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 「活性酸素」「ミトコンドリア」「イオン」「コエンザイムＱ１０」「貧血」「鉄」

Ｅ＝mc２ 1905年に発表した、アインシュタインの特殊相対性理論によれば、光に近い速度で飛ぶ宇宙線の中では、時間の進み方が遅くなります。また、光速に近い速度で飛ぶ宇宙線は、停止している同型の宇宙線と比べると、進行方向に長さが縮んでいます。
つまり、時間の進み方も、物（空間）の長さも“相対的”なのです。さらに、宇宙線の速度が光速に近づくほど、宇宙線の質量（重さ）が大きくなります。これは、光速に近い速度で飛ぶために投入した「エネルギー」が「質量」にかわるためです。
つまり、エネルギーと質量は同じものだった。
この関係を数式にしたのが、特殊相対性理論の有名な公式「Ｅ＝mc２]です。
この式は、ほんのわずかな質量の物体であっても、とてつもないエネルギーを秘めていることを示しています。
Ｅ＝エネルギー、
m＝質量
c＝真空中での光の速度
水素
から		 地球上のあらゆる生物が生きるためのエネルギーは、水素が核融合してヘリウム(Ｈｅ)を作る時に出るエネルギー(＝太陽エネルギー)です。
　 緑色植物が太陽から送られてくる光エネルギーを光合成という仕組みで化学エネルギーに変えて、ブドウ糖やデンプンの形で蓄える。
植物が二酸化炭素(=無機物)と水からブドウ糖を合成し、同時に大気中に酸素を放出し、動物は植物が合成したブドウ糖やデンプンを、植物が作り出した酸素を使って燃やし(酸化)、エネルギーを得ることが出来る。そして燃えカスとして二酸化炭素と水を放出する。これによって植物と動物の間にエネルギーの循環が成り立つ。
動物は食物の中の化学エネルギーを取り出し、熱エネルギーに変えずに(変えるとヤケドする）、同じ化学エネルギーとして取り出し、ＡＴＰ(アデノシンｰ三ｰリン酸)という生体分子の中に移してそこに蓄える。
水素
イオン		 （イオンの通路）
細胞は水素イオンの出し入れによってエネルギーを得たり放出したりする。
イオンは細胞膜にある膜タンパク質を通じて出入りすることは知られていたが、実際に通り道が発見されたのは世界初。プラスに帯電した水素イオンを誘導出来るようにマイナスの電気を帯びたアミノ酸が通路のように配置されていた。発見したのは、生物分子工学研究所(吹田市)と京都大学の共同研究グループが極低温電子顕微鏡を使って捕らえた。
生物分子工学研の木村能章主席研究員と京大の藤吉好則教授らは、高い塩分濃度の水中に住む特殊な細菌が持つ『バクテリオロドプシン』と呼ぶ膜タンパク質を観察した。
イオンの通路は通常の電子顕微鏡では見分けられないほど小さいため、液体極低温電子顕微鏡と呼ぶ特殊な顕微鏡を用いた。液体ヘリウムで膜タンパク質を極低温に冷却、原子の大きさとほぼ同じ[0.3ﾅﾉﾒｰﾄﾙ](ﾅﾉ=1/10億)まで見分けられた。


