細胞の生命活動を支える核酸

私たちの体は、無数の細胞からできています。肌、筋肉、血液、内臓、神経、免疫細胞。多くの細胞の中で、生命活動の中心を支えているのが「核酸」です。

DNAとRNA、それぞれの役割

核酸とは、DNAとRNAの総称です。DNAは体をつくるための生命の設計図。RNAは、その設計図を読み取り、必要な情報を細胞へ伝えるメッセンジャーとして働きます。DNAには体を形づくる情報が保存され、RNAはタンパク質づくりや遺伝子の調節に関わります。近年はmRNAワクチン、siRNA、アンチセンス核酸など、RNAを活用した次世代医療の研究も進んでいます。

核酸をつくるヌクレオチド

核酸を構成する基本単位がヌクレオチドです。ヌクレオチドはDNAやRNAの材料になるだけでなく、細胞分裂、組織の修復、免疫細胞の増殖にも必要とされます。つまり核酸は、細胞を支える生命活動の基本素材なのです。

核酸とエネルギーの深い関係

さらに核酸は、「情報」だけでなく「エネルギー」とも深く関わっています。
細胞のエネルギー通貨と呼ばれるATP※もヌクレオチドの一種です。また、NAD+はエネルギー代謝やDNA修復、サーチュインの働きに関わり、ミトコンドリア機能や老化研究でも注目されています。

核酸から広がる生命のしくみ

核酸は単なる「遺伝子の材料」ではありません。設計図を保存するDNA、情報を働きへつなげるRNA、エネルギーを支えるATP、修復や代謝に関わるNAD+。これらはすべて、ヌクレオチドという共通の基盤を持ち、細胞の中で互いに関わり合っています。

核酸を知ることから始まる健康づくり

老化や疲労、肌の変化、免疫機能、認知機能、筋肉の衰え。その背景には、DNAの損傷、修復力の低下、ミトコンドリア機能の低下など細胞レベルの変化が関係していると考えられています。核酸を知ることは、細胞を知ること。年齢を重ねても健やかな体づくりを考える第一歩です。

※ATP（アデノシン三リン酸）は、すべての生物の細胞内に存在し、生命活動に必要なやりとりを行う化合物のこと

ひと目でわかる核酸のしくみ

核酸は、設計図を保存するDNA、情報を伝えるRNAとして働きます。また、その構成単位であるヌクレオチドは、ATPやNAD+にも利用され、細胞の働きを支えています。

栄養書庫発行 : 『よくわかる健康サイエンス-16 核酸/ Nucleic Acid 最新研究エビデンス集』より

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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

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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

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※過去の記事を再編集しています。

細胞内に存在するミトコンドリア

私たちの身体は約60兆個もの細胞で出来ています。一つ一つの細胞内にはミトコンドリアが数百〜数千も存在し、その重量は全体重の10%相当とも言われています（図1）。

■ 細胞とミトコンドリア（図1）

細胞膜の内側は酸素がない環境で、細胞質では酸素を使わない解糖系の代謝が行われる。
ミトコンドリア内部では酸素を使った代謝によりエネルギーが作られる。

生命エネルギーの産生工場＂ミトコンドリア”

ミトコンドリアは私たちの活動に必要なエネルギーの大半を生み出す、生命の基礎ともいえる存在です。この働きからミトコンドリアは、体内の「エネルギー産生工場」とも呼ばれています。

ミトコンドリアの中でエネルギーに変換される

食事等で摂取した糖や脂肪は、ミトコンドリアの中で複雑な化学反応を受けて身体で使えるエネルギー（ATP ※）に変換されます。このエネルギーは私たちが活動するために必要なもので、動いたり考えたりするのにもエネルギーが必要です。つまり、運動をしたり、仕事をしたり、恋をするのもエネルギーがあるからこそできるとも言えるのです（図2）。

■ ミトコンドリアとエネルギー産生（図2）

体内のあらゆる細胞でミトコンドリアが、エネルギーを産生している

基礎代謝とは

また、人は安静にしていても、心臓を動かす、脳を動かす、呼吸をするなど、無意識に身体は活動しています。このような生きるために必要なエネルギーを「基礎代謝」と呼びます。この基礎代謝は消費されるエネルギーのうち、約60～70％もの割合を占めています（表１）。

