ATPとは、あなたの身体の中にたくさん存在している、エネルギーを輸送する分子のことです。
あなたが食べ物を食べると、食物に含まれる成分を利用して、細胞の中でATPが作り出されます。
そして、ATPは、あらゆる細胞活動に使用されます。
あなたが手足を動かしたり、身体を使って運動したり、読んだり話したりできるのも、すべてあなたの体内で作り出されたATPのおかげです。
今回の記事では、Ask the Scientistsの中から、先鋭のサイエンス・ライター：シドニー・スプラウス氏の執筆による科学記事をもとに、細胞が作り出す不思議なエネルギー「ATP」について、一緒に見ていきましょう。
- 質問1： ATPとは何ですか？
- 質問2： ATPとは、どのような種類の分子なのですか？
- 質問3： どのようにしてATPはエネルギーを輸送するのでしょうか？
- 質問4： ATPはどこから来るのでしょうか？
- 質問5： 細胞エネルギーの産生はどこで行われているのですか？
- 質問6： ミトコンドリアとは何ですか？
- 質問7： 細胞が作り出すATPの量はどのくらいでしょうか？
- 質問8： すべての細胞でATPは使用されるのでしょうか？
- 質問9： すべての食べ物はATPに変換されますか？
- 質問10： どんな栄養素が細胞エネルギーの産生をサポートするのでしょうか？
- 【まとめ】ATPのパワー、それは身体を回復させ、今日を元気に乗り切るための細胞エネルギー
- 原文の著者について
@USANA - THE HEALTHIEST FAMILY ON EARTH
出典：Ask the Scientists
https://askthescientists.com/cellular-energy-production/
指をパチンと鳴らしても 、食べ物をエネルギーに変えることはできません。
あなたが食べ物を食べることで作り出される細胞エネルギーの産生は、とても効率的で効果的であり、容易に行われているように思えるかもしれません。
しかし、あなたの体の中で最も重要な分子の1つは、細胞のエネルギーを生み出そうとして、実際には一生懸命に取り組んでいます。
あなたは、もしかしたら、ATPやアデノシン三リン酸といった、この重要な分子について、今まであまり聞いたことがなかったかもしれません。
さあ、今回の記事を通して、この驚くべき分子であるATPに、ふさわしいスポットライトを当ててみましょう。
何と言っても、ATPがエネルギーである理由は、あなたが食べ物を食べることで、あなたの細胞によって行われるすべてのタスクを完了するために使用され得るものである、ということです。
参考記事（英語版）：Ask the Scientists
HUMAN CELL CLEANUP: CELLULAR DAMAGE CONTROL WITH AUTOPHAGY AND MITOPHAGY
参考記事（日本語訳）：
細胞シグナル伝達 どのようにして細胞たちはお互いにコミュニケーションし合うのか - True Health Journal
このエネルギー伝達体は、筋肉、皮膚、脳など、身体のあらゆる細胞に存在します。
基本的に、ATPは、細胞エネルギーを起こさせるものです。
しかし、細胞エネルギー産生は、複雑なプロセスです。
でも、安心してください、幸いにも、この難しい概念を理解するために、あなたが科学者になる必要はないのです。
今回ご紹介する、以下の10の質問を読み終えると、知識の基盤を築くための簡単な答えを得ることができます。
その基本について学び始めましょう。
そして、ATPに関連する化学の基本的事実にまで、最大限に学びを深めていきましょう。
質問1： ATPとは何ですか？
ATPは、あなたの身体の中で最も豊富なエネルギー輸送分子です。
それは、食物分子の中にある化学エネルギーを活用して、そして、それを放出し、細胞内の仕事に燃料を供給します。
たとえば、ATPを、あなたの身体の中の細胞のための共通の通貨だとイメージしてみてください。
あなたが食べる食物は、主要栄養素の小さなサブユニット、つまり、小さな分子の集まりとなって、消化されます。
あなたの食事中に含まれる炭水化物は、すべて、ブドウ糖と呼ばれる、単純なグルコースに変換されます。
この単純な糖質であるブドウ糖は、多くの細胞エネルギーを「購入する」力を持っています。
しかし、細胞は、支払い方法としてブドウ糖を受け入れません。
なので、あなたの細胞は、ブドウ糖を細胞内で使用可能な共通通貨に変換する必要があります。
ATPは、その通貨交換において使用することのできる通貨です。
あなたの身体の通貨交換、つまり、化学反応の複雑な連鎖を通して、グルコースはATPに変換されます。
この変換プロセスは、細胞呼吸、または、代謝と呼ばれます。
ある通貨から次の通貨へ、まるで通貨を交換するかのように、グルコースからエネルギーへと変換する各反応の終わりに、一時的な化合物の形体になります。
