クエリ: 代謝は体内のどこに関係していますか
文章: 脂質代謝 脂質代謝(ししつたいしゃ、英: lipid metabolism、脂肪代謝とも)とは、細胞内での脂質の合成と分解のことで、エネルギー源となる脂肪の分解または貯蔵、および細胞膜の構築に関わるような構造的および機能的な脂質の合成などを含む。動物では、これらの脂肪は食物から得るか、肝臓で合成する。この脂肪を合成するプロセスが脂質生合成(英: lipogenesis)である。ヒトが食物を摂取することで体内に存在する脂質の大半は、中性脂肪(neutral fat、トリグリセリド(triglycerides)とも)とコレステロール(cholesterol)である。体内に存在する他の種類の脂質は、脂肪酸(fatty acids)と膜脂質(membrane lipid)である。脂質代謝は、食物脂肪の消化と吸収の過程と考えられがちだが、生物がエネルギーを得るための脂肪の供給源は、食物脂肪(dietary fats)の消費と貯蔵脂肪(stored fats)からの2つがある。ヒトを含む脊椎動物は、心臓などの器官が機能するためのエネルギーを作り出すために、両方の脂肪源を使用する。脂質は疎水性の分子なので、代謝を開始する前に可溶化する必要がある。多くの場合、脂質代謝は、消化器系のさまざまな酵素の助けを借りて起こる加水分解から始まる。植物の脂質代謝は動物と比較するとプロセスにいくつかの違いがある。加水分解後の第2段階は、脂肪酸が腸壁の上皮細胞に吸収されることである。上皮細胞では、脂肪酸がパッケージされ、体の残りの部分に運ばれる。 本記事では主に動物の脂質代謝について述べる。
文章: マリンスノー 深海には、地球上に存在する溶存無機炭素の98%以上が含まれている。マリンスノーは地球規模の炭素循環に大きな影響を与えていると考えられるが、付着性微生物がどのような影響を与えているのかはまだ解明されていない。研究によると、深海の微生物は休眠状態ではなく、代謝的に活性であり、従属栄養生物だけでなく独立栄養生物による養分循環も関与している。現在の予測では、深海での微生物の炭素需要と表層海洋からの炭素輸送は釣り合っていない。モデルベースの研究から、溶存無機炭素固定は表層海洋の従属栄養微生物と同じ桁数でおきていると考えられており、溶存無機炭素固定の速度は1-2.5ミリモルCmdの範囲であると推定されている。 大きな凝集体は無酸素状態になり、嫌気性代謝を引き起こす。通常、嫌気性代謝は、エネルギー的に有利な場合においてのみ見られる。マリンスノーから推定された脱窒菌と硫酸塩還元菌の存在量を考えると、これらの代謝もマリンスノーの凝集体内で発生していると考えられる。Bianchiらによって開発されたモデルでは、凝集体内にさまざまな酸化還元電位があることが示されている。 文章: 一遺伝子一酵素説 ジョージ・ウェルズ・ビードルは当初トーマス・モーガンの元でショウジョウバエを材料に遺伝の研究を行い、そこで遺伝子の生化学的な働きやその過程を研究していた。ショウジョウバエの複眼は本来は赤であるが、朱色眼や白眼などその色に関する突然変異がいくつか知られている。彼はそのような変異個体の複眼の原基を通常型の個体の体内へ移植する、あるいは変異個体間で移植するなどの実験を行い、それによって移植された複眼が通常の色に着色する場合があることを見つけた。彼はこのような変異個体では複眼の色素を合成する反応系のどこかに不具合があり、それに必要な何かが健常個体の方から供給されたものと考え、それが一連の反応の中間段階に対応しているらしいことを見つけた(1936)。 なお、吉川(1941)はカイコの卵の色の遺伝についての研究から同様な現象を見つけ、これもほぼ同様の仕組みによっていることを確認し、ほぼ一遺伝子一酵素説を認めている。これらショウジョウバエ、コナマダラメイガ、カイコの色に関する酵素は共通で、トリプトファンをキヌレンにする酵素I、それを3-ヒドロオキシキヌレンにする酵素II、それを色素にする酵素IIIがある。ショウジョウバエの場合、朱色眼は酵素Iの、肉桂色眼は酵素IIの、白色眼は三種の酵素すべてを持たない変異体である。 彼は1937年にスタンフォード大学に移った後、生化学者のエドワード・テータムと共同研究を始めた。彼はここで上記の眼の色彩に関する変異について若干の成果を得た。しかし、遺伝子と酵素の間に強い関係があることは推定されたが、このような形態に関する形質への遺伝子の関わりを生化学的に調べることは困難であった。そのため、より生化学的な研究のしやすい対象として代謝の異常に注目した。しかし多くの動物では代謝の異常は致死遺伝子であり、研究対象にはしがたい。そこで、それに適した生物としてアカパンカビを選んだという。 文章: 代謝説 血液循環の自己調節における代謝説とは、代謝基質あるいは代謝産物の組織内濃度が循環の自己調節に関与しているとする学説である。 