ATP
ATPとは
体内でエネルギーの受け渡しをするための物資
エネルギーには実体がないためATPに保管して受け渡しをする
▶︎エネルギー源
植物は、光合成により太陽のエネルギーを取り込む
動物は、食事により三大栄養素からエネルギーを取り込む
※つまり全てのエネルギーは太陽エネルギーに由来する
ATPの消費
ATPを分解してエネルギーを消費する代謝経路
▶︎化学反応
ATP → ADP / Pi / エネルギー
ATP : アデノシン三リン酸
ADP : アデノシンニリン酸
Pi : リン酸
▶︎解説
ATPは、アデニン・リボース・3つのリン酸から構成されており
ATPから1つのPiを離しADPに分解するとエネルギーが放出される
ATPの産生
ATPを再合成し供給するための代謝経路
▶︎分類
酸素 基質 強度
ホスファゲン機構 なし CP ハイパワー
解糖系 なし 糖質 ミドルパワー
酸化機構 あり 糖質 / 脂質 エンデュラス
※CP : クレアチンリン酸
ホスファゲン機構 / ATP-CP系 / 非乳酸性機構
▶︎化学反応
ADP + CP → ATP / C
ADP : アデノシンニリン酸
CP : クレアチンリン酸
ATP : アデノシン三リン酸
C : クレアチン
▶︎解説
肝臓や筋肉に蓄えられたCPがクレアチンキナーゼ(酵素)により
CとPiへ分解されADPとPiが結合してATPを産生している
▶︎役割
短時間で高強度の運動の時や、運動の開始時に稼動する
ATPとCPは少量しか蓄えられず長時間の運動には不向き
解糖系
糖質をつかってATPを供給する代謝経路
▶︎化学反応(グリコース)
グルコース → ピルビン酸 → 有酸素系へ
→ 4H+
→ 2ATP
グルコースとは、血中を流れるためのカタチ
1.ATPを産生するためのピルビン酸から乳酸へ進むルート
▶︎化学反応(グリコーゲン)
2.筋や肝臓に蓄えられるためのグリコーゲンへ進むルート
グリコーゲン、肝臓と筋肉に蓄えるためのカタチ
【肝臓のグリコーゲン】
血糖を常に一定に保ちながら、体内のあらゆる組織に糖を供給している
成人の脳では、1日に約120gものブドウ糖を消費するため、空腹時には肝臓グリコーゲンから持続的にブドウ糖が供給される2）。肝臓グリコーゲンからのブドウ糖の補給は5～6時間ぐらいしか維持できないので、この計算によると1日3食を摂ることが理にかなっている。しかも、肝臓グリコーゲンはエネルギー源としてだけでなく、肝臓の様々な代謝と機能を維持する生理的役割を果たしている。
【筋肉のグリコーゲン】は、血糖維持には全く寄与せず、主に筋線維の活動機能に利用されており、スポーツ活動のエネルギー源として貢献している
▷種類
速い解糖 : ピルビン酸から乳酸に進むルート
遅い解糖 : 乳酸を肝臓でピルビン酸に戻して酸化機構へ向かうルート
急激にグリコーゲンが分解される場合、すなわちエネルギー需要が急激に高まった状態では、ピルビン酸は一時、嫌気的に乳酸へと還元される。
▷役割
高強度の運動時に供給されATPは約２分以上続くためホスファゲン機構を補っている
酸化機構 / 有酸素系
▷化学反応
ピルビン酸や、脂肪が分解し遊離脂肪酸から生成されたアセチルCoAがミトコンドリア内でTCA回路（トリカルボン酸回路：Tricarboxylic acid）に取り込まれ、複雑な過程を経て処理される。その後、電子伝達系に入り、そこで多くのATPが再合成される。
グルコースや脂肪酸や多くのアミノ酸は、アセチルCoAにまで代謝され、クエン酸回路に入ります。その後このクエン酸から呼吸鎖に入り、そこで大量のATPが産生されます。
炭水化物→脂質→タンパク質という順に利用される
低強度の運動、安静時にATPを供給するのが酸化機構です。
安静時と有酸素運動中の主要なATPの供給源
解糖系機構からくるピルビン酸が細胞にいるミトコンドリアに運ばれ、アセチルC o Aという補酵素に変わり、クエン酸、コハク酸、リンゴ酸といった他にもある酸の回路を周りATPが作られます。
▷安静時
産生されるATPの約70％が脂質から約30％が炭水化物から供給される
▷運動時
運動強度が上がるにつれて多く使われる基質は脂質から炭水化物へと変化する
高強度の有酸素性運動の間、十分に供給が追い付くならば、ほとんど100％のエネルギーが炭水化物から供給されます。
しかし、長時間の定常状態での最大化運動中は、エネルギー基質は再び炭水化物から脂質、タンパク質に移行します。
タンパク質は通常、随所に代謝されないが、長い間の飢餓と90分を超えるような長時間の運動では代謝されてしまう。
まとめ
ATPを「使う量」と「作る量」のバランスが取れていると動き続けることができます
使う量の方が多くなるとATPが無くなってしまい、筋肉は動けなくなるので大問題になります。
運動時には運動強度や運動時間により、無酸素性エネルギー代謝と有酸素性エネルギー代謝が、シーソーの関係でエネルギー源を供給しています。無酸素性エネルギー代謝では、グルコースが主なエネルギー源として利用され、有酸素性エネルギー代謝では、脂肪酸が主なエネルギー源として利用されます。運動強度とエネルギー供給源との関係を調べた研究では、血中グルコースの体組織による取り込みと、全身の糖質のエネルギーへの分解は、運動強度が高まるとともに増大しました。
しかし血中脂肪酸の体組織による取り込みは、運動強度が高まるにつれて低下し、全身の脂肪酸のエネルギー分解は、運動強度が65%VO2max（最大酸素摂取量）で最大となり、20%VO2maxと85%VO2maxでは低いという結果がみられました。またトレーニングをすると、運動時のエネルギー源に占める脂肪酸の比率が大きくなり、もうひとつのエネルギー源であるグルコースの消費を節約することにつながります。その結果として限られた貯蔵量しかないグリコーゲンの消費が節約されて、スタミナの増大に貢献することとなります。