■ 消費エネルギーの種類と割合（表1）

生命活動の源

このようにミトコンドリアは私たちの生命活動の源。元気で健康的な毎日を送るには、ミトコンドリア機能の維持がとても重要なのです。

※ ATP（アデノシン三リン酸）は地球上のほぼ全ての動物・植物・菌類・原生生物で共通に使われているエネルギー物質。そのため「エネルギー通貨」とも呼ばれている。

栄養書庫発行 : 『栄養書庫フォーカス-4 奇跡の成分オレアビータ ®Ver.2』より

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ミトコンドリアの衰えが老化の本質

老化の本質は「エネルギーの低下」ともいわれます。若い頃は朝から夜まで動き続けても平気だったのに、年を重ねると疲れやすくなる。この違いは、細胞内でエネルギーをつくるミトコンドリアの衰えです。

ミトコンドリアの働きが低下すると

ミトコンドリアは、1つの細胞の中に数百から数千個も存在し、ブドウ糖や脂肪酸などの栄養を燃やして、ATP（アデノシン三リン酸）というエネルギー分子をつくり出しています。しかし、加齢や生活習慣の乱れなどによってミトコンドリアの働きが低下すると、ATP の産生量が減り、細胞がエネルギー不足に陥ります。これが「疲労感」「冷え」「代謝低下」「肌のハリの衰え」といった加齢症状の根底にあります（図1）。

■ ミトコンドリアの減少による影響（図1）

ミトコンドリアが作り出すATP は、筋肉の収縮、脳の情報伝達、心臓の鼓動、皮膚の新陳代謝など、あらゆる生命活動を動かす「燃料」です。加齢とともにATP 産生能が衰えることで老化が進行します。セノックスによってSirt-1 が活性化されると、PGC-1αが刺激され、ミトコンドリアの再生が促進されます。つまり、セノックスが間接的にミトコンドリアの“若返り”を後押ししているのです。

栄養書庫発行 : 『栄養書庫フォーカス-8 奇跡の成分SENOX』より

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地球はいつできたのか？

そのような遠大な過去からさかのぼって解説していきます。

地球上に蒸発しない水が溜まり、海の形成へ

現在の定説では、地球の誕生はいまから約46億年前。当時はまだマグマで覆われ、非常に高温でした。時間が経つにつれて、表面は固まり、土や岩石へと変化していきました。しかし、内部は高温のまま液状で残り、地球の内部構造が形成されていきました。
しだいに地球が冷え始めると、原始大気中の水蒸気が雨となって地表に降り注ぐようになりました。この強い雨によって、地球上に蒸発しない水が貯まり、ついに海が形成されたのです。

酸素がなくても生きていけるシアノバクテリア

約30億年前、その海の真っ暗で深い底に地球最初の微生物が発生します。現在私たちが知る細菌や古細菌に分類される生物の祖先で、シアノバクテリア（※1）という名前がついています。このバクテリアはどのようにしてエネルギーを得ていたかというと、まだ地球環境に酸素がなかったため、海中の１個のブドウ糖を分解して２個のＡＴＰを作り出す（解糖系）という方法でした。
つまり、最初は酸素がなくても生物は生きていくことができたのです。このような酸素を使わないエネルギー代謝の性質を嫌気的代謝（※2）といいます。

シアノバクテリアの光合成によって酸素が発生

海の底で発生したシアノバクテリアは次第に増殖し、生息範囲を広げていきました。
シアノバクテリアは海の浅いところにまで広がって、はじめて太陽光を浴びました。するとその一部は、光合成を行うように進化します。そして進化したシアノバクテリアは、光合成を通じて二酸化炭素から糖分を生成し、その過程で酸素を放出します。
この酸素放出量が徐々に増え、次第に地球の大気に酸素が含まれるようになりました。

