2023.04.03

生化学12 アミノ酸とエネルギー代謝1

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生化学12

k12-02 アミノ酸とエネルギー代謝1

エネルギー代謝とタンパク質

アミノ酸とエネルギー代謝1

●概要

・球状タンパク質―ヘモグロビン、マイオグロビン

・低血糖の場合、ヘモグロビンが酸素を組織へ受け渡せない

・一酸化炭素中毒

・線維状タンパク質―コラーゲン（カラジェン）

・コラーゲン合成異常

・子牛（veal）、仔羊の肉(lamb)はなぜ柔らかいのか？

・酵素と臓器障害

・アミノ酸はストックがない・還元型グルタチオン/酸化型グルタチオンの比

・グライシンの抗ガン作用

・グライシンのタンパク同化＆異化防止作用

・グライシンの様々な健康作用

・タウリンはエネルギ―代謝を高める

・タウリンの様々な健康作用

・スィアニン（テアニン）の様々な健康作用

・糖のエネルギ―代謝からみた本当の必須アミノ酸

生化学（12）エネルギー代謝とアミノ酸

今回は「エネルギー代謝とタンパク質」のアミノ酸についてを詳しく。

今回は医学の教科書や栄養学で言われる「必須アミノ酸」というもの。必須アミノ酸とは体内で合成できないアミノ酸で、外から摂取するしかないと言われてる必須のアミノ酸で、且つ不可欠だと言われてる種類のアミノ酸。

これがいかに誤解に満ちてるかということも明らかにしていきます。

そして、糖のエネルギー代謝に必要な本当のアミノ酸とは何か、ということも最後に伝えます。

1:03

【アミノ酸とエネルギー代謝】

■タンパク質を形で分類したものについて

タンパク質は形で分類すると、球形のタンパク質と線維状になってるタンパク質と形態で分類できる。

●球形のタンパク質

〈知っておくべき球形のタンパク質〉

「ヘムタンパク質」：血液（赤血球）の重要な構成要素

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「ヘム（ヒーム）」という鉄を中心に持った物質がある。

酸素と結合する物質が実質このヒームになる。

この、ヒームに「グロビン」というタンパク質が包むような形で１ユニットを作る。

このグロビンが４つユニットになったものが「ヘモグロビン」。

ヘムという鉄を含む物質がグロビンというタンパク質と４つユニットになったもの。これが形としては丸い。そして、これが赤血球の主要な構成成分になる。

2:48

また、「マイオグロビン」というものがある。

マイオ＝筋肉

筋肉内に存在して酸素一分子をヒームに結合。

これは、ヘモグロビンの１ユニットだけのもの。これが筋肉に存在し、ヒーム一つに対し酸素が一つ付くというのが原則。

ヘモグロビンには４つユニットがあるので、４つヒームがある。

なので、基本的には４分子の酸素が結合するということになる。

そして、上記の通り筋肉内に存在し酸素一分子を結合してる。

ちなみに、スーパーなどでお肉が赤く見えるのは、実はマイオグロビンの色。鉄と酸素がくっついた色。

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酸素濃度が低い時ヘモグロビンから遊離した酸素をストックして、筋肉内で必要時にミトコンドリアに酸素を供給する。

実際にヘモグロビン（赤血球）からの酸素供給が低下した時に、筋肉が独自に自分の筋肉内に格納してるマイオグロビンから酸素をもらう。そのために筋肉に存在してる一つの物質である。

ヘモグロビンはそれに対して赤血球に存在し、酸素４分子を運ぶ。

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重要なのは「ボーア効果」と呼ばれるもの。

ボーア効果とは、“血液中の二酸化炭素濃度が高くなるとヘモグロビンがようやく酸素を離して組織へ渡す”という現象。

つまり、二酸化炭素が十分に発生していないとヘモグロビンは酸素を抱えたまま、酸素を放出しない状態になる。

これは、実際はいくら高濃度の酸素を投与して、ヘモグロビンにたくさん・・・といっても１ヘモグロビン付いて４分子しか最大結合しないが、（ヘモグロビンが）フルに結合したとしてももしそこに二酸化炭素がなければ、ヘモグロビンは酸素を抱えたまま細胞のミトコンドリアに酸素を送ることができない。

