指を鳴らせば食べ物がエネルギーになるわけではないのです。 しかし、食べ物から細胞エネルギーを生産することは、非常に効率的かつ効果的であるため、そのように簡単に思えるかもしれません。 しかし、あなたの体の中で最も重要な分子の1つが、実は細胞エネルギーの生産に励んでいるのです。 この重要な分子、ATP（アデノシン三リン酸）については、これまで聞いたことがないかもしれません。

そこで、素晴らしいATPに、大いに注目してみましょう。 このエネルギー運搬体は、筋肉、皮膚、脳など、体内のあらゆる細胞に存在します。 しかし、細胞のエネルギー生産は複雑なプロセスです。 幸いなことに、この難しい概念を理解するのに科学者である必要はありません。 以下の10問をクリアすれば、簡単な答えが見つかり、知識のベースが構築されます。

ATPとは何ですか

ATPは、体内で最も豊富なエネルギーを運ぶ分子です。 ATP は、食物分子に含まれる化学エネルギーを利用し、それを放出して、細胞内で働くための燃料とします。 あなたが食べた食べ物は、大栄養素の小さなサブユニットに消化される。 食事に含まれる炭水化物はすべて、グルコースという単純な糖に変換されます。

この単純な糖には、細胞のエネルギーを大量に「買う」力があります。 しかし、細胞はブドウ糖を支払い方法として受け入れてはくれません。 ブドウ糖を、細胞内で使用できる通貨に変換する必要があります。 体内の通貨交換のような複雑な化学反応の連鎖を通じて、グルコースはATPに変換される。 この変換プロセスは、細胞呼吸または代謝と呼ばれています。

ある通貨から次の通貨へのお金の交換のように、グルコースからのエネルギーは、それぞれの反応の終わりに一時的な化学化合物の形をとります。 グルコースは、そのエネルギーがATPに落ち着く前に、いくつかの他の化合物に変化する。 ご安心ください。 質問4で綴ったエネルギー交換連鎖の中に、これらの化合物のいくつかが出てきます。

ATPはどんな分子ですか？

ATPはアデノシン3リン酸の頭文字をとったものです。 この長い名前を訳すと、核酸（タンパク質）に糖とリン酸の鎖がくっついたものになります。 リン酸鎖は、リン原子と酸素原子が結合したグループです。 ATPは、遺伝子に含まれるタンパク質とよく似ています。

ATPはどのようにエネルギーを運ぶのか

リン酸鎖は、ATP分子のエネルギー運搬部分です。 何が起こっているかを理解するために、化学の簡単なルールについて説明します。 原子や分子の間に結合が形成されると、エネルギーが蓄積されます。 このエネルギーは、強制的に壊されるまで化学結合に保持されます。

化学結合が壊れると、エネルギーが放出されます。 そして、ATPの場合、それは多くのエネルギーである。 このエネルギーは、細胞が仕事をするのに役立つ。 ATPの化学結合は、リン酸鎖を形成する原子が特に負に帯電しているため、非常に強力です。 つまり、リン酸鎖を形成する原子は、常に正電荷を帯びた分子と対になるように探しているのです。 リン酸鎖を離れることで、これらの分子は負の電荷のバランスをとることができ、念願のバランスを実現することができるのです。 その引っ張る力が役に立つのです。 ATP はどこから来るのでしょうか。

ATP が細胞に電力を供給するには、グルコースがエネルギー交換を開始する必要があります。 その名前は文字通り「グルコースを分解する」という意味です（glyco = glucose, lysis = break）。 解糖は、グルコース分子を分割し、ピルビン酸という小さな化合物を生成するために、タンパク質に依存しています。

グルコースとATPの間で、エネルギー通貨がとる一時的な形態を思い返してみてください。 ピルビン酸はいったん生産されると、細胞内のエネルギー生産のみを扱う特殊な場所に移動する。 この場所はミトコンドリアと呼ばれている。

ミトコンドリアでは、ピルビン酸は二酸化炭素とアセチルコエンザイムA（略してCoA）という化合物に変換される。 このステップで発生した二酸化炭素は、息を吐くときに放出される。 アセチルCoAは、ATPを作る工程に進みます。

次の化学反応は、アセチルCoAを使って、さらに二酸化炭素とニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NADH）というエネルギー運搬分子を作り出します。 NADHは特別な化合物です。 反対は引き合うし、負に帯電した化合物は正に帯電してエネルギーのバランスを取りたがるというのは覚えていますか？ NADHは、正の相手を探す負に帯電した分子の1つです。

NADHは、ATPの生成における最後のステップで役割を果たします。 アデノシン三リン酸になる前に、アデノシン二リン酸（ADP）としてスタートします。 NADHはADPがパワーあふれるATPを作るのを助けます。

