グルコース-1-リン酸

グルコース-1-リン酸（G1P）

グルコース-1-リン酸（Glucose-1-phosphate、略称：G1P）は、単糖であるグルコース分子の炭素原子のうち、1位のヒドロキシ基がリン酸基によって置換された構造を持つ有機化合物です。この物質は、古くからコリエステル（Cori ester）という別名でも知られており、特に炭水化物代謝、中でもグリコーゲン代謝において非常に重要な中間体として機能します。

生体内での役割

G1Pは、動物や微生物における主要なエネルギー貯蔵多糖であるグリコーゲンの分解と合成の両方の経路に関与しています。

グリコーゲン分解における生成

グリコーゲンがエネルギー源として利用される際、貯蔵されているグリコーゲン分子は分解されます。この過程で、グリコーゲンホスホリラーゼという酵素が働き、グリコーゲン鎖の非還元末端からグルコース単位を一つずつ切り離します。この酵素反応の特筆すべき点は、単にグルコースを遊離させるのではなく、リン酸基を同時に付加し、直接G1Pとしてグルコース単位を生成することです。

生成されたG1Pは、細胞内でさらに代謝されます。大部分の細胞内代謝経路では、グルコースはリン酸化された後、主にグルコース-6-リン酸（G6P）の形で利用されます。したがって、G1Pは速やかにホスホグルコムターゼという酵素の作用を受け、グルコース-6-リン酸へと異性化されます。このG6Pは、解糖系によるエネルギー産生や、ペントースリン酸経路での還元力（NADPH）や核酸前駆体の合成など、細胞の様々な要求に応じて多様な代謝経路に供給されます。

グリコーゲン分解によってグルコースが遊離する際に、なぜ遊離グルコースではなくリン酸化されたG1Pとして生成されるのか、その理由の一つは、リン酸基が付加されることによってG1Pの極性が増大するためです。極性が高い物質は、細胞膜の疎水性二重層を容易に通過できません。これにより、グリコーゲン分解によって生成されたグルコース単位はG1Pまたはその後のG6Pの形で細胞内に効果的に閉じ込められ、細胞外への不必要な流出が防がれ、細胞自身が必要とする代謝に利用されることが保証されます。

グリコーゲン合成における利用

一方、G1Pはグリコーゲンの合成過程でも中心的な役割を担います。細胞がエネルギーを十分に持っている場合や、利用可能なグルコースが豊富な状況では、過剰なグルコースは将来の利用に備えてグリコーゲンとして貯蔵されます。

グリコーゲン合成の出発点の一つとして、細胞内のG1Pが利用されます。G1Pは、UDP-グルコースホスホリラーゼ（またはUTP-グルコース-1-リン酸ウリジルトランスフェラーゼ）という酵素の働きにより、高エネルギー分子であるウリジン三リン酸（UTP）と反応します。この反応によって、ピロリン酸が遊離し、UDP-グルコースという活性化されたグルコース誘導体が生成されます。

生成されたUDP-グルコースは、グリコーゲン合成の直接の材料となります。グリコーゲンシンターゼという別の酵素がこのUDP-グルコースを利用し、そのグルコース単位を既存のグリコーゲン鎖の非還元末端に順次付加していくことで、グリコーゲン分子を伸長させます。このようにして、G1Pはグリコーゲン合成経路を通じて、新たなグルコース単位がグリコーゲン貯蔵に組み込まれるための鍵となる中間体として機能します。

まとめ

グルコース-1-リン酸は、グリコーゲンが分解される際に直接生成され、その後の代謝経路（主にG6Pへの変換）を通じてエネルギー供給や他の生合成に繋がります。また、グリコーゲンが合成される際には、UTPとの反応を経てUDP-グルコースとなり、グリコーゲン鎖を延長させるための活性化された単位として利用されます。これらの働きから、G1Pはグリコーゲン代謝の分解と合成の両側で不可欠な役割を果たす、生化学的に非常に重要なリン酸化糖と言えます。この分子の発見と代謝における役割の解明は、ゲルティー・コリとカール・コリ夫妻の研究によって大きく進展しました。

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