ATPはどうやって作られるの？【初心者向け】
【ATP入門】では、ATPは体をうごかすエネルギーであることはわかりましたね。
今度は、どうやって体内でATPが作られているのか確認してみましょう！
ATPは、食べ物として体の中にとりいれたものから作られる場合と、
体に蓄えられた筋肉や脂肪から作られる場合があります。
基本的には、ヒトは食べ物からATPを作っています。
「炭水化物」「たんぱく質」「脂質」から作ることができます。
「炭水化物」は1gあたり4kcal
「たんぱく質」も1gあたり4kcal
「脂質」は、1gあたり9kcalもあります。
脂質だけカロリーが高いですよね。
カロリーとは？の説明の時、「食べたカロリーは脂肪などとして蓄えられる」と書きました。
たとえば、油がたっぷり含まれている揚げ物などをたくさん食べると、カロリーが体の中にたくさん入ってくるので、その分脂肪(ぜい肉)として蓄えられます。
脂質はカロリーが高いので、他の栄養素よりも脂肪がつきやすくなります。
もちろん、炭水化物の食べすぎも、たんぱく質の食べすぎも、脂肪になります。
炭水化物とは、おもにごはん、パン、麺類など主食として食べているものと、
お菓子や果物などの甘い物にたくさん含まれています。
炭水化物を食べて、それがお腹の中で分解されると、「グルコース (別名：ぶどう糖)」という糖になります。
その「ぶどう糖」が、体の中で更にいろいろな形に変化します。
その変化の過程の中で、ATPが作られるのです。
たとえば、グルコースは「ヘキソキナーゼ」という酵素によって、「グルコース6-リン酸」という物質に変化するのですが、変化する時にATPが生産されます。
こうやってグルコースが変化してATPなど作られる道筋のことを「解糖系(かいとうけい)」と言います。
名前の通り、糖を分解して、他の物質を作っているのです。
ATPのほかにも、体が健康を維持するために必要な物質をいろいろ作ります。
食べたたんぱく質が体の中で分解されると「アミノ酸」という物質になります。
アミノ酸にはいろいろな種類があるのですが、ATPにを作るアミノ酸は大きく2つにわけることが出来ます。
①糖原性アミノ酸
グルコースに変換され、ATPをつくるアミノ酸。
〔代表的なもの〕
・システイン
・グリシン
・セリン
・アラニン
これは糖を食べられない時に起こるものです。
糖原性アミノ酸が分解された後、「糖新生(とうしんせい)」と呼ばれる仕組みでグルコースになります。
字の通り、糖を新しく生む、ということです。
グルコースになってから「解糖系(かいとうけい)」が始まり、ATPがようやく作られます。
②ケト原生アミノ酸
脂肪酸やケトン体に変換されATPをつくるアミノ酸。
〔代表的なもの〕
・ロイシン
・リジン
ケト原生アミノ酸は分解された後、「TCAサイクル(クエン酸回路)」という仕組みに入り込みます。するとNADHやFADH2という物質が作られます。
このNADHやFADH2についている水素の作用により、ATPが作られます。
③糖原性でもあり、ケト原生でもあるアミノ酸
・トレオニン
・イソロイシン
・チロシン
・フェニルアラニン
・トリプトファン
基本的に食事からとった脂肪は、一度体に蓄えられます。
ただし、「中鎖脂肪酸」という種類の脂肪酸だけは、体に脂肪を蓄えることなくそのままエネルギーにすることができます。
中鎖脂肪酸からATPに変わる過程は、上記のケト原生アミノ酸と同じで、TCAサイクルから作られます。
食べ物からだけではなく、体に蓄えられているものからもATPを作ることができます。
たとえば、お腹のぜい肉、筋肉、肝臓に蓄えられている「グリコーゲン」などが分解されてATPにすることができるのです。
このなかで最も優先して分解されるのが、肝臓や筋肉の「グリコーゲン」です。
なぜなら、この中でもっともグルコースに近い形で体に蓄えられているからです。
次に筋肉。
最後にぜい肉、たまに乳酸です。
なので、普段の食事を抜いてダイエットをしようとしたときは、まずグリコーゲンが分解されます。
次に筋肉が分解されて、筋肉が弱ります。
ちなみに筋肉がなくなると痩せにくい体質になります。
たまにお腹などのぜい肉が分解されてATPになります。