酸素を用いて活動するミトコンドリアの誕生

やがて、いまの地球環境と同様に21パーセントの酸素を含む大気が形成され、酸素を用いて生命活動を行う新しい微生物が生まれてきます。それがミトコンドリアです。
ミトコンドリアは、エネルギーを生み出す仕組みがシアノバクテリアとは異なっています。酸素を用い、炭素を持った物質（ブドウ糖）なら何でも分解してエネルギーに変えるという好気的代謝（※3）が可能になったのです。

ミトコンドリアはすごい進化を遂げた微生物

シアノバクテリアはブドウ糖しかエネルギー源に用いることができなかったのですが、ミトコンドリアは摂取した炭素化合物なら何でも活用することができます。その結果、シアノバクテリアが１分子のブドウ糖から２個のＡＴＰ(※4)しか作り出せなかった（解糖系）のに、ミトコンドリアは酸素を用いて簡単に炭素の分子を分解しシアノバクテリアの18倍、36 個ものＡＴＰ産生が可能(ミトコンドリア系）になりました。
ものすごい進化を遂げた微生物だったわけです。

ミトコンドリアの働き

ミトコンドリアは、酸素を使ってブドウ糖を分解してATP を産生し、余ったものは水と二酸化炭素として排出します。それが好気的代謝で、エネルギーや体温を創る源となっています。

※1 シアノバクテリア：Cyanobacteria、藍藻とも呼ばれる。30 億年から25 億年前に地球上に出現し、酸素発生型光合成を始めた初めての原核生物
※2 嫌気的代謝：細胞への酸素供給量が需要より低下したときに起こる代謝
※3 好気的代謝：酸素を用い、嫌気的代謝の分解産物に残ったエネルギーを、時間をかけて効率取り出す代謝。そのエネルギーによりADP とリン酸が結合しATP を産生する。
※4 ATP：adenosine triphosphate の略。生物に必要なエネルギー源。地球生物の細胞は、ATP を経由し物質のエネルギーを利用しているため、「生体のエネルギー通貨」とも言われている。

栄養書庫発行 : 『ミトコンドリア活性で健康長寿』より

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エネルギー産生(ATP)

細胞内小器官である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ます。

細胞死をコントロールするアポトーシス

ミトコンドリアは、エネルギー産生の他にも「アポトーシス」と呼ばれる細胞死のプログラム作動という重要な役割を担っています。アポトーシスはミトコンドリアが出すサイン物質によって劣化した細胞が自動的に分解する作用で、体を正常に保つために非常に重要な役割です。

鉄の制御

さらに体内で「鉄」の制御を担っていることも分かりました。鉄はエネルギー産生の基礎である酸化還元反応の中心物質で、動物の体の中では非常に危険な毒性を持つため、ミトコンドリア内で厳重に管理されています。

ミトコンドリアに必要な3つの重要成分

そして、ミトコンドリアのエネルギー産生に必要不可欠な成分がNMN、コエンザイムQ10、5-ALAです。他にも数多くの成分が反応し合ってエネルギーを生み出していますが、この3つはその中心となる最も重要な成分だということが分かってきました。

ただし、NMN、コエンザイムQ10、5-ALAは加齢とともに減少するため、年を重ねるとミトコンドリアの活性が低下する原因のひとつになります。この3成分を効果的に摂取してミトコンドリアを活性化することが、元気で若々しい身体と生活を維持することに繋がるといえます。

■ミトコンドリアの 3つの重要な役割

元は別な生物が、私たちの細胞内で共棲するようになったミトコンドリア。現状で解明されていることが少ないなかで、分かっている大切な働きが「エネルギー産生（ATP）」と「アポトーシス」「鉄の制御」です。

生体におけるミトコンドリアの重要な役割

◉エネルギー産生（ATP）
生命活動に必要なエネルギーを産み出す
◉アポトーシス
劣化した細胞の自然死をコントロール
◉鉄 (Fe)の制御
エネルギー産生時（酸化還元反応）の必須成分を管理

■ミトコンドリア活性に必要な3つの成分

加齢や疾患によるミトコンドリアの活性低下により、老化や重篤な病気を引き起こすことが近年分かってきました。一方でそのミトコンドリアを活性化させる成分として注目を集めているのが、「NMN」「CoQ10」「5-ALA」の3つの成分です。

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

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