Speaker A
こんにちは。動画のご視聴ありがとうございます。今回は生化学の動画をどこよりも分かりやすく解説するシリーズのクエン酸回路を解説します。テスト前や授業前に直前に復習できるシリーズとして分かりやすく解説しました。生化学ってカタカナとか数字ばっかりでどうしてもつまらない、やばい、生化学勉強しなさすぎて留年しそう。CBTとか国家試験の勉強で生化学って出るの？そんな人に向けた動画です。確かにこの生化学という科目は丸暗記する科目として有名ですよね。実際にこの生化学で多くの医学生を留年させてる大学も存在します。つまりそれだけ大事ということです。しかし大丈夫です。この動画を見てくれた方は教科書では全然理解できなかった生化学の特にクエン酸回路の部分をめちゃめちゃ分かりやすく解説します。この生化学という学問は丸暗記じゃなくて実は立派な医学の一番最初の学問とも言えます。人間を構成する要素は炭素や水素でできているとか、人間は酸素を多く吸って二酸化炭素を吐いているとか、色々なことが科学の力によって判明していきました。そうすると科学者はこう思ったんです。私たちの生物そのものの体の仕組みも全ては科学式や科学反応式で表せるんじゃないか。それでできたのが生化学です。生化学の「生」というのは生物の生です。私たちの体の中で起きている科学反応が生化学という分野なんです。皆さんの自分の体のことを科学反応で理解するというのは少し難しいですが、だんだんと分かってくると楽しくなっていきます。せっかく医学部に入ったんだから医学を好きになれるように、丸暗記で苦しまないようにこの動画を作りました。そしてこの生化学を好きになれば、その後に学ぶ生理学、薬理学、そして解剖学、病理学などもすらすら理解できるようになります。ということで今回は臨床で意思をしつつ実際に医学生を指導している塾講師の観点から生化学の肝本であるクエン酸回路を分かりやすく解説していきます。クエン酸回路のテーマ、前の回路である解糖系の動画を学びたい方はこちらの動画を概要欄からご覧ください。授業に入る前に一つだけ生化学の授業のポイントを解説させてください。それは全体像を把握するということです。私の動画を普段見てる方は分かると思いますが、木を見て森を見ずで生化学の細かいところ勉強していくとだんだんと訳がわからなくなっていって他の分野との関連が分からなくなります。内容が難しいからこそ全体像を意識して、この分野の中のこの部分の中のここを勉強しているんだ。そしてこの後はこの勉強をするとか、こことここはこういう関係性があるっていうことをざっくりでもいいので全体像を学ぶということを意識してみてください。そうすることで今はここだけ覚えちゃえばいいんだな、でテスト前に細かいところを覚えておこうっていう風に勉強のプランも立てることができますので、まずはざっくりしたところから解説していきたいと思います。肩の力を抜いてぜひね、何回も何回も聞き流して自分の脳に定着させていってください。それではやっていきますが、まずは最初に解糖系の前の解糖系の復習からやっていきます。私たちは口からご飯を食べたらその炭水化物は最終的にグルコース、ブドウ糖に変換されます。そしてこのブドウ糖は血液中を移動していってエネルギーとして細胞内に移動していくんでしたよね。そしてエネルギーとして細胞内に移動した時に、そのグルコースをATPというエネルギーの通貨に変換するための回路、それが3つあるんでしたよね。1つ目が解糖系、2つ目が今回やるクエン酸回路、そして最後が何でしたか？はい、電子伝達系になります。それでは解糖系の復習を簡単にやっていきますが問題です。解糖系による化学反応は細胞の中のどこで行われるんでしたか？答えは細胞があってここに核があるとしたら核の外側、つまり細胞質、細胞質基質といいますが、ここで解糖系は行われるんでしたね。細胞の中の外と覚えてください。そしてこの解糖系によってグルコースというのは最終的に何という産物に分解されるんでしたでしょうか？それがピルビン酸というものですね。2というのはこれピルビン酸が2つできること覚えていますか？グルコースは炭素6個でできていましたがピルビン酸は3つなので割にして2つのピルビン酸ができると覚えておきましょう。