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Papyrus

考えたことや調べたことを残しておこうと思います。

テスト勉強 I : Energy Transfer

Exercise Physiologyのクイズが明日、それから2回目の試験が金曜日に迫っているので復習をしようと思いますが、私的にはとても面白い章なのでブログにもまとめてみようかと思います。

 

教科書の内容の復習なので、これを読んでくださっている方々にとっては新しい情報はないかもしれません...が、興味があれば読んでみてください。

 

さて、今回のテスト範囲はEnergy Transfer。3種類のenergy systemがどのように働くのかということを理解しなければなりません。

 

その3種類のenergy systemとは、

1) ATP-PCr system (リン酸系)

2) Glycolytic system (解糖系)

3) Mitochondrial Respiration (有酸素系)

 

まず前提として理解しなければならないことは、この3つのsystemはどれもエネルギーの『通貨』であるATPを作り出すシステムです。『通貨』という言葉が何を意味しているかというと、私たちが食べたものはそのままの形でエネルギー源として働いてくれるかというとそうではなくて、筋でも心臓でも脳でもどこでもエネルギーとして使える『通貨』に作り替える必要があるということです。

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上の図はインターネット上にあったスライドを一枚もらったものなので色んな情報が書き込まれていますが、最初に話題にしたいのがそれぞれのenergy systemが働く時間

 

1) まずATP-PCr system。これは一番最初に働き始めるsystemでありますが、最初の10秒足らずで下降に向います。

2) 次にglycolytic system (glycolysis) 。エクササイズを始めてから15秒程度で一番優位なenergy systemになり、2分程度持続します。

3) 最後にmitochondrial respiration (aerobic system) 。エクササイズ開始3分頃から一番優位なsystemとなり、その後エクササイズの継続時間が長くなってもこのsystemは優位であり続けます

 

ではこれらの差を作り出しているものは何か、ということですが、ATPを作り出すまでのステップの数が大きく影響していると言えるでしょう。

 

エクササイズ開始後、即行でATPを作り出すATP-PCr systemでは、ATPを作り出すまでに経るステップはこれだけ↓。

PCr + ADP ⇔ Cr + ATP

 

エクササイズ開始から15秒程度から優位になるglycolysisはというと...

これはglucoseやglycogenの分解によってATPを作り出すsystemですが、10個のステップを経て1つのglucoseから2つのATPを生成します。

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そして最後のmitochondrial respiration。これはglycolysisの後を追う形で働き始めます。というのも、このsystemはglycolysisの最後のステップで作り出されたpyruvate (ピルビン酸) をもとに、さらに多くのATPを作り出すsystemだからです。

 

Mitochondrical respirationは、1) krebs cycle, 2) electron transport chainの2つに分けることができます。

 

1) Krebs Cycle (citric acid cycleとも呼ばれる)

Glycolysisで作り出されたpyruvateは酸化されacetyle CoAになり、このacetyl CoAがkrebs cycleを通して、ATPを作り出します。1つのglucoseからは2つのpyruvateが作られ、その2つのpyruvateが2つのacetyl CoAに変えられ、それぞれ1つのずつATPを作るので、krebs cycleでは1つのglucoseから2つのATPを作ることになります。

                        

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2) Elecrton Transport Chain 

ここまでそれぞれのシステムで作り出されるATPにのみ焦点を合わせていましたが、ここで一度スクロールアップして、glycolysisやpyruvateがacetyle CoAに変えられるプロセス、それからkrebs cycleでたくさんのNADやFADがH+とくっついて、NADH + H+FADH2が作られていることを確認してもらえたらと思います。

 

NADやFADはH+をelectron transport chanに運ぶ、謂わばタクシーのような役割をするcoenzymeです。この2つのcoenzymeはglucoseを分解する酸化反応で生じたH+を受け取って、NADH + H+・FADH2となり、H+をelectron transport chainに運び、そこでH+を放して、まだNAD・FADに戻るという役割を担います。

 

Electron transport chainに運ばれたH+O2と化合しH2Oが出来るというプロセスの中でATPが作られるというのが、electron transport chainでATPを作る仕組みです。(どうやってこの反応が起こるのかはよくわかりません...)

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1つのNADH + H+からは2.5個のATPが、1つのFADH2からは1.5個のATPが生成されます。glycolysis・pyruvate→acetyl CoA・ krebs cycleでいくつのNADH + H+とFADH2が生成されたか数えると...

Glycolysis:                                    2 NADH + H+

Pyruvate → Acetyl CoA:             2 NADH + H+

Krebs Cycle:                                 6 NADH + H+, 2 FADH2

 

この情報からいくつのATPがelectron transport chainで生成されたかを計算すると...

2*(2.5) + 2*(2.5) + 6*(2.5) + 2*(1.5) = 28 ATP 

筋細胞ではmitochondriaにNADHは入ることができずFADHがcoenzymeとして使われるのでその場合はglycolysisの2 NADH + H+が2 FADH2に変わり、合計26 ATPとなります。

 

Glycolysisが単独では1つのglucoseから2つしかATPを作り出せないのに対して、electron transport chainは26-28個ものATPを生成します。このelectron transport chainの反応が起こるミトコンドリアが『パワーハウス』と呼ばれる所以はこの大量にATPを生成する能力にあります。

 

さて、一番最初に紹介した、percent capacity of energy system vs. exercise durationのこの図。ATPの生成のプロセスを考えるとより深く理解できると思います。

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1) ATP-PCrは1つのステップでATPを生成するため、エクササイズ開始直後のATPはこのsystemによって提供されます。

2) GlycolysisがATPを生成するのには10ステップあるので、ATPを供給し始めるのはATP-PCr systemよりも少し遅れて15秒後くらいから。

3) Mitochondrial respirationはglycolysisにより生じたpyruvateからATPを作るkrebs cycleと各systemで生じるH+がO2と化合する際に大量にATPを作るelecron transport chainの2つから成ります。稼働するのに時間がかかるけれど、大量にATPを生成して、エクササイズを継続するためのATPを提供します。

 

長くなりそうなので次に続きます。

 

画像

http://slideplayer.com/slide/9349795/

http://general.utpb.edu/FAC/eldridge_j/Kine6360/Unit%202%20html%20file/Content%20Display%20%20Unit%202%20-%20Energy%20Metabolism.htm

http://sbi4uraft2014.weebly.com/krebs-cycle.html