三大栄養素の基本的構造｜栄養と代謝
看護師のための生理学の解説書『図解ワンポイント生理学』より。
[前回の内容]
今回は、三大栄養素の基本的構造について解説します。
片野由美
山形大学医学部名誉教授
内田勝雄
山形県立保健医療大学名誉教授
〈目次〉
Summary
栄養素
栄養素(nutrient)とは、①生命維持に必要な物質をつくるための原料となるもの、②それらの物質の代謝および合成反応を進めるために必要であるが生体内ではつくれないものをいう。
①には糖質(sugar)、脂質(lipid)およびタンパク質(protein)があり、これらを三大栄養素という。②は、ビタミン(vitamin)および、ミネラル(mineral)などの微量栄養素である。
糖質
糖質は炭水化物(carbohydrate)ともよばれ、Cn（ H2O）mという化学式で表される。糖質が生体内で酸化（代謝）されることでエネルギーが産生され、最終的にはCO2とH2Oに分解される。
食事で摂取される糖質の代表的なものはデンプン(starch)である。
デンプンは植物の貯蔵糖質で、グルコース（ブドウ糖、単糖類）が数千個つながってできている（ヒトを含む動物の貯蔵糖質はグリコーゲン glycogen）。
デンプンは、α１→４グリコシド結合(glycosidic linkage)でグルコースが結合した直鎖成分のアミロース(amylose)（約20～25％）と、α１→６グリコシド結合でグルコースが結合した分枝成分のアミロペクチン(amylopectin)（約75～80％）とで構成される（もち米の場合は、アミロペクチンがほとんどを占める）（図１）。
脂質
生体内にある脂質は、単純脂質(simple lipids)、複合脂質(compound lipids)および誘導脂質(derived lipids)に分類される。
単純脂質には、中性脂肪(neutral fat)やコレステロールエステル〔cholesterol ester〕（コレステロールと脂肪酸がエステル結合したもので、血中で大部分のコレステロールはこの形で存在する）などがある。
中性脂肪はトリグリセリド(triglyceride)ともよばれ、エステル結合で脂肪酸３分子とグリセリン１分子が結合した化合物である（図２）。
複合脂質には、細胞膜(plasma membrane)の主要な構成要素であるリン脂質(phospholipid)があり、誘導脂質には、遊離脂肪酸(free fatty acid)、遊離コレステロール(free cholesterol)などがある。
タンパク質
ペプチド結合(peptide bond)でつながるアミノ酸(amino acid)の数がおよそ40以上の場合をタンパク質（図３）、それ以下の場合をポリペプチド(polypeptide)とよぶが、その境界は厳密なものではない（副腎皮質刺激ホルモンadrenocorticotropic hormone〔ACTH〕は、アミノ酸39個からなり、通常、タンパク質でなくポリペプチドとよばれている）。アミノ酸の数が10個程度以下の場合は、オリゴペプチド(oligopeptide)とよぶ。
タンパク質の構造には１次構造から４次構造まである。１次構造(primary structure)はアミノ酸配列順序(amino acid sequence)を表したもので、RNAの塩基配列の３つの組（コドン codon）でアミノ酸の種類が決まる。
２次構造(secondary structure)はポリペプチド鎖間あるいは鎖内の水素結合による立体配置を示したもので、代表的なものにα-ヘリックス(α-helix)構造やβ構造がある。３次構造(tertiary structure)はタンパク質の立体構造を表したもので、自由エネルギーが最小となる構造をとる。
４次構造(quartery structre)はポリペプチド鎖間の相互作用を示したもので、代表的なものにヘモグロビンのアロステリック効果(allosteric effect〕 （本来の酵素タンパク質の構造とは異質の物質が、アロステリックな部位〔＝活性部位ではない部位〕と結合し、生理機能に影響を与える現象）などがある。
[次回]
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本記事は株式会社サイオ出版の提供により掲載しています。
［出典］ 『新訂版 図解ワンポイント 生理学』 （著者）片野由美、内田勝雄／2015年5月刊行／ サイオ出版
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