そして最終的に解糖系で得られるエネルギーの通貨ATPは何個できるか？答えは2つですね。2つのATPが得られてそれがエネルギーとして利用されるということを覚えておいてください。そしてこの解糖系というのはこれから解説するクエン酸回路とか電子伝達系とは大きく異なる点があります。それは何かと言うと酸素を使っているか使っていないかです。解糖系というのが酸素を使っていない嫌気性の回路ということを覚えておいてください。どんな時に解糖系が役立つかというと無酸素運動です。100mダッシュした時って呼吸頑張ってできないですよね。そんな時に必要なエネルギーっていうのは酸素を利用しないで筋肉を動かすので、そういった時にこの解糖系からエネルギーが使われます。酸素を使わない分急激にエネルギーを産生することはできるんですがATPは2つだけなのでかなり効率の悪い回路です。酸素を必要としない解糖系というのは実は呼吸をしない生物、つまり微生物なども解糖系を使ってATPを作ってるんです。微生物ってちっちゃいからあんまり運動しないからエネルギーも必要なさそうですよね。その程度のエネルギーであれば解糖系で十分なんですが、人間というのは脳でもたくさんエネルギー使ってるし体も大きいですし1日中働いてる人もいるぐらいなので効率のいいエネルギーを作る回路が必要。そこで進化の過程で獲得したのが酸素を使うクエン酸回路とか電子伝達系になります。そしてこの解糖系にはもう1つ残念なポイントがあります。最終的に作られたピルビン酸というのがクエン酸回路で利用されなかった場合、何という物質に代謝されるでしょうか？それが乳酸に分解されるんです。皆さん乳酸が筋肉に溜まって筋肉がだるい、そんな経験ないでしょうか？あれが乳酸ですね。ちなみに乳酸が溜まるとなんで筋肉が疲れた感じがしたり小刻み足がつったりするんでしょうか？これは筋肉に乳酸が蓄積すると乳酸は酸性なので細胞内のpHが低下していきます。そうすると膜の電位ですね、電気のバランスが崩れて筋肉の痙攣を起こしたりする。そういったことがあるので実は乳酸が溜まると体に不利なんです。医学につなげて考えると、神不全になったり大量出血を起こしたり、敗血症といってバイ菌に負けて重症な感染症を起こした時、こんな時っていうのは全身の体がピンチになっていて炭素を細胞に行き渡らせることができないのでピルビン酸がどんどん乳酸に変わっていって乳酸アシドーシスといって体全体が酸性に傾いていく、かなり重症な病態になります。なので実際には臨床現場で重症な患者さんには乳酸を測定して体の重症度を測定する、そんなことが日常的に行われています。いかがですか？この生化学というのは臨床と関係なさそうですが実は大きく関係していますので臨床との繋がりも現役医師ならではの解説ですのでぜひ楽しんで聞いていってください。それでは次にお待ちかねのクエン酸回路を解説していきます。クエン酸回路に関しても回路の全体を意識することを考えてください。いきなり細かい化学式ね、これからこれは素何ついて素て考えていくとあ、もう今日は寝よってなりますので今日は全体像を解説していきます。ということでまずはクエン酸回路がどこで行われているかですよね。解糖系は細胞質でしたがクエン酸回路はどこかというとこのミトコンドリアの中で行われます。ミトコンドリアの中のことをミトコンドリアマトリクスと言います。私はどう覚えてるかというとこのミトコンドリアってミトコンドリって感じしませんか？ドリャって言われるとなんかこうエネルギーの感じしますよね。なのでミトコンドリアでクエン酸回路は行われると覚えておいてください。この後の反応はこちらの画像を使って解説していきますがクエン酸回路というのは一番上のピルビン酸がミトコンドリアの中に入っていくところから反応が始まります。ちなみに冒頭で言ったようにグルコース1つからピルビン酸は2つ作られるのでクエン酸回路というのはピルビン酸1個あたり1周しますので、グルコース1個あたりで言うとピルビン酸2つだからクエン酸回路は2周回ると覚えておいてください。ということでなんとなく全体像分かってきたと思います。それでは次に先にエネルギーの流れを見ちゃいましょう。