エネルギー産生はここから始まる：TCA回路のスタート

私たちが元気で健康な生活を送るためには、ミトコンドリアが大量のATP※を産み出すことが必要です。
ミトコンドリアのマトリックス内に、ピルビン酸が入ると、脱水素酵素によってアセチルCoAに変換されてオキサロ酸と結合し、「TCA回路」が回り始めます。ATPを大量に産み出すためには、この第一ステップがスムーズに働くことが重要です。

■ TCA 回路の仕組み

解糖系で作られたピルビン酸は、最初にクエン酸に変換されて回路に入ります。さらにクエン酸は一連のプロセスを経て最終的にオキサロ酢酸となり、ここで再びアセチルCoA と反応して同様の円環プロセスが始まります。

TCA回路で生まれた水素イオンはどこへ行くのか

次にTCA回路から水素イオン（プロトン：H＋）が取り出されます。取り出された水素イオンは、ミトコンドリア内膜上にある「呼吸鎖」と呼ばれる4つの複合体によって、ポンプのようにマトリックス内部から膜間腔に汲み出されます。
呼吸鎖では電子の受け渡しによって水素イオン＝プロトンを汲み出すため、「電子伝達系」とも呼ばれています。

ATP合成酵素はタービンのように働く

プロトンが膜間腔に汲み出されるとマトリックス内ではプロトンが減少して、内膜を挟んで濃度差が生じます。その結果マトリックスの外と内で電位差（濃度差）が生まれ、プロトンがマトリックス内に戻ろうとする強い圧力が生じます。しかし、マトリックスに戻る通路はマトリックス内膜を貫通する「ATP合成酵素」にしかありません。ATP合成酵素のチャネルと呼ばれる通路が開くと膜間腔のプロトンはマトリックス内に勢いよく流れ込みます。この時、いわば水力発電で水の落下がタービンを回すように、水素イオンの流入で得られるエネルギーを使ってADP（アデノシン2リン酸）にリン酸を付けてATPを作り出すのです。

■ 電子伝達系～ ATP 合成酵素の仕組み

TCA 回路で取り出した水素イオン（H+：プロトン）を呼吸鎖複合体がマトリックスの外に汲み出します。水力発電で水の落下エネルギーがタービンを回すように、プロトンがマトリックスに戻るエネルギーを利用してATP合成酵素の生体タービンを回すことで、ATP が産生されます。

※ATP  ミトコンドリアの内部で、複雑な反応を経て生み出されたエネルギーは「ATP」と呼ばれ、私たちが生きる上で必要なエネルギーに変換される。

栄養書庫発行 : 『よくわかる健康サイエンス-03 神様の贈り物 ミトコンドリア活性で老い知らず』より

The post 細胞の中の小さな発電所が、あなたの毎日を支えている first appeared on 栄養書庫 Official Website.

グルコースがATPに変わる最初のステップ

ミトコンドリアがエネルギーを生み出すのに必要な材料は、食物（主に炭水化物）を消化して得られるグルコース（血糖）です。グルコースが細胞内に取り入れられると、「解糖系」と呼ばれる過程を経てピルビン酸になります。解糖系は酸素を使わない反応で、その過程でグルコース１分子からATPを2個生み出します。

原始生物が使っていた“酸素なし”のエネルギー法

これは酸素が地球上に存在しなかった頃の原始生物（古細菌）がエネルギーを作り出したのと同じ反応ですが、わずかなATPしか生み出さなかったため、その時代の生物の活動は限定されていました。

光合成の登場と地球を変えた酸素の大増加

その後、27億年前に光エネルギーを利用して水と二酸化炭素から有機物を取り出す「光合成」を行う生物が現れ、酸素が大気中に放出されていきました。
酸素は嫌気性生物にとっては猛毒で、多くの生物が絶滅したといわれています。

酸素を武器にした好気性生物の誕生

一方、酸素を利用してエネルギーを生み出すミトコンドリアの祖先、好気性生物（バクテリア）が現れます。好気的代謝では、酸素を使ってより大きなエネルギーを作りだすことができるようになりました。このエネルギーが、その後の爆発的な生物進化の原動力になったのです。

ミトコンドリアとの共生が生命進化を加速させた

現在の私たちの細胞には必ずミトコンドリアが存在しています。これは大きなエネルギーをもとめて、原生生物がミトコンドリアを体内に取り入れ、共生するようになったからだと考えられています。

■ミトコンドリアの起源

原始の地球に誕生した「古細菌」はエネルギー産生システムとして解糖系しか持っていませんでした。その後、酸素を使って大量のATPを作ることができるバクテリアが出現し、古細菌に入り込み、ミトコンドリアに進化したと言われています。

栄養書庫発行 : 『よくわかる健康サイエンス-3 神様の贈り物 ミトコンドリア活性で老い知らず』より

The post ミトコンドリア誕生とエネルギーづくりの秘密 first appeared on 栄養書庫 Official Website.