筋肉の主要なエネルギー源は、グルコースです。
グルコース(ブドウ糖)はヘキソース(6-炭素単糖類)の中で最も重要な糖であり、糖質の代謝はグルコースを中心に行われています。

筋肉は、グルコースが分解される際に生じるエネルギーで動いています。

グルコースの利用には、2つの仕組みが用いられています。
ひとつめが「(酸素を利用しない)嫌気的解糖系」であり、ふたつめが「(酸素を利用する)TCAサイクル(トリカルボン酸サイクル)」です。

  • 嫌気的解糖系
  • TCAサイクル(トリカルボン酸サイクル)

以下、「嫌気的解糖系」と「TCAサイクル(トリカルボン酸サイクル)」の仕組みについて説明していきます。

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嫌気的解糖系

嫌気的解糖系は、酸素を使わずにエネルギーを得る方法です。

グルコースがピルビン酸に分解される際、エネルギーが生じます。
しかし、このエネルギーは「そのままではすぐに熱になって逃げてしまう」という性質を持つため、アデノシン三リン酸(ATP)という形で保管されます。

アデノシン三リン酸(ATP)=アデノシン二リン酸(ADP)+リン酸

グルコースがピルビン酸(焦性ブドウ糖)に分解された時に生じたエネルギーは、ATPの2個目のリン酸と3個目のリン酸をつなぎ止めるエネルギーとして保存されているのです。

保存されたエネルギーは、ATPがADPとリン酸に分解されるときに取り出されます。

【補足】嫌気的解糖系では、ピルビン酸(焦性ブドウ糖)が残ります。ピルビン酸は酵素(ラクテーノデヒドロゲナーゼ)の作用によって乳酸に変化し、筋肉の収縮能力に悪影響を及ぼすことになります。

TCAサイクル(トリカルボン酸サイクル)

TCAサイクルは、酸素を用いてエネルギーを得る方法です。

嫌気的解糖系では、ピルビン酸が残ります。
このピルビン酸をアセチルCoAに変換し、TCAサイクル(トリカルボン酸サイクル)に入れることで大量のエネルギーを得ることができます。

【補足】アセチルCoAは、脂肪酸の燃焼(β酸化)によっても生成されます。

得られたエネルギーが酸化的リン酸化過程を経ることで、ATPが生成されます。

TCAサイクルでは、多量のエネルギーが得られます。
嫌気的解糖系では「グルコース1分子→ピルビン酸2分子+ATP2分子」が得られますが、TCAサイクルでは「ピルビン酸1分子→ATP15分子」が得られます。

  • 嫌気的解糖系:グルコース1分子→ピルビン酸2分子+ATP2分子
  • TCAサイクル:グルコース1分子→ピルビン酸2分子(ATP30分子)+ATP2分子

さらに、ピルビン酸が乳酸に変換される際のエネルギー消費が起こりませんので、実質、グルコース1分子から38分子ものATPが生成されることになります。

つまり、無酸素運動では主に嫌気的解糖系が使われるために運動は一時的なものですが、有酸素運動では主にTCAサイクルと酸化的リン酸化が使われるために長時間の運動が可能となるわけです。

まとめ

筋肉の主要なエネルギー源は、グルコースです。
グルコースがピルビン酸(焦性ブドウ糖)に分解される際にエネルギーが生じ、このエネルギーをATPに合成することで筋肉を動かしています。

グルコースからエネルギーを取り出すためには、2つの仕組みが利用されます。

  • 嫌気的解糖系(解糖系)
  • TCAサイクル(トリカルボン酸サイクル)

前者は酸素を使わずに早急にエネルギーを得る方法であり、後者は酸素を使って無駄なく(最大限に)エネルギーを得る方法となります。・・・嫌気的解糖系が「不完全燃焼」、TCAサイクルが「完全燃焼」のようなイメージです。