つまり、食事を抜いたダイエットは、たしかに体重が落ちるかもしれませんが、それはぜい肉が落ちているわけではなく、蓄えられたグリコーゲンや、筋肉が落ちている可能性が高いのです。
人間の肝臓には、「グリコーゲン」という形で糖が貯蔵されています。
成人の肝臓のグリコーゲンだと、だいたい100gくらいあります。
血中のグルコースが足りなくなったときに、グリコーゲンが分解されて、いくつかの形に変換された後、グルコースになります。
このグルコースが生まれてから「解糖系(かいとうけい)」が始まり、ATPが作られます。
脳の主な栄養はグルコースなので、ここでつくられたグルコースが血液中に流され、脳の栄養になることもあります。
筋肉からATPが作られる過程は2種類あります。
①グリコーゲンの分解
「肝臓のグリコーゲン」にもグリコーゲンの話がでましたが、筋肉にもグリコーゲンはあります。
筋肉にはだいたい200g～300gのグリコーゲンがあります。
しかし、筋肉のグリコーゲンは、グルコースにはなりません。
それは「グルコース6-ホスファターゼ」という酵素を持っていないからです。
その代わりに、「フルクトース6-リン酸」という物質に変わってから、「解糖系(かいとうけい)」が始まり、ATPが作られます。
②筋肉の分解
ダイエットなどで絶食して体が"飢餓状態"になると、筋肉が分解されてしまいます。
筋肉の大部分はたんぱく質でできています。
すると、上記で述べたんぱく質から「ATPができるしくみ」と同じことが起こります。
つまり、たんぱく質が分解されてアミノ酸になり、それが肝臓に運ばれてピルビン酸という物質に変化し、そこで「糖新生」がおこり、グルコースが作られ、その後筋肉中へ移動して「解糖系」が始まり、ATPが作られます。
一旦肝臓へ運ばれるのは、①グリコーゲンの分解でも述べましたが、筋肉中でグルコースを作ることができないからです。
こういった、筋肉のたんぱく質が分解され肝臓に運ばれグルコースとして筋肉に戻ってきてATPが作られる仕組みのことを、「グルコース・アラニン回路」と言います。
絶食ダイエットをすると、簡単に筋肉が落ちてしまうのはこのためです。
代謝を上げるために頑張って筋トレをしても、絶食をして筋肉を分解させてしまっては、意味がないですよね。
③ATP-PCr系
100m競争のように、一気に全力で頑張る運動をする時は、ATP-PCr系という仕組みでATPが作られています。
人が全力疾走した時、筋肉の中に蓄えられているクレアチンリン酸という物質が分解されるのですが、その時にATPが作られます。
ただ、筋肉中のクレアチンリン酸には限りがあります。
大人が全力疾走すると、7～8秒でクレアチンリン酸がなくなってしまうので、全力疾走は長くは続きません。
あなたも本気で走った時は数秒でゼェゼェして疲れちゃいますよね。
それはクレアチニンリン酸がなくなるからなのです。
クレアチニンリン酸は体内で合成されるので、使い切ってもしばらく休憩すれば元に戻り、また全力疾走できるようになります。
／全力で走ったらプロでもバテる！＼
「ダイエットのために有酸素運動をしよう！」とよく聞きますよね。
それは、たっぷりと酸素をとりながら運動をしたら、ぜい肉からATPが産まれるためです。
つまり、ぜい肉が落ちるのです。
たとえば、軽く汗ばむ程度のウォーキングなどは、たっぷりと酸素を使いながらできる運動なので有酸素運動です。
有酸素運動では、糖質とぜい肉(脂肪)を一緒に使いながらATPを生産します。
有酸素運動を始めると、まず体のぜい肉(脂肪)がグリセロールと脂肪酸に分解されます。
【グリセロールのゆくえ】
分解されたグリセロールは糖新生によりグルコースに変換され、その後ATPが作られます。
【脂肪酸のゆくえ】
① 分解された脂肪酸は、アシルCoAなどいくつかの形に変化してからアセチルCoAとなり、ミトコンドリア内の「TCAサイクル(クエン酸回路)」に入り込みます。
②「TCAサイクル」に入ると「クエン酸」や「リンゴ酸」など色々な形に変わるのですが、この時にNADHやFADH2という物質が作られます。
③このNADHやFADH2についている水素の作用により、ATPが作られます。
※こういった、脂肪酸が「電子伝達系」にて水素の作用でATPがつくられることを、「酸化的リン酸化」といいます。
