値が正常または上昇します。
肥満またはインスリン抵抗性が高い人ほど、血糖濃度が高くなり、糖代謝障害がより重篤になります。
体内の重要な組織および器官の代謝特性
肝臓は人間の代謝の中心器官であり、糖、脂質、タンパク質の代謝において重要かつ特別な役割を果たしています。
グルコース代謝における肝臓の役割
1グリコーゲンを合成して蓄える
2 グリコーゲンを分解してブドウ糖を生成し、血液中に放出します。
3は糖新生の主要な器官です
脂肪組織の重要な機能は、エネルギーを脂肪の形で蓄えることであるため、脂肪組織にはリポタンパク質、リパーゼ、および独特のホルモン感受性トリグリセリドリパーゼが含まれています。
血液循環中の脂肪を加水分解し、脂肪細胞内で脂肪を合成し、貯蔵するために使用します。
また、体が必要とするときに脂肪を動員し、他の組織で使用できるように脂肪酸を放出します。
肝臓は物質代謝の中心であり、人体の代謝の中心です
肝臓は特別な組織構造と組織化学的組成を持っており、物質代謝の中心であり、人体の中心的な生化学工場です。
肝臓は脂肪を大量に合成できますが、脂肪を蓄えることはできません。肝細胞によって合成された脂肪は、VLDL として血液中に放出されます。
脳は主にブドウ糖をエネルギーとして使用し、大量の酸素を消費します。
ブドウ糖とケトン体は脳の主要なエネルギー物質です
脳にはグリコーゲンがなく、異化のためのエネルギーとして蓄えられる脂肪やタンパク質もありません。ブドウ糖は脳の主なエネルギー供給物質です。
脳の酸素消費量は全身の酸素消費量の1/4にもなる
脳は複雑な機能を持ち、頻繁に活動し、継続的に大量のエネルギーを消費します。人体の安静時には大量の酸素を消費します。
脳には特定のアミノ酸とその代謝調節機構があります
心筋はさまざまなエネルギー物質を利用できる
心筋は、さまざまな栄養素とその代謝中間体をエネルギーとして利用できます。
心筋細胞には、さまざまなチオキナーゼが含まれており、異なる長さの炭素鎖を持つ脂肪酸から脂肪酸アシルCoAへの変換を触媒できるため、心筋は脂肪酸の酸化と分解をエネルギーとして優先的に利用します。
心筋細胞はケトン体利用酵素を豊富に有しており、脂肪酸分解の中間生成物であるケトン体を完全酸化してエネルギーを供給することもできます。
心筋細胞が栄養素を分解してエネルギーを供給する方法は、主に好気性酸化です。
心筋細胞にはミオグロビン、シトクロム、ミトコンドリアが豊富に含まれています
心筋には乳酸デヒドロゲナーゼ、主にLDH1が豊富に含まれており、乳酸との親和性が高く、乳酸からピルビン酸への酸化を触媒することができ、ピルビン酸はカルボキシル化されてオキサロ酢酸となり、好気性酸化を促進します。
骨格筋は筋グリコーゲンと脂肪酸を主なエネルギー源として使用します
異なる種類の骨格筋は異なる方法でエネルギーを生成します
骨格筋の種類が異なれば、解糖能力と酸化的リン酸化能力も異なります。
骨格筋はさまざまなエネルギー消費状態に適応し、さまざまなエネルギー源を選択します。
骨格筋の収縮に必要な直接のエネルギー源はATPです
筋肉のグリコーゲン分解は血糖を直接補充することができず、乳酸サイクルは糖新生と低解糖経路を統合する重要なメカニズムです。
骨格筋には一定量のグリコーゲンが蓄えられており、通常、筋肉のグリコーゲン、脂肪酸、ケトン体の好気性酸化によって組織はエネルギーを獲得しますが、激しい運動中は糖の嫌気性酸化機能が大幅に増加します。
脂肪組織は中性脂肪を貯蔵し動員するための重要な組織です
体は食事から吸収したエネルギーを主に脂肪組織に蓄えます。
食事から体に吸収されるエネルギー物質は主に脂肪と糖質です。
空腹時には、主にエネルギーとして脂肪組織内の脂肪の分解と貯蔵に依存します。
腎臓は糖新生とケトン体生成を行っています。