【アミノ酸の基礎知識】糖代謝・脂質代謝でのアミノ酸の働き

アミノ酸全集

 

アスリートがアミノ酸を使用する目的は、筋力強化瞬発力持久力疲労回復などです。そのほかホルモン酵素血管血液などの合成や、エネルギー代謝骨折肉離れ靭帯損傷の治癒創傷治癒病気の治癒などにも関わる成分です。アミノ酸を選択的にとることで、集中的な効果を得ることが期待できます。

アミノ酸の基礎知識

アミノ酸の歴史

生命の起源「アミノ酸」

宇宙とアミノ酸

36億年前、生命はアミノ酸から始まりました。アミノ酸が宇宙から来た「地球外起源説」や原始大気から生まれた「原始大気起源説」などがありますが、いずれにせよ初期生命体「細菌」はアミノ酸から誕生したようです。細胞、ウィルス、花粉、カビ、酵素、ホルモン、血液なども、アミノ酸から構成されます。

アミノ酸の進化

すべてのアミノ酸は4つの原子から作られています。現在発見されているアミノ酸は約500種類で、進化の過程で炭素、水素、窒素、酸素(一部硫黄)が結びつきながら、微妙に形を変えて新しいアミノ酸を作り出してきました。その結果、様々な生命体を生み出し、「人間」が最も進化したのです。

人体は500種類のアミノ酸のうち20種類、体内で合成できない必須アミノ酸9種類、体内で合成できる非必須アミノ酸11種類でつくられています。それが様々に組み合わさり10万種のタンパク質を合成しています。

アミノ酸の発見

1806年フランスで、アスパラの芽から最初のアミノ酸が発見され「アスパラギン」と名づけられました。その後、尿結石から「システイン」、ゼラチンから「グリシン」、羊毛から「ロイシン」、小麦のグルテンから「グルタミン酸」が見つかり、1935年にはタンパク質を構成するすべてのアミノ酸が判明しました。

日本では1908年(明治41年)、味の素が昆布からうまみ成分である「グルタミン酸」の抽出法を確立し、商品化したのがスタートです。スポーツ界に登場したのは1970年代からで、健康体力研究所、明治製菓、森永製菓がスポーツサプリメントの初期市場を形成しました。本格的にスポーツサプリメントが認知されてきたのが、ここ10~20年ほどの健康志向や中高年者のスポーツ人口の増加によるものです。

アミノ酸様物質と種類

アミノ酸は6つの分類方法があります。ここでは必須アミノ酸と非必須アミノ酸、アミノ酸が変化した形、タンパク質になる・ならないアミノ酸を説明します。詳しくは「アミノ酸の効果一覧」をご覧ください。

「必須アミノ酸」と「非必須アミノ酸」種類と働き

必須 バリン 筋肉の修復、筋力増強、筋エネルギー代謝
ロイシン 筋力強化、筋エネルギー代謝、 血糖安定、
イソロイシン 筋肉の修復、筋エネルギー代謝
リジン 成長ホルモンを促進、損傷修復・筋力向上、疲労回復、脂肪燃焼
メチオニン 血中コレステロール値を低下、肝機能向上、老化防止、活性酸素を取り除く、アレルギー症状の改善、うつ症状の改善
フィニルアラニン  記憶力アップ、鎮痛効果、皮膚疾患の緩和
トリプトファン 不眠解消、鎮痛効果、集中力や記憶力のアップ、アンチエイジング、
ヒスチジン 慢性関節痛の緩和、成長促進、ダイエット効果、ストレス軽減
スレオニン 脂肪肝の予防、胃腸炎改善、新陳代謝促進、
非必須 チロシン 集中力アップ、うつ症状の改善、自律神経調整、精神安定、
システイン メラニン色素の産生抑制、抗酸化作用、だるさ、二日酔い予防、美肌
アスパラギン エネルギー代謝 、疲労回復、アンモニア解毒
アスパラギン酸 エネルギー代謝 、疲労回復、アンモニア解毒
セリン  認知症の予防、睡眠の質向上、美肌など
グルタミン 糖代謝促進、DNA・RNAの原料、 大腸の蠕動運動のエネルギー源、
グルタミン酸 腸管から吸収されず、腸のエネルギーとして利用される
プロリン コラーゲン原料、保湿作用、弾力性、脂肪燃焼
グリシン コラーゲンの主要成分、基礎代謝アップ、燃焼系、筋力アップ、美肌
アラニン 糖代謝促進、脂肪燃焼、肝臓機能向上、頻尿予防
アルギニン 血管の老化防止、肥満改善、筋力アップ、疲労回復、コレステロール抑制
その他 オルニチン  成長ホルモンの働き促進、睡眠の質向上、コラーゲン合成の促進
シトルリン  むくみ解消、筋肉増強、精力増強、集中力・記憶力アップ、美肌
クレアチン  激しい運動での酸欠状態・エネルギー代謝不全の時のエネルギー源

