糖新生

糖新生とは

糖新生（gluconeogenesis）は、動物がグルコースを生成する重要な代謝経路です。糖質以外の物質、例えばピルビン酸、乳酸、アミノ酸、プロピオン酸、グリセロールなどからグルコースを合成します。このプロセスは、特に糖分の摂取が不足した場合や、飢餓状態において生命維持に不可欠です。

糖新生の概要

糖新生は、主に肝臓で行われ、一部は腎臓でも起こります。肉食動物では、糖新生の酵素活性が低い傾向がありますが、雑食性の動物やヒトでは、タンパク質から得られるアミノ酸を利用して糖新生を行います。反芻動物では、胃内のバクテリアが糖を揮発性脂肪酸に変えるため、プロピオン酸からの糖新生が特に重要になります。

ヒトの場合、タンパク質摂取量が十分であれば、糖質を摂取しなくても血糖値を維持できます。しかし、糖の供給が長期的に途絶えるとケトン体が生成されます。通常、インスリンの分泌が適切に調節されていれば、ケトアシドーシスは起こりません。糖新生には、1分子のグルコースを生成するために6分子のATPが必要です。

ほとんどの細胞では、グルコース-6-ホスファターゼという酵素がないため、遊離のグルコースを生成できません。この酵素を持つ肝細胞や、飢餓状態の小腸や腎臓のみが、糖新生で生成したグルコース-6-リン酸から遊離のグルコースを生成し、血管中に放出できます。細胞内に取り込まれたグルコースは、細胞外へ拡散しないように直ちにリン酸化されます。

糖新生が急激に起こると高血糖を引き起こすソモジー効果という現象が知られています。また、絶食により筋肉が分解され、糖新生が起こることで筋肉量が減少し、新陳代謝が低下します。

長期絶食時には、呼吸商が約0.7に収束し、尿中窒素排泄量が減少します。これは、糖新生で生成されるグルコースが主に脂質由来であり、アミノ酸の消費量が少ないことを示唆しています。

糖新生の経路

糖新生の反応は、解糖系の逆反応とほぼ同じですが、不可逆的な反応は別の経路で行われます。

ピルビン酸からホスホエノールピルビン酸への変換

この反応は、4段階を経て行われ、最初の2段階はミトコンドリアで、残りは細胞質で行われます。

1. ピルビン酸カルボキシラーゼにより、ピルビン酸がオキサロ酢酸に変換されます。
2. オキサロ酢酸は、ミトコンドリア内膜を通過できないため、リンゴ酸デヒドロゲナーゼによりリンゴ酸に還元されてからミトコンドリア外へ輸送されます。
3. 細胞質で、リンゴ酸は再びオキサロ酢酸に酸化されます。
4. ホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼ（PEPCK）により、オキサロ酢酸がホスホエノールピルビン酸に変換されます。

フルクトース-1,6-ビスリン酸からフルクトース-6-リン酸への変換

解糖系では、ホスホフルクトキナーゼがこの反応の逆反応を行いますが、糖新生ではフルクトース-1,6-ビスホスファターゼが使用されます。この酵素は、フルクトース-1,6-ビスリン酸のC-1位のリン酸基を加水分解します。

グルコース-6-リン酸からグルコースへの変換

グルコース-6-ホスファターゼが、グルコース-6-リン酸を加水分解してグルコースを生成します。解糖系の逆反応とは異なり、ATPは生成されません。

プロピオン酸からホスホエノールピルビン酸への変換

プロピオン酸は、いくつかの段階を経てホスホエノールピルビン酸に変換されます。

グリセロール

グリセロールは、グリセロール3-リン酸、次にジヒドロキシアセトンリン酸を経て、糖新生経路に入ります。

糖新生の調節

糖新生は、インスリンによって抑制され、グルカゴンによって促進されます。しかし、健常者ではインスリンが過剰に分泌されても、糖新生はあまり抑制されません。タンパク質摂取時には、インスリンとグルカゴンが同時に分泌されますが、糖新生は大幅に活性化します。1型糖尿病患者では、少量のインスリン投与で糖新生が大きく抑制されます。

その他の関連事項

解糖系
無益回路
コリ回路
血糖値

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