生化学

生化学 · 4/5

フルクトース・ガラクトース・ラクトースの代謝(病的側面);グリコーゲンの代謝

Metabolism of fructose, galactose and lactose (pathological aspects); metabolism of glycogen — L I

応用トピック
先天代謝異常を疑う状況と初期評価
疾患
遺伝性フルクトース不耐症古典型ガラクトース血症(GALT欠損症)糖原病白内障

🧠 ・は「に合流する脇道」、グリコーゲンは「血糖と急速ATPのための貯蔵多糖」で読む。 脇道の酵素欠損は特有の代謝病(・)を起こす。はを介する合成と、加リン酸分解による分解の対で理解する。臨床(・低血糖・)と結びつける。

フルクトース代謝

は主に肝・腎皮質で代謝され、トリオースリン酸のレベルでに合流する。

flowchart TD
  FRU["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='fructose'>フルクトース</span>"] -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='fructokinase'>フルクトキナーゼ</span>(肝・腎)<br>ATP → ADP"| F1P["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='fructose'>フルクトース</span>-1-リン酸"]
  F1P -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='aldolase B'>アルドラーゼB</span>(肝)<br>C3–C4結合を開裂"| DHAP["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='dihydroxyacetone phosphate'>ジヒドロキシアセトンリン酸</span>"]
  F1P -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='aldolase B'>アルドラーゼB</span>(肝)<br>C3–C4結合を開裂"| GA["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glyceraldehyde'>グリセルアルデヒド</span>"]
  GA -->|"トリオースキナーゼ<br>ATP → ADP"| GAP["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glyceraldehyde'>グリセルアルデヒド</span>-3-リン酸<br>(<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glycolysis'>解糖系</span>・糖新生に合流)"]
  DHAP -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='triose phosphate isomerase'>トリオースリン酸イソメラーゼ</span>"| GAP
  FRU -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='hexokinase'>ヘキソキナーゼ</span>(筋・脂肪組織)<br>ATP → ADP<br>親和性は低く<span class='jp-term jp-term-diagram' title='minor routes'>副経路</span>"| F6P["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='fructose'>フルクトース</span>-6-リン酸<br>(<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glycolysis'>解糖系</span>へ)"]
  • 吸収が。はグルコースを強く好むため、は主に専用経路()を使う。
  • トリオースリン酸で合流するため、・-1の調節点を迂回する → グリコーゲンが満杯だとはに回りやすく、(MASLD)の危険因子。 は、2023年の多学会合意でから改称された名称である1。
  • の欠損()は、が尿に出るだけで無害。

⚠️ (欠損)。 -1-リン酸が蓄積し(:↓・ATP↓)、肝・腎障害と重度の低血糖(糖新生・が阻害)を起こす。乳児が果汁や含有調乳を始めた頃、または期に発症しうる2。治療は・(分解でを生じる)・(下のでになる)の除去である。

ソルビトール(ポリオール)経路

flowchart TD
  GLC["グルコース"] -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='aldose reductase'>アルドース還元酵素</span><br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (reduced)'>NADPH</span> → NADP⁺<br>高血糖で流量が増える"| SOR["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='sorbitol'>ソルビトール</span>"]
  SOR -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='sorbitol dehydrogenase'>ソルビトール脱水素酵素</span><br>NAD⁺ → NADH"| FRU["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='fructose'>フルクトース</span>"]

⚠️ 糖尿病の慢性合併症に関与。 高血糖での流量が増え、浸透圧活性の蓄積、 消費による、異常を介して合併症に関与する。の少ないではが溜まりやすくの一因となり、神経・網膜・腎障害にも関わる。阻害薬が研究される。

