【エネルギーを作り出す仕組み】体の中で「エネルギー」が作り出す3つの仕組みとは?

ハテナちゃん
食事で摂った栄養って、どんなメカニズムでエネルギーになるんですか?

筋肉を動かすためには、エネルギーが必要です。

今日は少し専門的な内容も交えて「体の中でエネルギーを生み出す仕組み」をまとめていこうと思います。



エネルギーが生まれる仕組み

まずは基本的なところから見ていきましょう。

食事で取り入れられた食べ物は、

  • 「歯」によって噛み砕かれて
  • 「胃」で消化され
  • 「小腸」で吸収されて
  • 「肝臓」で合成された後に
  • 「血液」によって体の各組織へ運ばれて行きます。

この消化器官を通る過程で、食べ物は「小さな粒子(以下:グルコース)」へと形を変えていきます。

さらにこのグルコースは細胞の中で分解されて「アデノシン3リン酸(以下:ATP)」というエネルギー源に形を変えます。

Tomy
このATPこそがエネルギー源なんですね!

このATPが”分解”される際に「筋肉を動かす力」が発生します。

この過程には、以下の3つの仕組みが存在しています。

  1. クレアチンリン酸系(ホスファゲン機構)
  2. 解糖系(無酸素系)
  3. 酸化系(有酸素系)
ハテナちゃん
なんだか言葉が難しそう。。
Tomy
構造のイメージができれば、そこまで難しくはありません。1つずつ見ていきましょう!

 

【①クレアチンリン酸系(ホスファゲン機構)】

筋肉の中には、微量ながら常にATPが存在しています。

「クレアチンリン酸系」というのは、すでに筋肉内に存在しているATPを使ってエネルギーを生み出す仕組みのことです。

この仕組みでは運動の種類や強度にかかわらず、全ての運動開始時の「2〜7秒」で使われるエネルギーを生み出しています。

Tomy
手っ取り早くすぐにエネルギーを生み出すことができるんですね!

当然ATPは使われると、枯渇してしまいます。

この枯渇したATPをすぐに補給するのが「クレアチンリン酸」という物質です。

しかし、筋肉内に蓄えられている「ATPの量」にも「クレアチンリン酸の量」にも”限度”がありますから、エネルギー供給はすぐにストップしてしまいます。

補いきれなくなった時に続いて現れるのが「②解糖系(無酸素系)」です。

 

【②解糖系(無酸素系)】

①はすでに筋肉内に存在しているATPを活用していましたが、ここからは前述したグルコースからATPを”作り出す過程”が含まれます。

解糖系は名前の通り「”糖”を分”解”する」ことによってATPを作り出します。

したがって、エネルギーの源は「糖質」です。

ハテナちゃん
わかりやすくいえば「炭水化物(ごはん、パン、麺)」ですね。

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炭水化物は消化器官によって分解されて、最終的にはグルコースになります。

このグルコースに対して筋肉内の「酵素」が反応すると、1つのグルコースから「2個のATP」が生み出されます。

*正式には4個生み出されますが、生み出す過程で2個のATPを使用するので結果は2個です(*ちなみにこれは血中グルコースの場合です。筋グリコーゲンから生成される場合には3個のATPが残ります)。

Tomy
1つのグルコースからは、2個のエネルギーが生み出されるんですね!

ATPを作り出した後のグルコースは”抜け殻”状態になり、これを「ピルビン酸」といいます。

このピルビン酸に

  • 酸素がくっつくけば→「アセチルCoA」となって「③酸化系」へ突入
  • 酸素がくっつかなければ→「乳酸」に変身

となります。

ここで生み出されるエネルギーは「60〜90秒」ほどの持久力をもち、ミドルパワーを支えます。

Tomy
例えば、陸上競技での中距離走(600〜800m)、テニスや卓球などの速いラリー、サッカーのドリブルなんかがそうですね。

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これでも補いきれなくなった際に現れるのが「③酸化系(有酸素系)」です。

 

【③酸化系(有酸素系)】

酸化機構は

  • ”2分以上”の運動の時
  • 全く筋活動が発生していない時(安静時

に使われる仕組みです。

ここでは筋細胞内の「ミトコンドリア」という器官において「酸素」を活用してエネルギーを作り出します。

Tomy
①と②は”酵素(こうそ)”を使っていましたが、③では”酸素(さんそ)”を使うんですね。

この仕組みにおいては、糖質・脂質・たんぱく質の全てがエネルギー源になります。

しかし、どんなエネルギー源にせよ、ミトコンドリアの中に入る際には「アセチルCoA」という形をとります。

この酸化機構から生まれるエネルギー量は膨大で

  • 1つのグルコース(糖質)→38個のATP
  • 1つのグリセリド(脂質)→147個のATP

を作り出されます。

ハテナちゃん
②で2個しかできなかったのと比べるとすごい量ですね!

材料であるエネルギー源の枯渇を感じた場合は、自らの筋肉を分解してエネルギー源にすることもできます(これを「糖新生」ともいいます)。

人間の体は無意識のうちに

  1. 「運動の強度」
  2. 「運動の時間」

に基づいて、これらのエネルギー機構を使い分けているのです。

 

まとめ

3つのエネルギー機構についてイメージできましたか?

  1. クレアチンリン酸系(ホスファゲン機構)
  2. 解糖系(無酸素系)
  3. 酸化系(有酸素系)

生理学・化学の内容は、名称や仕組みが複雑なことから敬遠されがちです。

しかし、原理は意外とシンプルところにあります。

ぜひ「喰わず嫌い」をせずに勉強してみてください。

ではでは今日も最後までお読みいただきありがとうございました。

うぱ
今日もありがとうぱ!

 

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ABOUTこの記事をかいた人

千葉県出身。 現在は「健康」×「教育」の仕事に従事。 将来の夢は「全ての人が毎日ストレッチする文化を創ること」。 ”歯磨きすること”と同じくらいの感覚で、体のケアをする文化が広まれば、きっと世界を変えていける!と信じている。 マイペースで群れることが嫌いな典型的なB型気質。同居人(?)”うぱ”とののんびりライフを進行中。 ◯順天堂大学スポーツ健康科学部スポーツ科学科(スポーツ医科学専攻)卒 ◯日本ストレッチング協会会員:認定ストレッチインストラクター<JSA-CSI> ◯NSCA-JAPAN正会員<NSCA-CPT> ***筋肉勉強サイト「筋肉のハナシ」も絶賛運営!詳細はこちら→「http://kinniku-no-hanashi.com」!