アミノ酸様の仲間たち

 アミノ酸  500種類あるアミノ酸のうち、人間は20種類から作られる
 ペプチド  アミノ酸が数個~数十個結合したもの、アミノ酸とは違う働きがある
 タンパク質  アミノ酸が数十個~数万個結合したもので10万種類ある。体重の約20%
 アミン類  アミノ酸の分子の一部が、酵素などの影響で変質したもの
例1:ヒスチジン(アミノ酸)が脱炭酸化するとヒスタミンになる
例2:チロシン(アミノ酸)が脱炭酸化などを経てアドレナリンになる
 酵 素  タンパク質の一種で、他の物質の分解やアミノ酸を別のものに変える

上記はアミノ酸の構成や結合の違いです。同じアミノ酸でも、並び順が変わると別の成分になります。アルファベットに例えると、camとmac、topとpotなど、スペル順が変わることで意味も変わります。

タンパク質の合成アミノ酸と遊離アミノ酸

食べたタンパク質は消化され、アミノ酸やペプチド(アミノ酸複合体)として小腸で吸収されます。それらのアミノ酸はタンパク質に「成るもの」「成らないもの」「成れないもの」の3パターンがあります。

タンパク質に「成るもの」は、肝臓や細胞に運ばれて、DNAの設計図に従いタンパク質に再合成されます。「成らないもの」「成れないもの」は、遊離アミノ酸として単独や複合体で働きます。「遊離アミノ酸」は肝臓や各器官に貯蔵されるか、血中を浮遊します。その後、単独や他の成分と結合して代謝に使われます。

タンパク質に「成れない」アミノ酸は、オルニチンやクレアチンなどの必須でも非必死でもないアミノ酸のことです。他のアミノ酸やビタミン・ミネラルと協働して、さまざまな効果を発揮します。

代謝2つの種類

「代謝」とは、体内で起こる化学反応のことで、物質(栄養)を必要に応じて変化させることを言います。代謝には2つの種類があります。またよく聞く新陳代謝は、古い細胞が新しく入れ替わるという意味です。

  1. エネルギーを作りだす代謝
  2. エネルギーを使って、エネルギー以外のものを作る代謝

1はエネルギー代謝のことを指し、2は主にタンパク質合成を指します。ここからは糖や脂質のエネルギー代謝とアミノ酸について説明していきます。エネルギー代謝の詳しい説明はこちらで!

エネルギー代謝とアミノ酸

アミノ酸はエネルギー代謝に「原料」や「スタッフ」として関わっています。スタッフとしては、糖質(炭水化物)、脂質、タンパク質(アミノ酸)のすべての代謝サイクルに関与しています。

エネルギー代謝の仕組み

エネルギー代謝メカニズム

エネルギー代謝とは、エネルギー物質「ATP/アデノシン3リン酸」をつくる工程をいいます。原料は「糖質」「脂質」「タンパク質」の3種類で、原料によって製造システム(サイクル・回路)が異なります。

ATPはアデニン(塩基)に3つのリンが結合していて、エネルギーを抱えている状態です。ATPからエネルギーが放出されると、リンが1つなくなりADPになります。Tはトリプル、Dはダブルを意味します。