ガラクトース代謝

はグルコースの(C4の立体配置だけ違う)。ルロワール経路でグルコースに変換される。

flowchart TD
  GAL["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='galactose'>ガラクトース</span>"] -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='galactokinase'>ガラクトキナーゼ</span><br>ATP → ADP"| GAL1P["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='galactose-1-phosphate'>ガラクトース-1-リン酸</span>"]
  GAL1P -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='galactose-1-phosphate'>ガラクトース-1-リン酸</span>ウリジルトランスフェラーゼ<br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='UDP-glucose'>UDP-グルコース</span>の UMP を受け取る"| UDPGAL["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='UDP-galactose'>UDP-ガラクトース</span>"]
  UDPGLC["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='UDP-glucose'>UDP-グルコース</span>"] -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='galactose-1-phosphate'>ガラクトース-1-リン酸</span>ウリジルトランスフェラーゼ<br>UMP を渡す"| G1P["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glucose-1-phosphate'>グルコース-1-リン酸</span>"]
  UDPGAL <-->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='UDP-glucose-4-epimerase'>UDP-グルコース-4-エピメラーゼ</span><br>酵素に結合した NAD⁺ で<br>C4 の立体配置を反転"| UDPGLC
  G1P -->|"ホスホグルコムターゼ"| G6P["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glucose-6-phosphate'>グルコース-6-リン酸</span><br>(解糖・グリコーゲンへ)"]
  GAL -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='aldose reductase'>アルドース還元酵素</span><br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (reduced)'>NADPH</span> → NADP⁺<br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='galactose'>ガラクトース</span>が溜まると増える"| GALOL["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='galactitol'>ガラクチトール</span><br>(<span class='jp-term jp-term-diagram' title='lens'>水晶体</span>に蓄積)"]
  • ウリジルトランスフェラーゼは、と の間で UMP をやりとりする(2基質・2生成物)。が を に戻すので、は回路として再利用される。
欠損酵素 病型 主な所見
ウリジルトランスフェラーゼ が蓄積。授乳後の嘔吐・黄疸・、
欠損症 とが蓄積。が主

⚠️ (ウリジルトランスフェラーゼ欠損)。 が蓄積し、腎・肝・脳のを障害。乳児が授乳後に嘔吐・黄疸・などを来し、を合併することがある(が浸透圧活性)。の対象。食事からを除くと急性の肝腎障害やは改善・予防されるが、発達・神経・卵巣機能などの長期合併症は残りうる3。

ラクトースの生合成

の乳腺で、とグルコースからが作る。

flowchart TD
  UDPGAL["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='UDP-galactose'>UDP-ガラクトース</span>"] -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='lactose synthase'>ラクトース合成酵素</span><br>(<span class='jp-term jp-term-diagram' title='galactosyltransferase'>ガラクトシルトランスフェラーゼ</span>+<span class='jp-term jp-term-diagram' title='alpha-lactalbumin'>α-ラクトアルブミン</span>)<br>UDP を放出"| LAC["ラクトース"]
  GLC["グルコース"] -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='lactose synthase'>ラクトース合成酵素</span><br>(<span class='jp-term jp-term-diagram' title='galactosyltransferase'>ガラクトシルトランスフェラーゼ</span>+<span class='jp-term jp-term-diagram' title='alpha-lactalbumin'>α-ラクトアルブミン</span>)"| LAC
  • ()+(乳腺タンパク、なし)。
  • が酵素の特異性を変え、受容体をN-からグルコースに切り替え、ラクトースを作らせる。
  • プロラクチンが発現を上げる(・SH2ドメイン経由)。