ぜい肉は、グルコースよりもエネルギーをつくる時間はかかります。
しかし、1gあたりに作られるエネルギーの量は、糖質よりも脂質の方がたくさんできます。
これは、脂肪の中に酸素と結合する炭素と水素の割合が多いためです。
ちなみに「エアロビクス」とは、直訳すると「有酸素運動」という意味です。
筋トレなどの無酸素運動によって体内に蓄積された乳酸は、肝臓に移動してピルビン酸になってから、グルコースに変化します。
こういったしくみを「コリ回路（乳酸回路）」と言います。
このグルコースによって「解糖系(かいとうけい)」が始まり、ATPが作られます。
今度は、どうやって体内でATPが作られているのか確認してみましょう！
🔶ATPの合成
ATPは、食べ物として体の中にとりいれたものから作られる場合と、
体に蓄えられた筋肉や脂肪から作られる場合があります。
基本的には、ヒトは食べ物からATPを作っています。
もくじ
・食べ物からATPを作る場合
炭水化物からATPが作られるしくみ
たんぱく質からATPが作られるしくみ
脂質からATPが作られるしくみ
・体に蓄えたものからATPを作る場合
肝臓からATPが作られるしくみ
筋肉からATPが作られるしくみ
ぜい肉からATPが作られるしくみ(ダイエット効果あり！)
乳酸からATPが作られるしくみ
・まとめ
・食べ物からATPを作る場合
炭水化物からATPが作られるしくみ
たんぱく質からATPが作られるしくみ
脂質からATPが作られるしくみ
・体に蓄えたものからATPを作る場合
肝臓からATPが作られるしくみ
筋肉からATPが作られるしくみ
ぜい肉からATPが作られるしくみ(ダイエット効果あり！)
乳酸からATPが作られるしくみ
・まとめ
食べ物からATPを作る場合
「炭水化物」「たんぱく質」「脂質」から作ることができます。
「炭水化物」は1gあたり4kcal
「たんぱく質」も1gあたり4kcal
「脂質」は、1gあたり9kcalもあります。
脂質だけカロリーが高いですよね。
カロリーとは？の説明の時、「食べたカロリーは脂肪などとして蓄えられる」と書きました。
たとえば、油がたっぷり含まれている揚げ物などをたくさん食べると、カロリーが体の中にたくさん入ってくるので、その分脂肪(ぜい肉)として蓄えられます。
脂質はカロリーが高いので、他の栄養素よりも脂肪がつきやすくなります。
もちろん、炭水化物の食べすぎも、たんぱく質の食べすぎも、脂肪になります。
炭水化物からATPが作られるしくみ
炭水化物とは、おもにごはん、パン、麺類など主食として食べているものと、
お菓子や果物などの甘い物にたくさん含まれています。
炭水化物を食べて、それがお腹の中で分解されると、「グルコース (別名：ぶどう糖)」という糖になります。
その「ぶどう糖」が、体の中で更にいろいろな形に変化します。
その変化の過程の中で、ATPが作られるのです。
たとえば、グルコースは「ヘキソキナーゼ」という酵素によって、「グルコース6-リン酸」という物質に変化するのですが、変化する時にATPが生産されます。
こうやってグルコースが変化してATPなど作られる道筋のことを「解糖系(かいとうけい)」と言います。
名前の通り、糖を分解して、他の物質を作っているのです。
ATPのほかにも、体が健康を維持するために必要な物質をいろいろ作ります。
たんぱく質からATPが作られるしくみ
食べたたんぱく質が体の中で分解されると「アミノ酸」という物質になります。
アミノ酸にはいろいろな種類があるのですが、ATPにを作るアミノ酸は大きく2つにわけることが出来ます。
①糖原性アミノ酸
グルコースに変換され、ATPをつくるアミノ酸。
〔代表的なもの〕
・システイン
・グリシン
・セリン
・アラニン
これは糖を食べられない時に起こるものです。
糖原性アミノ酸が分解された後、「糖新生(とうしんせい)」と呼ばれる仕組みでグルコースになります。
字の通り、糖を新しく生む、ということです。
グルコースになってから「解糖系(かいとうけい)」が始まり、ATPがようやく作られます。
②ケト原生アミノ酸
脂肪酸やケトン体に変換されATPをつくるアミノ酸。
〔代表的なもの〕
・ロイシン
・リジン