クエン酸回路の目的は何でしたか？エネルギーを獲得することが目的です。グルコース1つでクエン酸回路が2周します。その過程で得られるエネルギーは結論から言うとこちらです。一周回ることでATPが1つ、NADHが3つ、そしてFADH2が1つになります。ということは2周することによってATPが2つ、NADHが6つ、そしてFADH2が2つできるということを覚えておいてください。あれ、クエン酸回路を使ってATPがたくさん作られるってさっき言ったけど結局ATP2つしか作られないじゃんって思った方、それは鋭いご指摘なんですが実はですね、このNADHとかFADH2っていうのはこの後の電子伝達系に行った時に大量のATPに換金されると覚えといてください。換金チケットみたいなものです。NADH1つあたりATP2.5倍ですね。2.5モルのATPが作られます。そしてFADH21つあたり1.5倍のATPになります。1.5モルのATPが作られます。ということはですよ、クエン酸回路2周回るとATPが2つ産生されて、2.5倍になるNADHというのは6つ作られるので6×2.5なので15モルのATPが作られます。そしてATPが1.5倍になるFADH2は2つ作られるんですよね。なので2×1.5で3個のATPが最終的には作られます。ということで2+15+3でトータル20個のATPがクエン酸回路によって最終的に得られるということです。解糖系の10倍になってますよね。これがクエン酸回路の力です。いかがでしょうか？じゃあこのATPとかNADHとかFADH2っていうのはどこで作られるか見ていきましょう。じゃあ早速この画像を使って解説していきますが研究に研究を重ねた上でこの順番で解説をしていくと皆さんも後で何も見ないでノートにクエン酸回路を作る時に書きやすくなる書き方を編み出しましたのでぜひ何回も聞いて、聞き終わった後は自分でやれるようにしてみてください。まずは炭素の流れを見て、その後にNADHの流れ、FADH2の流れ、そしてATPの流れを見ていきましょう。それでは炭素の数ですが、このピルビン酸というのは炭素3つの段階です。3つの段階でミトコンドリアの中に入った後にアセチルCoAに変換されます。これも炭素2つです。そしてその後クエン酸回路に入っていきますがオキサロ酢酸というものとアセチルCoAがくっついて2+4でクエン酸になって炭素が6個になります。その後炭素の数減っていくと6、6ときてその後5になります。ここで炭素の数が減っているのでこの時に二酸化炭素が出ていきます。私たちは酸素を吸って二酸化炭素を出すんですよね。だからクエン酸回路では二酸化炭素が出ていきます。そしてその後また5から4になっています。ここでも二酸化炭素が出ていくと2回連続で二酸化炭素が出ていくんだな、これだけ覚えておいてください。そしてその後の炭素の数を見てください。全部もう4、4、4、4になっていますよね。なので2回炭素が減ってそこではCO2が2個出ている、これだけまず覚えちゃいましょう。ちなみにこのクエン酸回路によってCO2が出ていくところの反応っていうのは可逆性がありません。つまり反応を逆に戻ることができないということです。不可逆性と言いますね。ここもテストに出るので覚えておいてください。そしてこの後はどんどんイメージ式で関連付けて覚えていきましょう。二酸化炭素が出る2箇所ありましたよね。ここの部分でNADHがなんと作られます。イソクエン酸からα-ケトグルタル酸に移動するところでCO2とNADH、そしてそのままα-ケトグルタル酸からスクシニルCoAに変わる時に二酸化炭素とNADHが作られると覚えておいてください。ちなみにクエン酸回路1周でNADHは3つできると言いましたよね。だからもう1箇所できるはずなんです。もう1箇所のNADH最後どこかというと今最後って言いましたよね。1番最後の化学式のところで最後のNADHができると覚えちゃいましょう。1番最後のリンゴ酸からオキサロ酢酸に変わるところでNADHが最後のやつ出てきます。ここまで覚えれた方、もうほぼゴールと言っても過言ではありません。ここの図を書ければ残りも付け足していくことで覚えやすく書き入れていけます。FADH2は