エネルギー代謝
  • 生き物は食物を直接酸化しないで、たくさんの複雑な反応を経て、食物から[水素]を取り出し、これを[ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド]=『ＮＡＤＨ』の形で蓄え、これを利用してエネルギーを取り出す。
    　　　 [水素]はプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）１個から出来ているので、電子の供給源つまり電子供与体です。
  • 生き物では、エネルギーを取り出す装置が細胞の中のミトコンドリアの中にあって、食物から取り出された水素からの電子は、ミトコンドリアの装置に送り込まれ、そこで電子の流れによって、エネルギーが遊離される
  • ミトコンドリア内の電子伝達系のシステム(＝呼吸鎖）
    還元力の強いほうからならんで、順番に電子を受け渡ししていきます。
    1. そして、最期に『チトクロム酸化酵素』（シトクロム酸化酵素）が配置されていて、これが酸素に電子を渡す。
    2. 酸素が電子の最期の受取り手で、電子の流れはここで終わりになる。
    3. 酸素は４個の電子を受け取って水に還元される。
      この過程で活性酸素が発生する。
  • 呼吸で吸い込んだ酸素の１〜３％のスーパーオキシドアニオンラジカルが体内で生成する（大人１年間で２kg以上）と言われている。
    酸素を利用しないでエネルギーを獲得する仕組みをもったもの(ex、嫌気性細菌･･･破傷風菌)は、フリーラジカルと無縁。ただし、エネルギー効率が悪いため、高等な生物に進化出来なかった。
    1. 嫌気性解糖：
      • 酸素を使わないで糖類からＡＴＰとしてエネルギーを取り出す方式。
        出来るＡＴＰ＝２分子
    2. 電子伝達系の中で酸素を利用する方式。
      　　　　      出来るＡＴＰ＝３８分子
  • 活性酸素を消去する酵素
    1. スーパーオキシドアニオンラジカルには⇔ＳＯＤ
    2. 酸化水素には
      1. カタラーゼ
      2. グルタチオンペルオキシダーゼ
    3. ヒドロキシラジカルには⇔まだ動物には作ることが出来ない


アデノシン三リン酸（ＡＴＰ）
  • 化学浸透圧説
    • 電子が移動してエネルギーを遊離し、それをＡＴＰの中に蓄える仕組みを説明する考え方。
      イギリスのＰ・ミッチェルが1961年に提唱、1978年ノーベル賞受賞
  • ＡＴＰの量を実時間で計測
    • 2009年、8/31、大阪大学と北海道大学、科学技術振興機構は、細胞のエネルギーとなるＡＴＰ（アデノシン三リン酸）量をリアルタイムで計測できる技術を開発したと発表。
      2種類の蛍光タンパク質を使い、生きた細胞内の濃度変化を目で確かめられる。成果は、米ＡＫ学アカデミー紀要に掲載
      ＡＴＰは細胞内の物質の合成や移動など様々な活動を支えている。
      従来は細胞を壊して全体の総量を測定するしか方法が無く、時間経過による密度分布の変化などを追跡できなかった。
      研究チームはＡＴＰとくっつくタンパク質に目印として黄色と水色の2種類の蛍光タンパク質を結合させた。ＡＴＰと結合していないときに光を当てると水色に光るが結合すると黄色に変わる。
      実際に活動中のガン細胞の細胞質や核、ミトコンドリアなどのＡＴＰ濃度を測定した。糖を分解してＡＴＰを作る様子などを観察できた。
  • ＡＴＰ・・・2つの顔（エネルギー源と情報伝達）
    1. すべての細胞はエネルギー源としてアデノシン三リン酸（ＡＴＰ）と呼ばれる小さな分子を使う。
      人体で最もたくさん生産され、最もたくさん消費されるのがＡＴＰ。
    2. ＡＴＰは生体内のさまざまな活動で使われるエネルギー源（生物を動かす燃料）だが、もう１つ、別の顔がある。細胞を動かすエネルギー分子としての顔以外に、細胞外では細胞活動に影響を及ぼすシグナル（情報伝達物質）として働いている。
    3. ＡＴＰはからだ中のあらゆる組織にあるが、その作用は組織によって大きく異なっている。
    4. 1929年、筋収縮のエネルギー源がＡＴＰであることが分かる。
      1929年、セント＝ジェルジが心筋収縮に対してプリン化合物（ＡＴＰなどを含む化合物の総称）が強い作用を持つことを証明（1937年ノーベル賞受賞）
      1959年、Ｐ・ホルトンは、感覚神経からＡＴＰが放出されると報告。
      1972年、バーンストックはＡＴＰが自律神経の末梢から平滑筋に情報を伝えていることを証明し、神経伝達物質としてＡＴＰを放出する「プリン作動性神経」が存在すると提案。
  • 脳で作用
    • 早稲田・オリンパスバイオサイエンス研究所の小西史朗教授らのグループは、タンパク質合成や筋肉収縮のエネルギー源となるアデノシン三リン酸(ＡＴＰ)が、脳内の神経伝達物質の働きを強化していることを突き止めた。
      ＡＴＰは脳内でも作用していると言われていたが、実際に確認されたのは初めて。小西教授は「新しい抗不安薬・睡眠薬の開発につながる」と語る。
      研究グループは動物実験によって、ＡＴＰが小脳介在ニューロン（神経細胞）を興奮させ、抑制性神経伝達物質γ-アミノ酪酸(ＧＡＢＡ)の放出を著しく活発にするとともに、ＧＡＢＡ信号を感知するＧＡＢＡレセプター(受容体)の感受性を数十分以上にわたり高めることを確認した。
      ＧＡＢＡが情報を伝達している抑制シナプスは人の気分や感情の調節に関係している。伝達を抑制する仕組みが明らかになることで、不安神経症やうつ病、統合失調症などの薬物治療に手がかりができる
      ＧＡＢＡシナプスに作用する代表的な医薬品には、抗不安薬や睡眠薬として処方されるトランキライザー（ベンゾジアゼピン類）があるが、眠気を催したりする欠点があった。」20052/23のジャーナルオブ・ニューロサイエンス誌に掲載。
  • 合成の仕組み
    • 2010年、東京大学の野地博行教授と大阪大学の渡辺力也特任研究員らは、細胞のエネルギー源であるアデノシン三リン酸（ＡＴＰ）を、酵素が効率的に合成する仕組みを突き止めた。
    • 成果はネイチャー・ケミカル・バイオロジー（電子版）に掲載。
    • 生物は摂取した栄養をＡＴＰの合成に使用している。
    • 人間はＡＴＰを使って筋肉を作ったり、神経細胞の活動に必要なエネルギーなどに消費している。
    • ＡＴＰはＡＤＰ（アデノシン二リン酸）とリン酸から作られ、合成と分解を何度もくり返している。
    • 研究チームは、ＡＴＰ合成酵素の中の「Ｆ１」という部分が回転しながらＡＴＰを合成する際に、ＡＤＰやリン酸とどう結合しているのか、好熱菌を使って詳しく調べた。
    • 体内のＡＤＰの量はＡＴＰの数十〜1/100ぐらいしかなく、酵素の結合部位にＡＴＰが先にくっついてしまう可能性があるが、実際はＡＴＰより10倍のリン酸が酵素に先にくっつくことで、ＡＤＰが結合しやすい状態を作っていた。