そうすると、実際は血液中は酸素で溢れてるのに、細胞は虚血という低酸素状態になってる。これは非常に危険な状態。

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なので、私がいつも伝えてる「二酸化炭素濃度を上げることが酸素よりも最優先である」ということ。

“酸素よりも重要な元素が二酸化炭素である”と伝えてる内容がこの「ボーア効果」。

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そして、二酸化炭素が上がることで、酸素がヘモグロビンからキックアウトされてようやくミトコンドリアに手渡されるわけだが、この二酸化炭素はどこから出て来るのか？

二酸化炭素というのは糖のエネルギー代謝でTCA回路からたくさん出て来るもの。

なので、糖のエネルギー代謝が回っていない限りは低酸素になるということになる。

特に赤血球の細胞内（普通の細胞でもそうだけど）は低血糖と低酸素がほぼイコールの関係にある。

7:37〈映像確認〉

赤血球を図示したものがある。

低酸素でヘモグロビンが酸素をくっつけたとしても二酸化炭素がなければ酸素は組織へ受け渡さない。

高濃度の酸素を吸入してたとしても、二酸化炭素がないとヘモグロビンが酸素を組織へ受け渡さないというのが「ボーア効果」と言われるもの。

8:08〈映像確認〉

低血糖でもヘモグロビンは酸素を抱えたまま細胞のミトコンドリアに酸素を受け渡すことができないということを図示したものがある。

赤血球は脳と同じくグルコースしか使えない（エネルギー源として）。

そして、グルコースは最終的に解糖系で乳酸まで行く。

というのは、赤血球はミトコンドリアがない。また核も。

なので、グルコースは乳酸になるしかないということ。

また、この発生した毒性物質である乳酸は肝臓でデトックスされていく。

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ところで、このグルコースから乳酸に行くまでの解糖系の中間産物に「2,3ビスホスホグリセレート（2,3BPG）」と呼ばれる物質がある。

この2,3BPGという中間産物はCO2と全く同じ働きをする。

どういうことか？

それは、ヘモグロビンから酸素を遊離させる＝ヘモグロビンに2,3BPGが結合し、酸素をキックアウトしてフリーの酸素を細胞のミトコンドリアに届ける作用をする。

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ここで、もし低血糖で赤血球に十分なグルコースがない場合は、2,3BPGの量が低下するのでフリーの酸素を各細胞のミトコンドリアに届けることができなくなる。

なので、低酸素と同じく低血糖の時もヘモグロビンは酸素を組織へ受け渡せない。もっというと、糖のエネルギー代謝が回っていない状態でCO2の産生量が少ないと低血糖と同じヘモグロビンが酸素を組織へ受け渡せない。これは、せっかくヘモグロビンが酸素を結合してたとしても組織へ受け渡せないという状態になる。

実質的にそれが「細胞の虚血」といわれるものである。

10:51

＊一酸化炭素中毒

一酸化炭素（カーボンモノオキサイド）

一酸化炭素は酸素の220倍ヘモグロビンに結合しやすい。

さらに、一酸化炭素がヘモグロビンの４つのユニットの内の一つに結合してしまうと、残り３つのユニットにも酸素は結合しやすくなる。

そうすると、ヘモグロビンが酸素を結合したまま組織へ酸素を渡さないという状態になる。

つまり、このヘモグロビンの１ユニットに一酸化炭素が結合すると、残り３つのユニットについた酸素は強く結合してなかなかCO2が来たとしても、あるいはグルコースの中間産物の2,3BPGが来たとしても、なかなか酸素を手放さなくなる。

これがミトコンドリアの虚血、低酸素症になってしまうということ。

実は、この細胞内の虚血、低酸素が一酸化炭素中毒の大きな原因となる。

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実は、ミトコンドリアの電子伝達系のコンプレックスⅣまたはサイトクロムCオキシデーズと呼ばれる重要な酵素にも一酸化炭素が強固に結合することで、電子の流れを止めてしまう＝エネルギー代謝を止めてしまう。