インスリン分泌機構における代謝説とは、グルコースが代謝されることによって膵B細胞でインスリン分泌の細胞内シグナルが産生されるとする学説である。 以下、それぞれを節に分けて記述する。 文章: 新陳代謝 新陳代謝(しんちんたいしゃ)とは、古いものが新しいものに次々と入れ替わることを言う。特に、健康法や美容法において「細胞の新陳代謝」などという使われ方をするが、これはしばしば生化学における代謝の意味ではなく、細胞自体の入れ替わりを意味する表現である。そして、新陳代謝は、生命維持に不可欠なものである。 なお、metabolismの訳語として新陳代謝とあてたのは、夏目漱石であると言われる。 文章: 分泌 分泌(ぶんぴつ、英: secretion)とは、一般に、細胞が代謝産物を排出すること。 また狭義には、分泌活動を専門的に行う腺細胞が集まって腺を形成し、分泌物を排出することをいうこともある。この意味では特に動物個体のレベルで、排出管を通して体外(もしくは排出管に通じる体腔)へ出す外分泌(exocrine)と、体液として体内へ出す内分泌(endocrine)に分類される。 文章: 代謝 代謝の科学的研究には長い歴史があり、初期の動物全体を調べる研究から、現代の生化学における個々の代謝反応の研究へと、数世紀にもわたって発展してきた。ヒトの代謝に関する最初の対照実験は、1614年にサントーリオ・サントーリオが著書『Ars de statica medicina』の中で発表したものである。彼は、食事、睡眠、仕事、セックス、絶食、飲酒、排泄の前後の体重を記録した。彼は、摂取した食物の大部分が、「不感蒸泄(英語版)」と名付けた過程で失われることを発見した。 こうした初期の研究では、代謝過程の機構は解明されておらず、生体組織を活性化しているのは生命力という特別な力によると考えられていた。しかし、19世紀、ルイ・パスツールは、酵母による糖のエタノール発酵の研究から、この過程は酵母細胞内の物質が触媒になっていることを突き止め、「発酵体(ferments)」と名付けた。彼は、『アルコール発酵は、細胞の死や腐敗ではなく、酵母細胞の生命や組織化の結果として起こる作用である。』と記した。この発見は、1828年にフリードリヒ・ヴェーラーが発表した尿素を化学的に合成に関する論文とともに、完全に無機的な前駆体から作られた最初の有機化合物として特筆に値する。これによって、細胞内の有機化合物や化学反応が、他の化学分野のものと原理的に変わりないことが証明された。 20世紀初頭、エドゥアルト・ブフナーによる酵素の発見により、代謝の化学反応の研究は、細胞の生物学的研究から切り離され、生化学の分野が確立された。その後、ハンス・クレブスが尿素回路を発見し、ハンス・コーンバーグと共同でクエン酸回路とグリオキシル酸回路を発見するなど、近代的な生化学者の貢献によって、生化学の知識は急速に拡大した。現代の生化学研究は、クロマトグラフィー、X線回折、NMR分光法、放射性同位体標識、電子顕微鏡、分子動力学シミュレーションなどの新しい技術の利用により、細胞内の多数の分子や代謝経路の同定と詳細な解析が可能になった。 文章: 神経筋遮断薬 代謝とホフマン脱離 ベクロニウムを3位で脱アセチル化すると、非常に活性の高い代謝物になる。ラパクロニウム(英語版)の場合、3位の脱アセチル化代謝物はラパクロニウムよりもさらに強力である。D環アセチルコリン部分が変化しない限り、筋弛緩作用は維持される。一方、17位の脱アシル化によって生成される第4級アミノステロイドは、一般に筋弛緩作用が弱い。アトラクリウムの開発では、生体内での筋弛緩剤のホフマン脱離を用いることが主なアイデアであった。ビスベンジル-イソキノリニウム型の分子を扱う場合、適切な電子吸引基などの特徴を分子に挿入すれば、生体内の条件でホフマン消去が起こるはずである。得られた分子であるアトラクリウムは、体内で自然に分解して不活性化合物となり、腎不全や肝不全の患者に特に有用である。シスアトラクリウムはアトラクリウムとよく似ているが、より強力でヒスタミン放出の傾向が弱い。 構造と作用発現時間との関係 文章: プリン (化学) アデニンやグアニンなどの、核酸やヌクレオチドの骨格を構成する核酸塩基として広く生物中に存在する。生化学や栄養学ではアデニンやグアニンを中心とした、プリンを部分構造として持つ生合成・代謝産物を総称してプリン体と呼ぶ。 プリン体は代謝されると尿酸となる。尿酸は強力な抗酸化物質でありヒト体内において酸素が関与する有害な反応を減弱もしくは除去する働きがある一方で、尿酸が体内で析出して結晶ができると痛風発作を誘発する。痛風患者がプリン体を過剰摂取すると病状が悪化すると言われる。 文章: 代謝 解糖やクエン酸回路といった、上述の代謝の中心的経路は、生物の3つのドメイン (en:英語版) すべてに存在し、最後の普遍的共通祖先(英語版)にも存在した。この普遍的共通祖先は原核生物であり、おそらくアミノ酸、ヌクレオチド、炭水化物、および脂質の多様な代謝を行うメタン生成菌であったと考えられる。