二重標識水

二重標識水（Doubly-Labeled Water, DLW）

概要

二重標識水とは、重水素（D）と酸素-18（18O）という二つの安定同位体で標識された水のことを指します。一般に、D218Oと呼ばれるこの水を体内に取り込むことで、尿に含まれる同位体の比を測定し、生体が消費するエネルギーの量を知ることができます。

仕組み

生物の体内で重水素を含んだ水分子は、代謝過程の中で尿や汗として排出されます。その一方で、酸素-18は代謝を経て二酸化炭素としても排出されることがあります。これらを併せて考え、尿中の重水素と酸素-18の量の違いを測定することで、酸素-18がどれだけ二酸化炭素として放出されたかを推測し、さらにそれを基に有酸素代謝の量を推定します。

ただし、注意が必要なのは、自然界の水や空気中にも重水素や酸素-18が含まれ、場所によってその量が異なる点です。このため、その要素を補正する作業が求められます。

呼気中の二酸化炭素と酸素-18の関連

生体内でグルコースが好気性代謝される際、このプロセスは以下の反応にまとめられます。

$$C_6H_{12}O_6 + 6 O_2 → 6 CO_2 + 6 H_2O$$

この反応からは、吸気中の酸素が二酸化炭素に変換されるかのように見えますが、実際には解糖系やクエン酸回路など、複数の生化学的反応が関与しています。

解糖系とクエン酸回路

これらの反応において、グルコースや水が分解され、生成された二酸化炭素の一部にそれらの酸素原子が含まれることがわかります。

$$C_6H_{12}O_6 + 6 H_2O → 6 CO_2 + 24 H^+ + 24 e^-$$

ここで、グルコースと水中の酸素が関与することが明らかになります。

電子伝達系

最終的な反応として、電子伝達系が作用し、酸素が水に変わる過程でエネルギー（ATP）が生成されます。この水に含まれる酸素原子は、元々空気中にあった酸素です。

二重標識水法の利点

この手法の大きな利点は、被験者を拘束することなく代謝を測定できる点です。例えば、呼気中の二酸化炭素を調べてエネルギー消費量を測る方法も存在しますが、その場合、被験者がマスクをつけたり、特定の部屋に閉じ込められる必要があります。そのため、特に動物の代謝を調査する際に、二重標識水法は非常に有効です。

二重標識水法の欠点

一方で、この手法は高額であることが欠点の一つです。二重標識水自体はもちろん、安定同位体比質量分析計も高価です。また、測定にはかなりの技術が必要とされます。

関連項目

• - 熱測定
• - 代謝

外部リンク

• - 二重標識水 - コトバンク

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