炭水化物代謝

炭水化物代謝は、食事由来および貯蔵された炭水化物がエネルギーのために分解され、合成され、相互変換される生化学的経路の集合体である。グルコースはその中心に位置し、解糖系を通じて酸化され、グリコーゲンとして貯蔵され、糖新生によって再生され、生合成の必要性のためにペントースリン酸経路を通じて供給される。

Definition

炭水化物代謝は、細胞のエネルギーおよび生合成の要求を満たすためのグルコースの生産と利用を中心とした、糖の異化、貯蔵、合成、および相互変換を司る統合された経路の集合体である。

Scope

本項目では、主要な炭水化物経路（解糖系、糖新生、グリコーゲン合成と分解、ペントースリン酸経路）と、インスリンおよびグルカゴンによるそれらのホルモン調節について扱う。炭水化物の処理を全身の燃料代謝の中に位置づけ、臨床的ガイダンスではなく、参照トピックとして扱う。

Key concepts

• 解糖系
• 糖新生
• グリコーゲン合成と分解
• ペントースリン酸経路
• グルコース恒常性
• インスリンとグルカゴンによる調節
• 肝臓からのグルコース放出

Mechanisms

細胞内に入ったグルコースはリン酸化され、解糖系を通じてピルビン酸に酸化される。ピルビン酸は、好気的条件下ではクエン酸回路のためにアセチルCoAに変換され、酸素が制限されている場合は乳酸に変換される。過剰なグルコースは、主に肝臓と筋肉にグリコーゲンとして貯蔵され、必要に応じてグリコーゲン分解によって放出される。絶食時には、肝臓は乳酸、グリセロール、糖原性アミノ酸から糖新生を通じて新たなグルコースを合成し、脳と赤血球のために血糖を維持する。ペントースリン酸経路は、グルコース-6-リン酸を転用してNADPHとリボース-5-リン酸を生成する。これらの経路は相互に制御されており、インスリンはグルコースの取り込み、解糖、グリコーゲン合成を促進する一方、グルカゴンはグリコーゲン分解と糖新生を促進し、肝臓からのグルコース放出は安定した循環供給を維持するように調整されている。

Clinical relevance

炭水化物代謝は、血糖調節とその障害（糖尿病など）を理解するための生化学的基盤である。本項目は、基礎知識としての根底にある生理学を説明するものであり、個人のための診断閾値や治療アドバイスを提供するものではない。

History

解糖系の反応は20世紀初頭に大部分が解明され、その経路はエンブデン-マイヤーホフ経路と名付けられた。一方、カールとガーティ・コリは、筋肉と肝臓の間での乳酸とグルコースの循環を記述した。これらの経路のインスリンとグルカゴンによる調節は、内分泌学とシグナル伝達生化学が成熟するにつれて後に明らかにされた。

Key figures

• Gustav Embden
• Otto Meyerhof
• Carl Cori
• Gerty Cori

Seminal works

• han-2016
• saltiel-kahn-2001

Frequently asked questions

解糖系と糖新生の違いは何ですか？

解糖系はグルコースをピルビン酸に分解してエネルギーを放出するのに対し、糖新生は乳酸、グリセロール、アミノ酸などの非炭水化物前駆体から新たなグルコースを合成します。これら二つは逆方向に進行し、相互に調節されています。

なぜ体は炭水化物をグリコーゲンとして貯蔵するのですか？

グリコーゲンは迅速に動員可能なグルコース貯蔵であり、肝臓と筋肉が血糖を乱すことなく、グルコースの供給と需要の短期的な変動を緩衝することを可能にします。