ATP(アデノシン3リン酸)を再合成させる、3つのエネルギー供給機構を簡単に解説

運動

このページは人体のエネルギー供給について解説しています。

自分の体のことですが、エネルギー供給については知られていないことです。

フィジカルコーチ<br>秋山拓実<br><a rel="noreferrer noopener" href="https://funfunfitness.jp/profile/" data-type="page" data-id="88" target="_blank">【Profile】</a>
フィジカルコーチ
秋山拓実
【Profile】

スポーツをしていてエネルギー不足を感じることはありませんか?

プレーのパフォーマンスが落ちることを「気持ちが入っていない」そんな解釈はしていませんか?

\こんな方に読んでいただきたい/
  • 試合の後半になると思考停止、プレーの質が下がる
  • スポーツ理論に合わせてトレーニングメニューを構成したい

私は運動生理学を勉強する中で
「現役の選手の時に知っておきたかった」
と思ったテーマです。

エネルギー供給を知ることで、食事の内容とトレーニング内容も変わります。

このページを読むと人体のエネルギー源となるATP(アデノシン3リン酸)の再合成について理解することができます。

私たち人間はどのような化学変化をおこし、ATP(アデノシン3リン酸)を合成しているのでしょうか?

それを理解しスポーツ パフォーマンスの向上につなげてください。

ATP(アデノシン3リン酸)のエネルギー発生

\筋の収縮エネルギー/
アデノシン3リン酸が
アデノシン2リン酸に分解することでエネルギーが発生!

ATP(アデノシン3リン酸)がADP(アデノシン2リン酸)に分解されるときにエネルギーが発生し、筋の収縮のエネルギーになります。

人間の細胞内にミトコンドリアという細胞小器官があり、そこでATP(アデノシン3リン酸)が生成されます。

筋の収縮をくり返すためには、分解したADP(アデノシン2リン酸)に新たなリン酸を結合させることでATP(アデノシン3リン酸)を再合成させます。

リン酸を結合させる経路は3つあります。

\エネルギーは新しく造られる/
ATP(アデノシン3リン酸)のエネルギー発生
CP系
解糖系
有酸素系

それぞれエネルギー再合成には、必要とされる分子や特性が異なります。

ATP(アデノシン3リン酸)再合成の3つの経路

ATP(アデノシン3リン酸) ATP-CP系 解糖系 有酸素系
ATP(アデノシン3リン酸) ATP-CP系 解糖系 有酸素系

ADPにリン酸を結合させ、ATP(アデノシン3リン酸)に再合成させるには3つの経路があります。

\ATP(アデノシン3リン酸)再合成の3つの経路/
  • ATP-CP系/クレアチンとリン酸の作用によって再合成される
  • 解糖系/糖質の多段階の分解によって再合成される
  • 有酸素系/TCA回路により再合成される

3つの経路特性をそれぞれ解説します。

ATP-CP系によるATP(アデノシン3リン酸)の再合成

エネルギー供給CP系
クレアチンリン酸のはたらき
CP系
クレアチンとリン酸が結合してクレアチンリン酸になる。

 筋に貯蔵されているクレアチンリン酸がクレアチンとリン酸に分解するときにエネルギーが発生します。

それを利用してATP(アデノシン3リン酸)の再合成をおこないます。

ATP‐CP系は爆発的な力を発生し、人がスプリントする時の初動作で活躍します。

しかし、枯渇しやすく、長くエネルギーを発生できない特性があります。

クレアチンとは

クレアチンの合成 アミノ酸(アルギニン・グリシン・メチオニン)が肝臓と腎臓でクレアチンを合成する
クレアチンの合成 アミノ酸(アルギニン・グリシン・メチオニン)が肝臓と腎臓でクレアチンを合成する

肝臓や腎臓で体内のアミノ酸(アルギニン・グリシン・メチオニン)によって合成されます。

食事から摂取する場合、生肉や魚に多く含まれているといわれています。

瞬発力の発揮で勝負を分けるスポーツでは、サプリメントとしても人気があります。

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リン酸とは

リン酸とは リン酸は遺伝子元になるDNA(核酸)の重要な構成成分 糖質と結合して生物体内でのエネルギー交換に役立つ
リン酸とは リン酸は遺伝子元になるDNA(核酸)の重要な構成成分 糖質と結合して生物体内でのエネルギー交換に役立つ