そのエネルギーがATPに落ち着く前に、グルコースは他のいくつかの化合物に変化します。
難しく考えなくても大丈夫です。
エネルギー交換連鎖に含まれるこれらの化合物のいくつかは、質問4で詳しく説明しますので、ご安心ください。
質問2： ATPとは、どのような種類の分子なのですか？
アルファベット表記のATPは、adenosine tri-phosphate、アデノシン三リン酸を意味しています。
この長い名前は、糖鎖とリン酸鎖に結合した核酸（タンパク質）に変換されます。
リン酸鎖は、互いに結合したリン原子と酸素原子のグループです。
1つの素晴らしい事実として言えることは、ATPは遺伝物質に含まれるタンパク質とよく似ている、ということです。
参考記事：Ask the Scientists GENETICS 101
https://askthescientists.com/genetics/
質問3： どのようにしてATPはエネルギーを輸送するのでしょうか？
リン酸鎖は、ATP分子のエネルギー運搬の一部分です。
この連鎖に沿って進行している主要な化学があります。
ここで、何が起こっているのかを理解するために、シンプルな化学の法則を見てみましょう。
まず、原子と分子の間に結合が形成されると、エネルギーが蓄えられます。
このエネルギーは、強制的に解除されるまで、化学結合として保持されます。
化学結合が解除されると、エネルギーが放出されます。
そして、ATPの場合、それはたくさんのエネルギーが放出されます。
このエネルギーが細胞の働きをサポートします。
過剰なエネルギーは、熱になって身体から出て行きます。
ATPの化学結合は非常に強力です。
なぜなら、リン酸鎖を形成している原子は、特に負（マイナス）に帯電しているからです。
これは、負電荷が、正電荷を帯びた分子と対（つい）と成るものを常に探している、ということです。
リン酸鎖を離れることで、これらの分子は負の電荷のバランスを取ることができ、ようやく待ち望んでいたバランスを作り出すことができます。
したがって、負に帯電したリン酸鎖を無傷に保つためには、多くのエネルギーが必要です。
そのすべての牽引力、電荷のバランスを保持するために引き付けていたエネルギーが、役に立つことになります。
なぜなら、リン酸鎖が正に帯電した力によって破壊されると、その大きなエネルギーの蓄積が細胞の内側に放出されるからです。
質問4： ATPはどこから来るのでしょうか？
ATPが細胞にパワーを供給するためには、グルコースがエネルギーの交換を開始しなければなりません。
ATPを産生する最初の化学反応は、解糖系（glycolysis）と呼ばれます。
その名前は、文字通り、これは「ブドウ糖をバラバラにする」ことを意味します。
（glyco =ブドウ糖、lysis = breakはばらばらにするの意）
解糖系は、グルコース分子を分割し、ピルビン酸と呼ばれる小さな化合物を作成するためにタンパク質に依存しています。
ここで、エネルギー通貨がグルコースとATPの間で取り込む、一時的な形体を思い出してみましょう。
ピルビン酸は、エネルギー交換反応における、次の主要化合物です。
ピルビン酸が生産されると、それはエネルギー生産のみを扱う細胞内の専門の器官に移動します。
その専門の器官は、ミトコンドリアと呼ばれています。
参考記事（英語版）：Ask the Scientists
HUMAN CELL CLEANUP: CELLULAR DAMAGE CONTROL WITH AUTOPHAGY AND MITOPHAGY
参考記事（日本語訳）：
オートファジーとミトコンドリアのマイトファジーが細胞損傷をコントロールする - True Health Journal
ミトコンドリアでは、ピルビン酸は二酸化炭素とアセチル・コエンザイムA（略してCoA）と呼ばれる化合物に変換されます。
この段階で発生した二酸化炭素は、あなたが呼吸して息として吐き出すと放出されます。
そして、アセチル・コエンザイムA（CoA）は、ATPを産生するためのプロセスを進めます。
次の化学反応では、アセチルCoAを使用して、追加の二酸化炭素と、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NADH）と呼ばれるエネルギー輸送分子を生成します。
NADHは、特別な化合物です。
ここで、思い出してみましょう、
反対のものを引き寄せる方法とは、どのようなものでしたでしょうか。
そして、負に帯電した化合物は、正電荷と一緒にエネルギーのバランスを取ろうとしている、ということを思い出してみてください。
NADHは、負に帯電した分子の一つであり、それは正電荷を持つパートナーを探しています。
NADHは、ATP産生における最終段階で役割を果たします。