このことでも、この一酸化炭素中毒というのは非常に私たちの生命のフローを止めてしまう恐ろしい物質である。

もちろん、タバコによる煤煙にも一酸化炭素はたくさん含まれてる。

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さらに、この一酸化炭素は体内でも実は産生されてる。

ガン細胞では一酸化炭素の産生量が上がってるということがすでに報告されてる。

13:53

●形が線維状のタンパク質

ここまでが球状のタンパク質で「ヘモグロビン」についてでした。

ここからは形状が線維状になってるタンパク質。

ここで知っておくべき線維状のものが「コラーゲン」と「エラスティン」。

これは、代表的な細胞外マトリックスといい、細胞と細胞をくっつける膠（間質）を構成する主要なタンパク質である。

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＊コラーゲン

実は体内のタンパク質で最多の30%を占める重要なタンパク質。

主に線維芽細胞（fibroblast）と言われる細胞から作られるコラーゲンというタンパク質。

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〈コラーゲンのアミノ酸組成について〉

・グリシン（グライシン）

・プロリン

・水酸化プロリン

これらが一単位となって構成されてるタンパク質。

プロリンを水酸化する際にビタミンCが必要とされてる。

なのでビタミンC欠乏で昔に「壊血病」というのがあったが、これは特に歯肉などから出血してくる。

これは何故かというと、コラーゲン合成にビタミンCが必要だから。コラーゲンが減少してししまうと、血管の壁や結合組織などが脆くなってくる。それで、特に摩擦の多い口腔内で先に血管が破れて出血するという現象が見られる。

これは、今ではほとんど認められることはない。

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〈３本のポリペプタイドのしめ縄構造〉

これがコラーゲンの構造の基本になってる。

そして、３本のしめ縄があるが、それを結合させてるのがプーファなどから発生するアルデヒド。

アルデヒドがここではクロスリンクするということで、グリシン、プロリン、水酸化プロリンがずっと連なったタンパク質を３本結合させてる重要な働きをしてる。

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〈コラーゲンのタイプ〉

これは、今まで報告されてる中でも30種類以上あると言われてる。

有名なタイプ１：皮膚、骨、腱、血管、角膜。線維芽細胞、骨芽細胞、血管平滑筋といったものから作られていく。

タイプ２：軟骨、椎間板、ガラス体（眼のレンズ）。軟骨細胞、網膜細胞からこのコラーゲンが作られてる。

タイプ３：血管、皮膚、肺などの伸び縮みする組織。これは線維芽細胞、血管内皮細胞、血管平滑筋と呼ばれる細胞から構成されるコラーゲン。

タイプ４：基底膜（細胞の構造の一番底にある膜）。上皮細胞、血管内皮細胞がこのタイプのコラーゲンを作る。

このような様々なタイプのコラーゲンが30種類以上あるということがわかってる。

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〈コラーゲンの合成異常〉

この合成異常がもしあればどうなるのか？

まず、有名なところが「骨形成不全症（Osteogenesis imperfecta）」。このようなコラーゲン合成異常がある。

タイプ１〜７まで様々なコラーゲンの異常が認められる疾患。これは、骨が非常に脆くなるというのが特徴。

なので、すぐ骨折する。これは歩いてても骨折する。そして、どんどん骨が変形していくという非常に厄介な病態。

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私も骨形成不全症の人を実際に診たことがあるが、これは普通に成人はするが、やはり１年に何度も骨折をするという状態になる。

骨折において、骨の強さはミネラルにあると考えてる人が多いかもしれないが、一番大事なのはコラーゲン。

実は、この組織の柔軟性、耐性（外力に対する耐性）に一番重要なのがコラーゲンである。

このコラーゲンがないと、強度が極端に低下する。

なので、現在の骨粗鬆症の薬はやたらとミネラルを骨に沈着させる、または合成をUPさせるような薬ばかり投与してるが、それではまたすぐに骨折してしまう。

それは、最も強度の中心になってるのがコラーゲンだからである。

だから、コラーゲン合成を促すようなことを考えないと、骨粗鬆症の治療にはなり得ないということ。

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そして、先述の「壊血病」。

ビタミンC欠乏によるプロリン、リジン（ライシン）の水酸化結合によってしめ縄構造の手前・・・水酸化プロリンができないことでポリペプタイドがしっかりできない。そのためにコラーゲン形成異常が起こる。

