炭水化物代謝
血糖調節(glucoregulation、糖質調節、糖調節とも呼ぶ)とは、体内のグルコース濃度を一定に保つことである。
膵臓から分泌されるホルモンは、グルコースの代謝全般を調節する。インスリンとグルカゴンは、血液中のグルコース濃度を一定に保つことに関与する主要なホルモンであり、それぞれの分泌量は、現在利用可能な栄養素の量によって制御される。血液中に分泌されるインスリンの量とそのインスリンに対する細胞の感受性の双方が、細胞が分解するグルコースの量を決定する。グルカゴン濃度の上昇は、グリコーゲン分解を触媒する酵素を活性化し、グリコーゲン合成を触媒する酵素を阻害する。逆に、血中のインスリン濃度が高いと、グリコーゲン合成が促進され、グリコーゲン分解が抑制される。
循環グルコースの濃度(非公式には血糖値として知られる)、および十二指腸での栄養素の検出が、グルカゴンまたはインスリンの分泌量を決定する最も重要な要因である。血糖値が低いとグルカゴンの分泌が促進され、血糖値が高いと細胞を刺激してインスリンを分泌させる。循環グルコース濃度は、食事からの糖質摂取量によって大きく影響を受けるため、食事はインスリンを介して代謝の主要な側面を制御している。ヒトの場合、インスリンは膵臓のβ細胞によって作られ、脂肪は脂肪組織細胞に蓄えられ、グリコーゲンは肝細胞によって必要に応じて貯蔵または放出される。インスリンの濃度とは関係なく、筋肉細胞の内部に貯蔵されたグリコーゲンから血液中にグルコースが放出されることはない。
これらの基質として、タンパク質の分解からは糖原性アミノ酸が(ケト原性アミノ酸は含まない)、脂質(トリグリセリドなど)の分解からはグリセロールや奇数鎖脂肪酸が(偶数鎖脂肪酸は含まない。後述)、その他の代謝からはコリ回路からの乳酸があげられる。長期間の絶食状態では、ケトン体に由来するアセトンも基質となり、脂肪酸からグルコースへの経路を提供することができる。ほとんどの糖新生は肝臓で行われる、糖尿病や長期の絶食では腎臓による糖新生の相対的寄与が高くなる。糖新生経路は、ATPまたはGTPの加水分解と共役するまでは、高度な吸エルゴン反応(吸エネルギー性)であり、事実上このプロセスを発エルゴン反応(発エネルギー性)にさせる。たとえば、ピルビン酸からグルコース-6-リン酸に至る経路が自発的に進行するためには、4分子のATPと2分子のGTPが必要である。これらのATPはβ酸化による脂肪酸代謝(英語版)から供給される。
炭水化物代謝(たんすいかぶつたいしゃ、英:Carbohydrate metabolism)とは、生体内における炭水化物の代謝的な形成(同化という)、分解(異化という)、および相互転換に関与する生化学的プロセス全体のことである。糖代謝または糖質代謝とも呼ばれる。
炭水化物(糖質、糖類とも呼ぶ)は多くの重要な代謝経路の中心を担っている。植物は、光合成によって二酸化炭素と水から炭水化物を合成し、太陽光から吸収したエネルギーを体内に蓄えることができる。動物や菌類が植物を食べると、細胞呼吸によってこの蓄えられた炭水化物を分解し、細胞がエネルギーを利用できるようになる。動物や植物も、放出されたエネルギーをアデノシン三リン酸(ATP)などの高エネルギー分子の形で一時的に貯蔵し、さまざまな細胞プロセスで利用する。
ヒトはさまざまなな炭水化物を摂取することができ、消化によって複雑な炭水化物が単純なモノマー(単糖)であるグルコース、フルクトース、マンノース、ガラクトースに分解する。単糖は腸で吸収された後、門脈を通って肝臓に運ばれ、そこでグルコースを除くすべての単糖(フルクトース、ガラクトース)もグルコースに変換される。グルコース(血糖とも呼ぶ)は組織内の細胞に分配され、そこで細胞呼吸によって分解されるか、グリコーゲンとして貯蔵される。細胞呼吸(好気呼吸)では、グルコースと酸素が代謝されてエネルギーを放出し、二酸化炭素と水が最終生成物となる。