ケト原生アミノ酸は分解された後、「TCAサイクル(クエン酸回路)」という仕組みに入り込みます。するとNADHやFADH2という物質が作られます。
このNADHやFADH2についている水素の作用により、ATPが作られます。
③糖原性でもあり、ケト原生でもあるアミノ酸
・トレオニン
・イソロイシン
・チロシン
・フェニルアラニン
・トリプトファン
脂質からATPが作られるしくみ
基本的に食事からとった脂肪は、一度体に蓄えられます。
ただし、「中鎖脂肪酸」という種類の脂肪酸だけは、体に脂肪を蓄えることなくそのままエネルギーにすることができます。
中鎖脂肪酸からATPに変わる過程は、上記のケト原生アミノ酸と同じで、TCAサイクルから作られます。
体に蓄えたものからATPが作られるしくみ
食べ物からだけではなく、体に蓄えられているものからもATPを作ることができます。
たとえば、お腹のぜい肉、筋肉、肝臓に蓄えられている「グリコーゲン」などが分解されてATPにすることができるのです。
このなかで最も優先して分解されるのが、肝臓や筋肉の「グリコーゲン」です。
なぜなら、この中でもっともグルコースに近い形で体に蓄えられているからです。
次に筋肉。
最後にぜい肉、たまに乳酸です。
なので、普段の食事を抜いてダイエットをしようとしたときは、まずグリコーゲンが分解されます。
次に筋肉が分解されて、筋肉が弱ります。
ちなみに筋肉がなくなると痩せにくい体質になります。
たまにお腹などのぜい肉が分解されてATPになります。
つまり、食事を抜いたダイエットは、たしかに体重が落ちるかもしれませんが、それはぜい肉が落ちているわけではなく、蓄えられたグリコーゲンや、筋肉が落ちている可能性が高いのです。
肝臓のグリコーゲンからATPが作られるしくみ
人間の肝臓には、「グリコーゲン」という形で糖が貯蔵されています。
成人の肝臓のグリコーゲンだと、だいたい100gくらいあります。
血中のグルコースが足りなくなったときに、グリコーゲンが分解されて、いくつかの形に変換された後、グルコースになります。
このグルコースが生まれてから「解糖系(かいとうけい)」が始まり、ATPが作られます。
脳の主な栄養はグルコースなので、ここでつくられたグルコースが血液中に流され、脳の栄養になることもあります。
筋肉からATPを作るしくみ
筋肉からATPが作られる過程は2種類あります。
①グリコーゲンの分解
「肝臓のグリコーゲン」にもグリコーゲンの話がでましたが、筋肉にもグリコーゲンはあります。
筋肉にはだいたい200g～300gのグリコーゲンがあります。
しかし、筋肉のグリコーゲンは、グルコースにはなりません。
それは「グルコース6-ホスファターゼ」という酵素を持っていないからです。
その代わりに、「フルクトース6-リン酸」という物質に変わってから、「解糖系(かいとうけい)」が始まり、ATPが作られます。
ダイエットなどで絶食して体が"飢餓状態"になると、筋肉が分解されてしまいます。
筋肉の大部分はたんぱく質でできています。
すると、上記で述べたんぱく質から「ATPができるしくみ」と同じことが起こります。
つまり、たんぱく質が分解されてアミノ酸になり、それが肝臓に運ばれてピルビン酸という物質に変化し、そこで「糖新生」がおこり、グルコースが作られ、その後筋肉中へ移動して「解糖系」が始まり、ATPが作られます。
一旦肝臓へ運ばれるのは、①グリコーゲンの分解でも述べましたが、筋肉中でグルコースを作ることができないからです。
こういった、筋肉のたんぱく質が分解され肝臓に運ばれグルコースとして筋肉に戻ってきてATPが作られる仕組みのことを、「グルコース・アラニン回路」と言います。
絶食ダイエットをすると、簡単に筋肉が落ちてしまうのはこのためです。
代謝を上げるために頑張って筋トレをしても、絶食をして筋肉を分解させてしまっては、意味がないですよね。
③ATP-PCr系
100m競争のように、一気に全力で頑張る運動をする時は、ATP-PCr系という仕組みでATPが作られています。
人が全力疾走した時、筋肉の中に蓄えられているクレアチンリン酸という物質が分解されるのですが、その時にATPが作られます。
ただ、筋肉中のクレアチンリン酸には限りがあります。
