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ATPとはいったい何なのか?体内における働きをわかりやすく解説

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ATPとは何か、どのようにして3つの異なる方法で生体内で作られるのか?生命活動の原動力、ATP(アデノシン三リン酸)について深掘りします。そしてその生化学的な仕組みについて、一緒に解き明かしていきましょう。

この記事を書いた人

笹森大生(ささもり・だいせい)

  • NSCA-CPT(全米エクササイズ&コンディショニング協会認定パーソナルトレーナー)
  • T-Fitness 事業責任者
  • Animal Flow Lv.1 Instructor
  • WEBライター

ATPとは?

ATPは生命のエネルギー通貨

ATPとはアデノシン三リン酸(Adenosine Triphosphate)の略称です。ATPはすべての生物・細胞においてエネルギーの貯蔵と利用に関わるため「生体のエネルギー通貨」と呼ばれています。

ATPは主に三大栄養素と呼ばれる糖質、脂質、タンパク質の代謝によって生成され、そのエネルギーは細胞が必要とするさまざまな過程で使用されます。このプロセスは細胞呼吸とも呼ばれ、主に細胞のミトコンドリアで行われます。

また、ATPはそのほかにもいくつかの回路で生成されるため、次章にてATPが作られる過程を解説していきます。

ATPが作られる過程を解説

私たちの体は、状況に応じて3つの主要なエネルギー供給システムを使ってATPを作り出し、生命維持を図っています。

それは以下の3つです。

  1. ATP-CP系(クレアチンリン酸系)
  2. 解糖系(無酸素系)
  3. 有酸素系

それぞれ基本的には同時に使われていますが、状況や条件で主な供給源が変わります。
ここではこの3つについて詳しく解説いたします。

エネルギー経路エネルギー基質用途持続時間
ATP-CP系クレアチンリン酸(クレアチン)筋力・瞬発系約10秒
解糖系糖質(グリコーゲン)筋持久系30〜60秒程度
有酸素系脂質・糖質持久系長時間

ATP-CP系(リン酸クレアチン系)

ATP-CP系(またはリン酸クレアチン系)は、筋肉細胞内で利用可能な高速エネルギー供給システムの一つです。このシステムは、非常に高強度の短時間の活動、例えばスプリントや重量挙げのようなエクスプロッシブな活動に対応するために使用されます。
ホスファゲン機構などとも呼ばれます

この時、ATP(アデノシン三リン酸)は筋肉の収縮のために必要なエネルギーを直接提供しますが、その供給量は限られています(細胞内には通常、僅かなATPがすでに存在しています)。
高強度の活動が始まると、ATPはすぐに消費されます。
その際、ATPはエネルギーを供給するために分解され、ADP(アデノシン二リン酸)とリン酸となります

そこで、ATP-CP系では、クレアチンリン酸(CPまたはPCrとも呼ばれます)がこの状況に対応します。

ATP-CP系 「ATP-ADPサイクル」


筋肉細胞内に存在するクレアチンリン酸は、自身からリン酸を剥がし、それをADPに付けてATPを再合成する役割を果たします。これにより、筋肉が短時間ですぐにエネルギーを得ることができます。このサイクルを「ATP-ADPサイクル」と呼びます。

しかし、リン酸クレアチンのストアも限られているため、その供給は数秒から最大で約10秒間しか持続しません
そのため、ATP-CP系は高強度の非常に短時間の活動に対応するための一時的なエネルギー供給システムとなっています

より長い活動に対応するためには、解糖系や有酸素系など他のエネルギー供給システムが必要となります。

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クレアチンを摂取すると筋力が上がる

上記から、クレアチンを取ると、ATP-CP系の材料となるため高強度の運動において、出力アップ・筋力アップにつながるということになります。

化学的な仕組みなのですから、クレアチンを摂取する信用性はとても高いですよね。

ぜひクレアチンを摂取して、筋力アップを狙いましょう!