これでよくあるのが歯肉の出血。また、もちろん骨も発達不全が起こるし、点状出血・斑状出血（ケモーシス）といった出血が皮下に出てくる。

現在ではビタミンC不足というのはほとんどないので、このような極端な病態は見られなくなってる。

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そして、銅。

銅の腸からの輸送異常により、銅が不足する。

銅とコラーゲンの関係とは？

コラーゲンをクロスリンクさせるアルデヒドがあるが、この時に実はもう一つ酵素が必要になる。それは、「ライシルオキシデーズ」と言われる酵素。

この酵素が、このしめ縄構造をしっかり上部に結合させる、クロスリンクさせる（クロスリンク＝架橋）。この時に必要になる酵素。

この酵素は実は銅が必要。なので、銅不足が起こるとこのコラーゲンの形成がブロックされ、その病気を「メンケス病」と呼んでる。

メンケス病とは何が起こるのか？

それの特徴的なものは脳神経の発達異常。変性してくる。

なので、脳・神経といったところもコラーゲンが非常に重要な役割をしてるということである。

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間質というのは細胞をくっつけてるただの空間ではなく、正常な細胞が増殖、分裂、分化していくのに必要な足場にもなってる。

なので、例えばIPS細胞や幹細胞が今非常にポピュラーになってきてる。

このようなものも、実はコラーゲンという足場をしっかり入れてあげないと、例えば実験室で幹細胞を肝臓にしたり腎臓にしたりという作業ができなくなる。

なので、足場を作るコラーゲンというのは、私たちの神経だけでなく様々な細胞を作っていくのに絶対に必要な物質。

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また、「エーラス・ダンロス症候群」というものがある。

これも、コラーゲンの欠損が認められるが、このタイプはよくあるのが血管の異常。

脳神経外科の領域でいうと、くも膜下出血、脳内出血にこのコラーゲン合成異常が絡んでることがある。

というのも、血管そのものがコラーゲン線維でできてるので、そのコラーゲンが合成されないということは、そこの部分が脆弱になりそこから出血するということで、よくこのくも膜下出血の原因としてコラーゲン合成異常が背景にある。

25:03（コラーゲン）

先述の、“プーファからできるアルデヒドはタンパク質（ポリペプタイド）をクロスリンクして丈夫なコラーゲンを作る”という話。

しかし、それは生理的作用であり、アルデヒドが困るのは必要のないタンパク質同士をクロスリンクさせたり、遺伝子と他のタンパク質をクロスリンクさせて結合させ遺伝子の働きを変性させてしまう（タンパク質の働きを変性させてしまう）という副作用を持ってる。

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実際に、遺伝子とタンパク質をアルデヒドによってクロスリンクした場合はよく発ガンに向かう。

この、DNAとタンパク質や、あるいはタンパク質同士のクロスリンクによって変性させてしまうという作用はプーファからできるアルデヒドだけではなく、

・ラジエーション（放射線）

・重金属

・抗ガン剤と名のつく発ガン剤：特にプラチナ製剤

→プラチナ製剤：戦争で使われた化学兵器のナイトロジェンマスタード/Nitrogen mustard。これは抗ガン剤としても使用されてるが、実際の作用は発ガン物質。

ガン細胞に振りかけてガン細胞が死んだとしても、他の細胞に発ガンを促すものの大体が抗ガン剤の性質。

26:51（コラーゲン）

ビーフやラムといった子牛や子羊の肉は何故柔らかいのか？何故、これが高価で取引されて食べやすいのか？

これは、これまでの話を総合すると、コラーゲンが加齢と共にプーファや放射線、重金属などに晒されて必要以上にクロスリンクすると変性してしまうということ。つまり硬いコラーゲンができる。