人体のエネルギー源は、ブドウ糖と脂肪酸。
  • 筋肉では脂肪酸が主になるが、脳では原則としてブドウ糖に限られる。
    ただし、断食が１２時間続くとケトン体と呼 ばれる脂肪の不完全燃焼物を作って、これをブドウ糖の代わりに使う。
  • ブドウ糖を組織に吸収させるのにインシュリンが必要で、このインシュリンが 不足して、ブドウ糖が血中をウロウロしているのが糖尿病です。
    • ただし、脳だけは例外で、インシュリンがなくてもブドウ糖を受け入れる。
  • ミトコンドリアがエネルギーを作るメカニズム
    • ニューロンのミトコンドリアがブドウ糖をエネルギーに変える


酸化と還元
  • 酸化と還元とは
    • 生き物は外界から取り入れた有機物や無機物を、酵素を用いて酸化還元することにより自分に必要な物質を合成したり、不用なものを捨てたりする、いわゆる物質代謝を営むと同時に、食物からエネルギーを獲得するエネルギー代謝を営んでいます。
      酸化還元＝電子の移動のこと。いまＡ・Ｂ２つの物質があって、ＡからＢに電子が移動した場合、Ａは酸化され、Ｂは還元されたといいます。
      電子を失うこと（与えやすい）＝酸化された。
      電子を獲得した（受け取りやすい）＝還元されたといいます。
      生体内には２００以上の酸化還元酵素があり、これらが生体内での電子移動を通じて生命を維持している
    • 還元力の強い(Ａ)から酸化力の強い(Ｂ)に電子(ｅ―　)が移動し、(Ａ)は酸化され、(Ｂ)は還元されたという。
  • ブドウ糖
    • ＝還元力が強く、電子を他へ与えやすい性質を持っている。
      酸素＝      酸化力が強く、電子を受け取りやすい性質(電子に対する親和力)が非常に強い
      だから、ブドウ糖から酸素に向かって電子が自然に流れやすい。そして、電子が流れることによってエネルギーが生まれる。高いポテンシャル(電位)を持った（Ａ）から（Ｂ）へ電子が流れることにより、そのポテンシャルに相当するエネルギーが遊離される