2つのエネルギー代謝システム

エネルギー代謝は、大きく分けて「無酸素型」と「有酸素型」の2つに分けることができます。

「無酸素代謝」の特徴 「有酸素代謝」の特徴
解糖系サイクル、クエン酸リン酸回路 クエン酸サイクル(TCP回路)、電子伝達系
細胞内ミトコンドリア外(細胞質基質)で製造 細胞内ミトコンドリア内で製造
エネルギー代謝が早い(クエン酸回路の100倍) エネルギー代謝の開始が遅い
糖質「グリコーゲン」のみを原料とする
無酸素で代謝(嫌気系代謝) 有酸素で代謝(好気系代謝)
生産量が少ない(2ATP) 生産量が多い(36ATP)
産生時間が短い(瞬発系に優位) 産生時間が長い(持久系に優位)

 糖代謝のシステム

解糖系システムの役割

糖質のエネルギー代謝システムを「解糖系」といいます。解糖系は糖質から「ピルビン酸」をつくる反応ルートで、1グルコースから2つの「ピルビン酸」がつくられます。その過程で2つのATPを発生させます。

食べた糖質は分解されて、グルコース(単糖・ブドウ糖)として吸収されます。吸収されたグルコースは、血液に運ばれ細胞内に届けられます。そこで解糖系(10の代謝工程)を経て「ピルビン酸」になります。

その後ピルビン酸は、酸素があればミトコンドリアに取り込まれ、有酸素代謝によって最終的に38のATP/1グルコースを発生させます。酸素がなければピルビン酸は「乳酸」に変わり身体を酸化させます。

解糖系システムの特徴

 

グルコース・アラニン回路

 

 クエン酸回路

◆最終形:グルコース、または
グルコース→ピルビン酸→アセチルCoA

◆特 徴:最も早くエネルギーに変換できる。激しい運動ほど糖代謝が活発化する。

◆貯 蔵:貯蔵は一時保管で許容は多くない。すぐに使わないグルコースは「グリコーゲン」という形で筋肉や肝臓に保管。筋肉では筋肉量の1~2%(約300g)、肝臓では肝臓量の8%(約100~120g)が貯蔵量の限界。保管量が多くなったり長期化すると、脂肪に変換して長期保存体制になる。一度脂肪化すると二度グルコースには戻れない。

◆回路①:「解糖系」グルコースから直接ATPを作り出すためエネルギー化が最も早い。しかし効率が悪く1グルコースで2ATPしか作れない。副産物として乳酸とピルビン酸を生産する。

◆回路②:「クエン酸回路」(TCAサイクル)、細胞のミトコンドリア内にあり、解糖系で発生したピルビン酸をアセチルCoAに変化させ原料とする。1グルコースで36のATPを生産するが、解糖系と比べるとエネルギー化に若干時間がかかる。

◆補 足:糖の代謝にはアミノ酸、アミノ酸から作られる酵素、ビタミン類が欠かせない。詳細は下記参照

脂肪代謝

 ◆最終形:脂肪酸・グリセロール・ケトン体

 ◆特 徴:有酸素運動時は脂肪系エネルギーが優位に使われる。特に激しくないスローな運動や基礎代謝などだ。脂肪は効率的な代謝のために変化するケトン体によって血液を酸化していく。

◆貯 蔵:脂肪、主に中性脂肪として蓄えられ貯蔵量に限界はない。

◆回 路:「クエン酸回路」(TCAサイクル)、中性脂肪が分解されてグリセロール1つと脂肪酸3つができる。脂肪酸は血管を通って各細胞に運ばれクエン酸回路に届けられる。クエン酸回路には多くの脂肪酸が入れないため、ケトン体に変身して回路内に進入する。ケトン体は酸化物資でもあり、脂肪酸が増えるほどケトン体も増え酸化が促進される。(脂肪酸→β-酸化→アセチルCoA→ケトン体)