大人が全力疾走すると、7～8秒でクレアチンリン酸がなくなってしまうので、全力疾走は長くは続きません。
あなたも本気で走った時は数秒でゼェゼェして疲れちゃいますよね。
それはクレアチニンリン酸がなくなるからなのです。
クレアチニンリン酸は体内で合成されるので、使い切ってもしばらく休憩すれば元に戻り、また全力疾走できるようになります。
／全力で走ったらプロでもバテる！＼
ぜい肉からATPを作るしくみ→ダイエット効果あり！
「ダイエットのために有酸素運動をしよう！」とよく聞きますよね。
それは、たっぷりと酸素をとりながら運動をしたら、ぜい肉からATPが産まれるためです。
つまり、ぜい肉が落ちるのです。
たとえば、軽く汗ばむ程度のウォーキングなどは、たっぷりと酸素を使いながらできる運動なので有酸素運動です。
有酸素運動では、糖質とぜい肉(脂肪)を一緒に使いながらATPを生産します。
有酸素運動を始めると、まず体のぜい肉(脂肪)がグリセロールと脂肪酸に分解されます。
【グリセロールのゆくえ】
分解されたグリセロールは糖新生によりグルコースに変換され、その後ATPが作られます。
【脂肪酸のゆくえ】
① 分解された脂肪酸は、アシルCoAなどいくつかの形に変化してからアセチルCoAとなり、ミトコンドリア内の「TCAサイクル(クエン酸回路)」に入り込みます。
②「TCAサイクル」に入ると「クエン酸」や「リンゴ酸」など色々な形に変わるのですが、この時にNADHやFADH2という物質が作られます。
③このNADHやFADH2についている水素の作用により、ATPが作られます。
ぜい肉は、グルコースよりもエネルギーをつくる時間はかかります。
しかし、1gあたりに作られるエネルギーの量は、糖質よりも脂質の方がたくさんできます。
これは、脂肪の中に酸素と結合する炭素と水素の割合が多いためです。
ちなみに「エアロビクス」とは、直訳すると「有酸素運動」という意味です。
乳酸からATPをつくるしくみ
筋トレなどの無酸素運動によって体内に蓄積された乳酸は、肝臓に移動してピルビン酸になってから、グルコースに変化します。
こういったしくみを「コリ回路（乳酸回路）」と言います。
このグルコースによって「解糖系(かいとうけい)」が始まり、ATPが作られます。
まとめ
・ATPは食べたものからも作られるし、体からも作られる。
～食べ物から作られる場合～
・ATPは基本的に、グルコースが体の中で変化する時に作られる。【解糖系】
・たんぱく質の場合は、アミノ酸に分解された後、グルコースや脂肪酸、ケトン体に変化してからATPが作られることになる。【糖新生・解糖系・TCAサイクル】
・脂質は基本的には蓄えられるが、中鎖脂肪酸からは直接ATPが作られる。【TCAサイクル】
～体から作られる場合～
・体内の糖が足りなくなったときに優先して分解される体の部位は、肝臓や筋肉のグリコーゲン。【グリコーゲンの分解】
・他に分解されやすい部分は筋肉。【グルコース・アラニン回路】
・全力疾走した時は、筋肉のクレアチンリン酸が分解されてATPができるが、数秒しか持たない。【ATP-PCr系】
・有酸素運動で、酸素をたっぷり使いながら軽く汗ばむ運動をすると脂肪が分解される。【TCAサイクル】
・たまった乳酸は肝臓でグルコースに変わる。【コリ回路】
・ATPは食べたものからも作られるし、体からも作られる。
～食べ物から作られる場合～
・ATPは基本的に、グルコースが体の中で変化する時に作られる。【解糖系】
・たんぱく質の場合は、アミノ酸に分解された後、グルコースや脂肪酸、ケトン体に変化してからATPが作られることになる。【糖新生・解糖系・TCAサイクル】
・脂質は基本的には蓄えられるが、中鎖脂肪酸からは直接ATPが作られる。【TCAサイクル】
～体から作られる場合～
・体内の糖が足りなくなったときに優先して分解される体の部位は、肝臓や筋肉のグリコーゲン。【グリコーゲンの分解】
・他に分解されやすい部分は筋肉。【グルコース・アラニン回路】
・全力疾走した時は、筋肉のクレアチンリン酸が分解されてATPができるが、数秒しか持たない。【ATP-PCr系】
・有酸素運動で、酸素をたっぷり使いながら軽く汗ばむ運動をすると脂肪が分解される。【TCAサイクル】
・たまった乳酸は肝臓でグルコースに変わる。【コリ回路】