体内に存在する電解質の一つです。

エネルギー再合成のほか、骨や歯の形成に欠かせない物質です。

リンは牛乳や卵黄などに多く含みますが、他の食品にも含まれているので意識して摂取する必要はありません。

解糖系のATP(アデノシン3リン酸)再合成

エネルギー供給解糖系
糖質からブドウ糖
ピルビン酸から乳酸へと変わる

筋に貯蔵されている糖質が多段階の分解を経て、ピルビン酸という物質に変化します。

そのときに発生するエネルギーを利用してATPの再合成をしています。

糖質は血液中にグルコースとして貯蔵され、主にそれを分解してピルビン酸をつくっています。

高強度のスプリントの時に使われるエネルギー経路で、ATP-CP系ほど爆発的なエネルギーの出力はありませんが、約30秒継続してエネルギーを出すことができる。

糖新生とは?貯蔵されたグリコーゲンを使う

糖質がグルコースとなり血中で蓄えられる。 そして、筋肉と肝臓に貯蔵される。
糖質がグルコースとなり血中で蓄えられる。 そして、筋肉と肝臓に貯蔵される。

運動中は血液中のグルコースをエネルギー源として使います。

しかし、血液中のグルコースは枯渇してしまうので、筋や肝臓に貯蔵されているグリコーゲンを使うことになります。

筋と肝臓に貯蔵されたグリコーゲンを分解して血液中にグルコースを作り出す働きを糖新生といいます。

糖が筋と肝臓に入るときはグリコーゲンになり、血液中に入るときはグルコースになる。

運動後の肉体的な回復を早めるには、筋や肝臓、血液中に使われた糖を補給させることが大切です。

スポーツドリンクの糖質含有量

清涼飲料水(スポーツドリンク)に含まれている糖分 ポカリスエット-糖質31g アクエリアス-糖質23.5g ファンタグレープ-糖質50g コカ・コーラ-糖質56.5g 三ツ矢サイダー-糖質55g 午後の紅茶ストレート-糖質20g
清涼飲料水(スポーツドリンク)に含まれている糖分 ポカリスエット-糖質31g アクエリアス-糖質23.5g ファンタグレープ-糖質50g コカ・コーラ-糖質56.5g 三ツ矢サイダー-糖質55g 午後の紅茶ストレート-糖質20g

運動で糖質が使われ血糖値の低下は、パフォーマンスや思考力の低下に関係します。

スポーツドリンクで糖質の摂取も推奨します。

スポーツドリンクには糖質が多く含まれていることから、ダイエット実施時には敵視されています。

しかし、高強度の運動や長時間の運動では糖は枯渇するので、エネルギー消費量に合わせて使い分けて下さい。

ポカリスエット6.2g/100ml

500mlのペットボトルで約30gの糖分が含まれています。


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アクエリアス4.7g/100ml

500mlのペットボトルで23.5gの糖質が含まれています。


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有酸素系のATP(アデノシン3リン酸)再合成

エネルギー供給有酸素系
TCA回路に
脂肪から脂肪酸
ピルビン酸
酸素
ビタミンB群
が入る

解糖系で生成されたピルビン酸や血液中の脂肪酸がミトコンドリア内にあるTCA回路に取り込まれます。

TCA回路にてATP(アデノシン3リン酸)が再合成される。

3つの経路の中で、大きな出力はありませんが持久力的な運動で活躍します。

TCA回路とは

ミトコンドリアのマトリックスでおこなわれる9段階の環状代謝経路
ミトコンドリアのマトリックスでおこなわれる9段階の環状代謝経路

TCA回路とは、tricarboxylic acid cycle(トリカルボン酸回路)の略です。

ミトコンドリアのマトリックスで行わっれる9段階の環状の代謝経路です。

【TCA回路Wikipediaのリンク

脂肪燃焼のメカニズム

有酸素運動 ウォーキング ジョギング 自転車 水泳 エネルギーは脂肪
有酸素運動 ウォーキング ジョギング 自転車 水泳 エネルギーは脂肪

ダイエットを目的に運動に取り組んでいる場合、脂肪を減らすのは有酸素運動です。

有酸素運動は脂肪から分解された脂肪酸をエネルギーとして使うため、脂肪が減るというメカニズムです。

エアロビクス

フィットネスクラブで実施されているエアロビクス(AEROBICS)は有酸素という意味です。

エアロビクス ダンスの目的は有酸素運動をすることで脂肪燃焼させることです。

エアロビクスについてはこちら
▽▼外部リンク▼▽
JAFA 公益社団法人日本フィットネス協会 (jafanet.jp)

ATP(アデノシン3リン酸)とマラソンが速くなる関連性

動物細胞 核 脂肪質 ミトコンドリア
動物細胞 核 脂肪質 ミトコンドリア

マラソン競技などの有酸素持久力のトレーニングを積むことによって、細胞はミトコンドリアを増やす適応力を発揮します。

ミトコンドリア内でTCA回路は働くので、ミトコンドリアの数が増えることによって、ATP(アデノシン3リン酸)も多く再合成されると考えられます。

ミトコンドリア内で多くのATP(アデノシン3リン酸)が再合成されるので、有酸素持久力が向上するという関連性があります。

高地トレーニングがもたらす細胞への効果

高地トレーニング 低酸素トレーニング 心肺持久力向上
高地トレーニング 低酸素トレーニング 心肺持久力向上

山などの高地では酸素濃度が低いです。

低酸素の条件下でのトレーニングは、少しでも多くの酸素をエネルギーにしようと細胞が増える働きがあります。

有酸素持久性の高いマラソン選手はミトコンドリアの数が多く、酸素系のエネルギーの再合成能力が高いといえます。

それにより、特化した能力を発揮すると言えます。

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ハイアルチ:日本初の高地トレーニングスタジオ™/低酸素トレーニングジム-高地トレーニングを日常に (high-alti.jp)

まとめ

筋肉の収縮活動がおこるのは、ATP(アデノシン3リン酸)がエネルギー源として働いているからです。

人間の細胞内にあるミトコンドリアでATP(アデノシン3リン酸)が生成され、ATP(アデノシン3リン酸)がADP(アデノシン2リン酸)に分解されるときにエネルギーが発生します。

分解されたATP(アデノシン3リン酸)を再合成させることで、筋肉の収縮活動が継続しておこなわれます。再合成には3つの経路があります。

\ATP(アデノシン3リン酸)の3つの経路/
  • ATP-CP系
  • 解糖系
  • 有酸素系

ATP-CP系
筋に貯蔵されているクレアチンリン酸の分解によって再合成されます。

解糖系
筋に貯蔵されている糖が多段階の分解を経て、ピルビン酸という物質に変化するときに再合成されます。

有酸素系
解糖系で再生されたピルビン酸や血液中の脂肪酸がミトコンドリア内にあるTCA回路に取り込まれ再合成されます。

3つの経路はそれぞれ特性がことなり、発揮されるスポーツの場面が異なります。

スポーツ競技の特異性を把握したうえで、エネルギー供給がおこなわれる体をつくってください。

エネルギー供給が十分にされる体はパフォーマンスが高まることが期待できます。

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