それがアデノシン三リン酸（ATP／adenosine tri-phosphate）になる前に、
アデノシン二リン酸（ADP／adenosine di-phosphate）として開始するプロセスになります。
NADHは、ADPが強力なパワーを宿したATPを産生するのを助けます。
NADHの負電荷は、ATPを産生する特別なタンパク質をオンにします。
参考記事：Ask the Scientists
BUILD YOUR KNOWLEDGE ABOUT PROTEIN AND AMINO ACIDS
このタンパク質は、ADPと1つのリン酸分子を結合させてATPを形成する、非常に強力な磁石のように作用します。
この化学結合がどれほど強いか、もうおわかりですね。
今、それは解放される準備ができているたくさんのパワーで満ちています！
「ATPは充電式バッテリーである」とイメージしてみると、参考になるかもしれません。
それは、高エネルギーと低エネルギーのサイクルを通ります。
ATPは、フルパワーのバッテリーのようなもので、結合が壊れるとエネルギーが消耗します。
バッテリーを再充電するには、新しいつながり、新しい結合を作る必要があります。
NADHは、ADPとリン酸を結び付けるタンパク質を動かすので、それはエネルギーサイクルを回転させる装置のようなものです。
NADHは、常にATPバッテリーを充電するので、再び使用する準備が整います。
これらの結合は、絶えず作られ、そして、破壊されます。
食物から得られるエネルギーは、ATPに蓄えられるエネルギーに変換されます。
そしてそれは、あなたの細胞が、あなたの健康を維持するために働き続ける力をどのように保っているか、ということになります。
質問5： 細胞エネルギーの産生はどこで行われているのですか？
ATPの産生は、身体の細胞全体で起こります。
ブドウ糖が腸で消化されるとき、そのプロセスが始まります。
次に、細胞に取り込まれ、ピルビン酸に変換されます。
その後、細胞のミトコンドリアに移動します。
ミトコンドリアが、最終的にATPが産生される場所になります。
質問6： ミトコンドリアとは何ですか？
細胞の原動力として知られるミトコンドリアは、ATPがADPとリン酸から形成されるところです。
NADHによって活性化された特別なタンパク質が、ミトコンドリアの膜に埋め込まれています。
それらは絶えず細胞を動かすために必要なATPを産生しています。
質問7： 細胞が作り出すATPの量はどのくらいでしょうか？
あなたの体の中の細胞の数は、驚異的なほど、たくさん存在しています。
その数は、具体的には37.2兆個です。
そして、典型的な細胞によって産生されるATPの量は、まさに数え切れないくらい膨大な量になります。
どの時点でも、1個の細胞の中で約10億分子のATPが利用可能です。
あなたの細胞はまた、驚くべき速度で、そのすべてのATPを使い果たします。
細胞は、わずか2分で、ATPの貯蔵を完全に代謝回転（ターンオーバー）させてしまうのです！
質問8： すべての細胞でATPは使用されるのでしょうか？
あなたのすべての細胞がATPを使用するだけでなく、すべての生物は細胞のエネルギー通貨としてATPを使用します。
ATPは、すべての細胞の細胞質に見られます。
細胞質は、細胞の中心にある空間です。
それは、細胞質基質と呼ばれる物質で満たされています。
細胞質には、ミトコンドリアを含めて、さまざまな種類の細胞装置である細胞小器官が含まれています。
ATPが産生されると、ATPはミトコンドリアを離れて、細胞全体を移動し、割り当てられたタスクを実行します。
質問9： すべての食べ物はATPに変換されますか？
最終的には、脂質、タンパク質、炭水化物は、すべて細胞エネルギーになります。
細胞エネルギーになっていくプロセスは、それぞれの主要栄養素で同じではありませんが、最終的な結果として、細胞にパワーをもたらします。
脂質やタンパク質がATPに変換される指令を出していくことは、簡単なことではありません。
糖質 グルコース
糖質と単純な炭水化物は、簡単に説明できます。
化学結合はバラバラになり、食事からのすべての糖質をグルコースに還元します。
そして、グルコースが、ATP産生を開始します。
脂質 タンパク質
脂質とタンパク質は、細胞エネルギー産生に参加する前に、より単純なサブユニット、つまり、小さな単位に分解する必要があります。
脂質は、脂肪酸とグリセロールに化学的に変換されます。
タンパク質は、アミノ酸というタンパク質の構成要素にスリム化されています。
参考記事：Ask the Scientists
UNDERSTANDING THE FACTS ABOUT DIETARY FAT
アミノ酸、脂肪酸、グリセロールは、ATP産生経路で、グルコースと結合します。
それらは、途中で、他の中間化合物を細胞に供給するのをサポートします。
食物繊維はATP産生には使用されない