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クレアチンについての解説記事も公開しているので興味のある方はぜひご覧ください。

解糖系

解糖系(または無酸素的グリコリシス、アナエロビック系)は、高強度で短期間の活動(約30秒から1分間)に対応するためのエネルギー供給システムです。

解糖系では、糖(主に筋肉内のグリコーゲンストア)が分解され、ピルビン酸という化合物を生成します。この過程は細胞質内で行われ、ミトコンドリアを必要とせず、酸素を使用しないため、比較的迅速にエネルギーを供給することができます

解糖系(グリコリシス)の過程は次のようになります。

解糖系におけるATP産生
  1. 筋肉内に貯蔵されているグリコーゲン(長鎖のグルコース分子)は、まずグルコースに分解されます。
  2. このグルコースはさらに解糖系(グリコリシス)の過程を通じて、最終的に2つのピルビン酸分子に分解されます。この過程で2つのATPが生成されます。
  3. 通常、ピルビン酸はミトコンドリアに移動し、クエン酸回路を通じてさらにエネルギーが生成されます。
  4. しかし、高強度の運動時などには、エネルギー需要が急激に増大します。これに対応するために、ピルビン酸は細胞質中で乳酸に変換されます。この乳酸変換は無酸素(嫌気的)条件下で行われます。
  5. なお、この乳酸は筋肉細胞内で再利用されたり、血流に排出されて肝臓などで代謝されたりします。乳酸が筋肉内で再利用される場合、乳酸は再びピルビン酸に変換され、有酸素条件下でさらなるエネルギー生成のために使用されます。

この一連の過程を通じて、解糖系は高強度の運動に対応するための迅速なエネルギー供給システムとなります。

つまり、解糖系は活動の初期段階や、高強度の短期間の活動において、筋肉に迅速にエネルギーを供給するための一時的なシステムとなっています。
その後の長期間の活動に対応するためには、有酸素系という別のエネルギー供給システムが必要となります。

有酸素系

有酸素系は、酸素を利用してエネルギー(ATP)を生成するエネルギー供給システムです。これはミトコンドリア内で行われ、主に中から長期間の活動に対応します。有酸素系では、解糖系で生成されたピルビン酸がさらに分解され、大量のエネルギーが生成されます。

またこの回路のことをクエン酸回路(またはTCAサイクル、クレブスサイクル)と呼び、クエン酸回路からATPが生成される流れは次のようになります。

有酸素系におけるATP産生 「クエン酸回路」
  1. 解糖系で生成されたピルビン酸がミトコンドリア内に入ります
  2. ピルビン酸はアセチルCoAに変換されます。この過程で、一つのCO2分子と一つのNADHが生成されます。
  3. アセチルCoAはクエン酸回路に入り、この過程でさらにCO2、NADH、FADH2、そしてGTP(これはATPとほとんど同じ働きをします)が生成されます。
  4. 生成されたNADHとFADH2は、電子伝達系(またはオキシダティブリン酸化)を通じて、大量のATPを生成します。

このように、クエン酸回路は解糖系で生成されたピルビン酸をさらに分解し、それにより多量のエネルギー(ATP)を生成します。

さらに、有酸素系では、脂肪やたんぱく質もエネルギー源として利用することができます。これらの栄養素は、酸素の存在下でグリコーゲンよりも大量のエネルギーを提供することができます。したがって、有酸素系は特に長時間の持久力活動(例えば、マラソン)において重要なエネルギー供給システムとなります。

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まとめ

ATPとはアデノシン三リン酸(Adenosine Triphosphate)の略で、すべての生物細胞においてエネルギーの貯蔵、利用に関わる。

また、生成方法は以下の3つがあります。

  1. ATP-CP系(クレアチンリン酸系)
  2. 解糖系(無酸素系)
  3. 有酸素系

基本的にはそれぞれ同時に使われていますが、状況や条件で主な供給源が変わります。

ATPとは?をしっかり理解すると、あなた自身のトレーニングやフィットネス活動にとても活用できるので、ぜひ繰り返し見てみてくださいね!