このような古代の経路がその後の進化においても保持されたのは、解糖系やクエン酸回路などの経路が、最小限の段階で効率よく最終生成物を生成し、これらの反応が特定の代謝問題に対する最適解であった結果であると考えられる。酵素に基づく代謝の最初の経路はプリンヌクレオチド代謝の一部であり、それ以前の代謝経路は古代のRNAワールドとつながっていた可能性がある。 新しい代謝経路が進化する機構を説明するために、さまざまなモデルが提案されている。たとえば、小規模な祖先経路に新しい酵素が順次追加される方法、経路全体が複製しその後分岐する方法、そして既存の酵素が新しい反応経路に組み込まれる方法である。これらの機構の相対的な重要性は不明であるが、ゲノム研究の結果、経路に含まれる酵素は共通の祖先を持つ可能性が高く、多くの経路が経路中の既存の段階から新たな機能を作り出し、段階的に進化してきたことが示唆されている。第二のモデルとしては、代謝ネットワークにおけるタンパク質構造の進化を追跡する研究に基づくもので、酵素は広範囲に動員され、さまざまな代謝経路において同様の機能を果たすために酵素が借用されたことが示唆されている(MANETデータベース(英語版)で明らか)。このような動員過程は、進化的な酵素の集成を形成する。第三の可能性は、代謝の一部が「基本単位(モジュール)」として存在し、異なる経路で再利用され、さまざまな分子に対して同様の機能を果たすというものである。 新しい代謝経路の進化だけでなく、進化によって特定の代謝機能が失われることもある。たとえば、ある種の寄生生物では、生存に必須でない代謝過程が失われ、代わりに宿主からアミノ酸、ヌクレオチド、炭水化物などを搾取することがある。同様の代謝機能の低下は、内部共生生物にも見られる。 文章: 代謝経路 これらの経路は生体内の恒常性を維持するために必要であり、経路を通る代謝物のフラックス(流束)(英語版)は、細胞での必要性と基質の利用可能性に応じて制御される。ある経路の最終生成物は、すぐに使用されることも、別の代謝経路を開始することも、後で使用するために保存されることもある。細胞の代謝は、相互接続された経路の精巧な代謝経路網(英語版)から構成され、分子の合成と分解(同化と異化)を可能にする。 文章: 代謝中間体 代謝中間体(たいしゃちゅうかんたい、Metabolic intermediate)とは、生化学的に重要な分子の前駆体もしくは代謝産物である分子のことである。代謝中間物とも呼ばれる 代謝中間体は細胞機能における重要度は比較的低いが、酵素のアロステリック制御において重要な役割を持つ。 文章: 高メチオニン血症 体内でメチオニンが代謝される過程において特定の酵素が先天的に欠損していることにより、代謝できないメチオニンが体内に多量蓄積されておこる。 新生児マススクリーニングによって出生後に発見できるが、治療開始が遅れると骨格の異常や眼疾患を引き起こし、場合によっては死亡することもある。 乳幼児期は認可されたメチオニン除去ミルクや低メチオニンミルクなどを使用し、食事療法やビタミン療法を生涯継続して行わなければならない。 持続性の場合、メチオニンの代謝中に生じたホモシステインが尿中に排出されるようになるホモシスチン尿症と密接なかかわりを持っている。 文章: コカイン コカインをヒトが摂取すると、代謝産物として、例えばベンゾイルエクゴニンが生ずる。このほか、コカインとエタノールとが体内に共存していると、体内でコカエチレンが生成する場合もある。 文章: 運動生理学 代謝は変化する 文章: 代謝 酸化的リン酸化は、クエン酸回路に見られるように、有機分子から奪った電子を酸素に移動し、放出されたエネルギーでATPを作る。真核生物では、ミトコンドリアの膜にある電子伝達系と呼ばれる一連のタンパク質がこれを行っている。一方、原核生物では、これらのタンパク質は細胞の内膜に存在する。これらのタンパク質は、NADHなどの還元分子からのエネルギーを使って、膜を超えてプロトン(陽子)を送り出す。 プロトンを送り出すことによって、ミトコンドリア膜を隔てたプロトン濃度差が生じ、電気化学的な勾配が生じる。この勾配が動力となって、プロトンはATP合成酵素と呼ばれる酵素の基部を経由してミトコンドリア内に戻される。プロトンの流入によってATP合成酵素の軸サブユニットが回転し、酵素ドメイン活性部位の形が変化し、これによってアデノシン二リン酸がリン酸化され、ATPへ変換される。 化学無機栄養(英語版)とは、原核生物に見られる代謝の一種で、無機化合物の酸化によってエネルギーを得るものである。これらの生物は、水素、還元硫黄化合物(硫化物、硫化水素、チオ硫酸など)、二価鉄イオン(Fe(II))、またはアンモニアを還元力源として利用し、これらの化合物を酸化することでエネルギーを得ている。これらの微生物過程は、酢酸生成(英語版)、硝化、脱窒などの地球規模での生物地球化学的循環において重要な役割を担い、土壌の肥沃度を維持するのに不可欠である。