タンパク質代謝

◆最終形:アミノ酸→グルコース

 ◆特 徴:血中の糖濃度が低下すると、筋タンパク質を分解グルコース(ブドウ糖)に変換する。

◆貯 蔵:筋繊維としてタンパク質を保持する。

◆回 路:糖代謝と同じ経路を通る。

◆補 足:過剰に食べたタンパク質は、酵素によりアミノ酸の中にある窒素が取り除かれ、糖や脂肪に変換される。糖はグリコーゲンになって肝臓や各組織で蓄えられ、更に余ったものは脂肪になる。しかしタンパク質からのエネルギー化は、多くの酵素と大量のエネルギーを使うため、エネルギー源としては不経済。また一度糖や脂肪になるとタンパク質には戻れない。

 ◆エネルギー代謝に必要なアミノ酸: BCAA、グルタミン、グルタミン酸、アスパラギン酸、アルギニン、アラニンなど 
 ◆エネルギー代謝に必要なビタミン等: ビタミンB1・B2・B6、ビタミンC、ナイアシン、パントテン酸、葉酸、鉄など

欠乏すると生命危機!必須アミノ酸

これが不足すると、全てのアミノ酸の機能が低下する。1つでも無くなるとタンパク質合成はストップする。つまり死を意味する。体内では作れず、必ず外からとり入れなくてはならない必須アミノ酸は9種類、体内で作れる非必須アミノ酸は11種類ある。但し子供は非必須アミノ酸のアルギニンが作れないので、子供のうちは必須非必須ともに10種類となる。

体内でつくる非必須アミノ酸をつくるアミノ酸
・グルタミン酸からはアラニン、アスパラギン酸、セリン、アルギニン、グルタミンが、
・アスパラギン酸からはアスパラギンが、
・メチオニンとセリンからはシステインが、
・フェニルアラニンからはチロシンが作られる。

 運動に欠かせないBCAA

「筋肉系アミノ酸」の代名詞。筋膜はコラーゲン、筋原繊維はアクチンとミオシンというタンパク質から出来てる。このアクチンとミオシンの主要成分がバリン、ロイシン、イソロイシンだ。この3つのアミノ酸は分岐鎖という同じ特徴をもっていて、通称「BCAA」と呼ばれている。運動は、筋肉と関節を動かし、エネルギーを消耗する活動だ。このレベルが運動能力に直結する。

 筋肉への影響 筋繊維の原料として筋力を強化する。痛めた筋肉を修復する。
 エネルギーへの影響 糖質が欠乏したとき、筋タンパク質を分解して糖(グルコース)に変換させるが、BCAAはその身代わりとなって筋タンパク質の破壊を抑える。またグルコースの代謝を促進させ、エネルギー生産を効率化する。

 

運動の質を高める「コラーゲン」

筋肉(膜・繊維)、骨、軟骨、靭帯、腱、血管などをつくるコラーゲン。それらの強度化や補修は、コラーゲンをとることで加速化されることが分かっている。コラーゲンの主成分はグリシン、プロリン、リジン、アラニンだ。しかしコラーゲンには他のタンパク質にはないヒドロキシプロリン、ヒドロキシリジンという特殊アミノ酸をもっている。これらは体内合成もされるが、効率的にコラーゲンを体内合成するのであれば、コラーゲンをペプチド状態で摂取するのが理想的だ。また体内合成するにはビタミンCが必須となる。

 コラーゲンを構成するアミノ酸 グリシン33%、プロリン&ヒドロキシプロリン21%、アラニン11%、ほか リジン、ヒドロキシリジンなどのアミノ酸
 コラーゲンを合成するビタミン  ビタミンC(ヒドロキシ化に必須)

コラーゲンを詳しく知りたい方は、コラーゲン完全ガイドを参考に!

アミノ酸のFAQ

アミノ酸について

Q:アミノ酸って何ですか?

タンパク質の構成員です。それ以外は遊離アミノ酸として単独で代謝などの働きをします。

Q:アミノ酸の種類は?