タンパク質も変性していくし、それは上手く新陳代謝されれば成長した牛や羊の肉でも十分に柔らかいということは考えられる。が、一般的に子羊や子牛の肉はそういったものはまだ暴露されていないので、コラーゲンが柔らかい。つまり、クロスリンクしていないので食べやすいということになる。

28:12

■酵素

酵素はタンパク質で重要なもの。

よく、ローフードや酵素ドリンクが良いと言われる。酵素も重要だと健康情報が流布されてる。

酵素は確かに重要。でも、これはあくまでも私たちの細胞の中で作られる重要なタンパク質の一つに過ぎない。

つまり、外から酵素を摂ったとしても、それが酵素として私たちの身体の中でまた再利用されるということは限らないということ。

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それはコラーゲンも同じ。

コラーゲンも、食べたコラーゲンが私たちの身体に再びコラーゲンに使われるという保証はどこにもない。

むしろ、そういう使い方はほとんどないという方が正確。

だけど、コラーゲンの場合は分解されたものが非常に重要。＝「グリシン」。これが良い効果を持ってるので、例えコラーゲンを摂取してそれが分解されても全然問題ない。

29:37

問題は酵素。

酵素の方はポリペプチドの状態に分解され、それがオリゴペプチド、最終的にはアミノ酸になり吸収される、ということでした。

酵素は完全に分解されて活性を失っていく。

なので、食物中の酵素や酵素ドリンクというのは非常にナンセンス。

もし、そのまま酵素が小腸から吸収されて使われるのであれば、それはリーキーガットに他ならないし、そのタンパク質そのものが吸収されない場合は見事にバクテリアの餌になってしまう。

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●酵素について

私たちのエネルギー代謝を見ていく上で酵素は欠かせないタンパク質。

大体６つに分かれる（覚える必要はないが、参考に）。

①乳酸脱水素酵素（LDH）

酸化・還元を触媒する酵素で重要なのは「LDH（乳酸脱水素酵素）」。これは、ピルビン酸から乳酸を作る酵素。また、乳酸からピルビン酸を作るときにもこの酵素が働く。ガンで上昇するのはこの乳酸脱水素酵素。

②トランスフェレース（転移酵素とも呼ばれる）

尿素回路という肝臓のアンモニアをデトックスするメカニズムに非常に重要な酵素に「アミノトランスフェレース」というのがある。

これは、アンモニア基を他の物質に転移させていく酵素。

アミノトランスフェレースの中で「ALT」や「AST」が転移酵素。これは、肝臓や筋肉の細胞の中に豊富にある酵素。

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③ハイドロレース（加水分解酵素）

④ライエース（分子の乖離）

炭素と炭素の結合や、炭素と窒素の結合したものを分離させる酵素。

⑤アイソメレース

解糖系で出てきた酵素。

⑥ピルビン酸カルボキシレース

炭素と酸素、あるいは硫黄、窒素との結合を促す酵素。このピルビン酸カルボキシレースは糖新生で重要な酵素。

上記ような６つの主要な酵素がある。これも、重要なタンパク質の重要な働きの一つになる。

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●酵素と臓器障害

これは血液検査で非常に重要になってくるところ。

血液・プラズマ（血漿）中に出される酵素が2種類ある。

《１つ目》

必要な時に血液中に放出される酵素。例えば肝臓から出される血液を固める因子がある。これを「凝固因子」という。

これは、肝臓内では活性型ではないが、血液中に出された時に血液を固める方にしっかり働くもの（凝固因子）。

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この他、膵臓から出されるトリプシン、キモトリプシン。これは、膵臓の中でトリプシノージェンやキモトリプシノージェンと呼ばれる形で不活性型で存在してる。それが必要な時に血液に出されると活性型のトリプシン、キモトリプシンという酵素になってタンパク質を消化する。これを「ザイモージェン（ザイモーゲン）」という。

＊ザイモージェン：不活性型で組織（肝臓や膵臓）の中に蓄積されてるもので、血液中に放出されて初めて活性型の機能を持つものになるというもの。

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ちなみに、肝臓から出される凝固因子が部分欠損してるものが「血友病」。これは、出血傾向になるという病態。