食物繊維のように、消化されず、ATP産生に使用されない栄養素があります。
あなたの身体は、食物繊維を完全に分解するのに適切な酵素を備えていません。
なので、その食物繊維は、消化器系を通り抜けて、そして、老廃物として身体から排出されます。
でも、心配しないでください。
食物繊維が消化されなくても、ほかの食べ物がATPに変換されるため、身体はエネルギーに満ちています。
質問10： どんな栄養素が細胞エネルギーの産生をサポートするのでしょうか？
細胞エネルギーを維持することは、健康にとって非常に重要な要素です。
なので、多くの栄養素は、補助的な役割を果たします。
いくつかの栄養素は、必須栄養素として分類されています。
そして、これらの栄養素の多くは、あなたの健康的な食事における身近なものになるでしょう。
以下は、健康的な細胞エネルギー産生をサポートするのに役立つ、摂取必要な主要栄養素です。
- ビタミンB1（チアミン）
- ビタミンB2（リボフラビン）
- ビタミンB3（ナイアシン）
- ビタミンB5（パントテン酸）
- ビタミンB7（ビオチン）
- ビタミンB12（コバラミン）
- ビタミンC（抗酸化作用）
- ビタミンE（抗酸化作用）
- コエンザイムQ 10
- αリポ酸
- 銅
- マグネシウム
- マンガン
- リン
参考記事：Ask the Scientists
UNDERSTANDING CARBOHYDRATES, SUGAR, AND FIBER
【まとめ】ATPのパワー、それは身体を回復させ、今日を元気に乗り切るための細胞エネルギー
ATP産生経路、つまり、ATPという分子を創り出すプロセスがなければ、あなたの身体は使用されなかったエネルギーでいっぱいになるでしょう。
こうなってしまうと、あなたの身体にも良くありませんし、あなたが活動したいように活動することができなくなってしまいます。
ATPは、普遍的なエネルギー輸送体であり、変換可能な通貨です。
それぞれの細胞がタスクを実行するために必要な、すべてのパワーを保存します。
そして、充電式バッテリーのように、ATPが産生されると、それは何度も何度も使用することができます。
今度、食べ物を食べるときには、その食べ物から得られたエネルギーを利用するために、あなたの身体が行っているすべての働きについて、考えてみるのも良いでしょう。
参考記事：Ask the Scientists
https://askthescientists.com/fitness-quiz/
それから、身体を回復させ、そして、運動したり、その日を乗り切るために、細胞エネルギーを使っていきましょう。
そして、健康的な食物を食べて燃料を補給をするならば、忙しい日の途中でATPが足りなくなる心配はありません。
https://www.brightstorm.com/science/biology/cell-functions-and-processes/cellular-energy-production/
https://en.wikipedia.org/wiki/Adenosine_triphosphate
https://en.wikipedia.org/wiki/Cellular_respiration
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/atp.html
https://www.nature.com/scitable/topicpage/cell-energy-and-cell-functions-14024533
http://www2.nau.edu/lrm22/lessons/atp/atp.html
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26882/
https://www.nytimes.com/2015/06/23/science/37-2-trillion-galaxies-or-human-cells.html
原文の著者について
シドニー・スプラウス氏 （Sydney Sprouse）は、オレゴン州フォレストグローブ在住のフリーランスのサイエンス・ライターです。
彼女は、ユタ州立大学（Utah State University）の人間生物学の学士号を取得し、学部の研究者および執筆者として働いていました。
シドニー氏は、生涯に渡って科学の学習者であり、現代の科学研究をできる限り効果的に解説することを目標としています。
彼女は、人間生物学、健康学、栄養学に関心を持って執筆しています。
※読みやすい日本語文にするために、科学記事の翻訳に際して許容範囲内で加筆または付記させていただいた箇所があります。原文につきましては上記の英文記事をご覧ください。
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