NADHのマイナス電荷は、ATPを作る特別なタンパク質をオンにします。 このタンパク質は、非常に強力な磁石のような働きをし、ADPと1つのリン酸分子を引き寄せ、ATPを形成します。 この化学結合の強さを思い返してみてください。 ATPは充電式の電池だと考えてもいいかもしれません。 高エネルギーと低エネルギーのサイクルを繰り返します。 ATPはフルパワーの電池のようなもので、その結合が切れるとエネルギーが枯渇してしまうのです。 NADHは、ADPとリン酸を結合させるタンパク質に動力を与えるので、エネルギーサイクルを回転させ続ける歯車のようなものである。 NADHは常にATPバッテリーを充電し、再び使用できるようにします。

これらの結合は常に作られたり壊れたりしています。 食物からのエネルギーは、ATPに蓄えられたエネルギーに変換されます。

細胞のエネルギー生産はどこで行われているのか

ATPの生産は、体の細胞全体で行われています。 そのプロセスは、ブドウ糖が腸で消化されるところから始まります。 次に、ブドウ糖は細胞に取り込まれ、ピルビン酸に変換されます。 そして、細胞のミトコンドリアへと移動する。

ミトコンドリアとは

細胞の発電所として知られるミトコンドリアは、ADPとリン酸からATPが生成される場所です。 ミトコンドリアの膜には、NADHをエネルギー源とする特殊なタンパク質が埋め込まれています。

細胞はどれくらいのATPを作り出しているのか

体内の細胞の数は、なんと37兆2千億個にも及びます。

ある時点では、1つの細胞で約10億個のATP分子が利用可能です。 また、細胞は驚くほどの速さでそのすべてのATPを使い果たします。

すべての細胞はATPを使っているのですか？

あなたの細胞が使っているだけでなく、すべての生物はATPをエネルギー通貨として使っているのです。 ATPはすべての細胞の細胞質で見つかります。 細胞質は、細胞の中心にある空間です。 細胞質は細胞の中心にある空間で、サイトゾルと呼ばれる物質で満たされています。

細胞のさまざまな装置（オルガネラ）は、ミトコンドリアを含めてすべて細胞質に収容されています。 ATPは生成された後、ミトコンドリアから細胞内を移動して、割り当てられたタスクを実行します。

すべての食物がATPに変換されるのですか？ そのプロセスは各栄養素で同じではありませんが、最終的には細胞のパワーになります。 ただ、脂肪やタンパク質がATPに変わるのは、それほど単純で直接的なことではありません。 化学結合を引き離し、食事から得たすべての糖分をブドウ糖に還元する。 そして、グルコースがATPの生産を開始することはすでにご存知でしょう。

脂肪とタンパク質は、細胞のエネルギー生産に参加する前に、より単純なサブユニットに分解される必要があります。 脂肪は、化学的に脂肪酸とグリセロールに変換されます。

アミノ酸、脂肪酸、グリセロールは、グルコースと一緒になって、ATP生成の道を歩んでいます。

食物繊維のように、消化されず、ATP産生に使用されない栄養素があります。 体内には食物繊維を完全に分解するのに適した酵素が備わっていないのです。 そのため、その物質は消化器官を通過し、老廃物として体外に排出されます。

しかし、心配はご無用です。 食物繊維を消化しなくても、食べたものがATPに変換されるため、体内にはエネルギーがあふれています。

細胞のエネルギー生産をサポートする栄養素とは？ なかには、必須栄養素に分類されるものもあります。 そして、これらの栄養素の多くは、あなたの健康的な食生活の一部として親しまれていることでしょう。

ここでは、健康的な細胞エネルギー生産をサポートするために求めるべき主な栄養素を紹介します。

• ビタミンB1（チアミン）
• ビタミンB2（リボフラビン）
• ビタミンB3（ナイアシン）
• ビタミンB5（パントテン酸塩）
• ビタミンB1（チアニン）
• ビタミンB12（コバラミン）
• ビタミンC（抗酸化作用に関与）

ビタミンE（抗酸化作用に関与）

• コエンザイムQ10
• アルファリポ酸
• 銅
• マグネシウム

マンガン

• リン

ATPの力

ATP生成への道筋がなければ。 あなたの体は、使うことのできないエネルギーでいっぱいになってしまうのです。 それは体にもToDoリストにもよくありません。 ATPは世界共通のエネルギー運搬船であり、通貨です。 ATPは、各細胞が仕事を遂行するために必要なすべての電力を貯蔵しています。 そして、充電式バッテリーのように、ATPは一度生成されると、何度でも繰り返し使用できます。

次に食事をするときは、そのエネルギーを利用するために体が行うすべての作業について考えてみてください。 そして、この細胞のエネルギーを使って、運動したり、一日を制覇したりするのです。 そして、健康的な食べ物で燃料を補給すれば、忙しい一日の途中でATPが不足する心配はありません。

著者について

シドニー・スプラウスは、オレゴン州のフォレストグローブ在住のフリーの科学ライターです。 ユタ州立大学で人間生物学の理学士号を取得し、学部生研究員およびライティング・フェローとして勤務した。 生涯を通じて科学を学び、現在の科学研究をできる限り効果的に翻訳することを目標としている。 特に、人間生物学、健康、栄養学に関心を持ち、執筆活動を行っている

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