アミノ酸は地球上で約500種類発見されています。しかし動物の体を構成するのは20種類だけです。そのうちの9種類が体内では合成できない必須アミノ酸、残りの11種類は体内でも作れる非必須アミノ酸。

アミノ酸の摂取について

Q:1日のタンパク質の必要量は?

厚生労働省「日本人の栄養所要量―食事摂取基準」によると成人男性70g、女性は55gとされている。

Q:1日のタンパク質の分解・合成量は?

タンパク質量の2%(約180g)が、毎日入れ替わる。

Q:アミノ酸はいつ摂ったらいいのですか?

食事でとる場合は運動後が効率的ですが、サプリメントでとる場合は運動前が効果的です。しかし複数回摂取できるのであれば、サプリメントで運動前・運動中・運動後が理想的です。

Q:アミノ酸はどれだけ摂ったらいいですか?

その人の運動量によって大きく変わります。ちなみにBCAAでいえば通常2~4g/日といわれています。WHO(世界保健機構)も推奨量を公表していますが、運動をしている人が対象ではないので、あまり参考にはなりません。通常量を大きく上回らない程度で、適量を確認してください。

Q:アミノ酸を摂り過ぎ点問題ありませんか?

問題です。アミノ酸は分解物としてアンモニアを発生させます。アンモニアは毒性があり肝臓などに負担をかけることになります。不要な過剰摂取はお控えください。

Q:アミノ酸の効果を高める方法はありませんか?

総合ビタミン+総合ミネラルを事前に摂取しておくことで、アミノ酸を無駄なく活用することができます。特にエネルギー代謝や疲労回復にはビタミンB群が重要です。ビタミンの詳しい説明はビタミン・ミネラル完全ガイドを参考にしてください。

Q:食事でタンパク質をとっているから、アミノ酸は必要ないのでは?

確かに、食事からすべてのアミノ酸をとることができます。実際にとれている方も多いでしょう。しかし、タンパク質に含まれるアミノ酸の量は10~30%、消化吸収には3~6時間かかり、その3割が使われることなく廃棄される。しかも年齢を重ねると吸収率が低下するため、意図した機能性を得ることが難しくなる。アミノ酸でとった場合、30分ほどで機能を果たしてくれる。健康のためにするスポーツも、栄養が不足していると体に害を与える。スポーツをされる方や体調不良の方は、アミノ酸を上手に活用してもらいたい。

Q:タンパク質の再利用率

約70%(30%以上は利用されず排出される)

Q:サプリメントで摂ったほうが良いのですか?

食事での摂取が基本です。しかし食事の場合は、消化吸収されるまでに3~6時間ほどかかります。そのため即効性や目的にあった摂取は難しく、サプリメントの活用が重要となります。

Q:サプリメントで摂ると悪い影響はありますか?

過剰摂取と依存の問題があります。過剰摂取は発生する毒素の解毒許容を超える恐れがあり、体調不良や疲労の蓄積が問題になります。また依存では、本来食事からとることが基本ですが、頼り過ぎることで本体の消化吸収能力が低下する可能性もあります。バランスのとれた適量、さらにはビタミンやミネラルも合わせてとることをおすすめします。

 目的別のアミノ酸活用術

持久力をアップさせるアミノ酸+
筋肉の修復と増強をするアミノ酸+
瞬発力をアップさせるアミノ酸+

やる気がドンドン上がるアミノ酸+
捻挫の早期に回復させるアミノ酸+
骨折を早く治すアミノ酸+の効果+

関節痛を解消するアミノ酸+の効果+
靭帯損傷を早く治すアミノ酸+の効果+
筋肉疲労を解消するアミノ酸+の効果+

脳疲労を解消し、働きをよくするアミノ酸+
体脂肪を燃やす効果を高めるアミノ酸+
基礎代謝を上げ脂肪燃焼効率を上げるアミノ酸+

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快適な睡眠の得るアミノ酸+
爪を健康でキレイにするアミノ酸+

詳しくは「賢い人のアミノ酸活用術」へ

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