💡 は細胞内代謝の中心。 、、合成、など多くの経路のになる高エネルギー糖ヌクレオチド。

グリコーゲン代謝

グリコーゲンは主に肝(濃度が高い)と筋(量が多い)に貯蔵される。肝は血糖維持のため、筋は自身の急速ATP産生()のために使う。

合成

flowchart TD
  G6P["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glucose-6-phosphate'>グルコース-6-リン酸</span>"] <-->|"ホスホグルコムターゼ"| G1P["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glucose-1-phosphate'>グルコース-1-リン酸</span>"]
  G1P -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='UDP-glucose'>UDP-グルコース</span>ピロ<span class='jp-term jp-term-diagram' title='phosphorylase'>ホスホリラーゼ</span><br>UTP → <span class='jp-term jp-term-diagram' title='pyrophosphate'>ピロリン酸</span><br>(<span class='jp-term jp-term-diagram' title='pyrophosphate'>ピロリン酸</span>の加水分解で不可逆に)"| UDPG["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='UDP-glucose'>UDP-グルコース</span>"]
  UDPG -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glycogenin'>グリコゲニン</span><br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='Tyr194'>自己グリコシル化</span>"| PRIM["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glycogenin'>グリコゲニン</span>上の短いプライマー"]
  PRIM -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glycogen synthase'>グリコーゲン合成酵素</span><br>α-1,4 結合で伸長・UDP を放出<br>律速"| CHAIN["直鎖の α-1,4 <span class='jp-term jp-term-diagram' title='glucan'>グルカン</span>"]
  CHAIN -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glycogen branching enzyme'>分枝酵素</span><br>11残基以上に伸びた鎖の末端6〜7残基を<br>α-1,6 結合で付け替える"| GLY["グリコーゲン(分枝)"]
  • が合成の起点(プライマー)となる。
  • が律速。分枝が増えるとが増え、合成・分解が速くなる。

分解

flowchart TD
  GLY["グリコーゲン"] -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glycogen phosphorylase'>グリコーゲンホスホリラーゼ</span><br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='inorganic phosphate'>無機リン酸</span>で加リン酸分解・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='pyridoxal phosphate'>ピリドキサールリン酸</span><br>分枝点の4残基手前で止まる"| G1P["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glucose-1-phosphate'>グルコース-1-リン酸</span>"]
  GLY -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='debranching enzyme'>脱分枝酵素</span><br>①トランスフェラーゼ活性で3残基を移す<br>②α-1,6-<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glucosidase'>グルコシダーゼ</span>活性で分枝点を加水分解"| FREE["遊離グルコース<br>(分枝点の1残基)"]
  G1P -->|"ホスホグルコムターゼ"| G6P["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glucose-6-phosphate'>グルコース-6-リン酸</span>"]
  G6P -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glucose-6-phosphatase'>グルコース-6-ホスファターゼ</span><br>小胞体・肝と腎のみ<br>H₂O → <span class='jp-term jp-term-diagram' title='inorganic phosphate'>無機リン酸</span>"| GLC["グルコース(血中へ)"]
  G6P -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glycolysis'>解糖系</span>の酵素群<br>筋(<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glucose-6-phosphatase'>グルコース-6-ホスファターゼ</span>が無い)"| MUS["解糖で ATP 産生<br>(血糖には出せない)"]
  • がからを外す。は(ビタミンB6)。
  • 加リン酸分解は、外した糖が既にリン酸化されているのでエネルギー的に有利(ATP節約)。
  • (トランスフェラーゼ+α-1,6-活性)が分枝点を処理。
  • 肝では(小胞体にあり肝・腎のみ)でグルコースにして血中へ。筋では欠くため、は解糖に回る(血糖に出せない)。調節はを参照。

⭐ は欠損酵素で分類。 例:I型(von Gierke病:欠損、・)、II型(:リソソームの欠損)、V型(:欠損、)。

まとめ

  • は→でトリオースへ(調節点を迂回、過剰で の危険因子)。欠損=(低血糖・肝腎障害。・・を除去)。
  • (→)は・に関与。
  • はルロワール経路でグルコースへ。ウリジルトランスフェラーゼ欠損=(嘔吐・黄疸・)、欠損はが主。
  • ラクトースは乳腺で(+、プロラクチン誘導)が合成。
  • グリコーゲン:→→合成酵素(α-1,4)+(α-1,6)で合成、()で加リン酸分解、で分枝点を処理。肝ので血糖に出せる(筋は不可)。

出典

  1. 1.A multisociety Delphi consensus statement on new fatty liver disease nomenclature(Hepatology・2023)3つの国際肝臓学会が主導した修正Delphi法(56か国236人)で、NAFLDに代わる名称を代謝機能障害関連脂肪性肝疾患(MASLD)とし、5つの心代謝リスク因子のうち少なくとも1つを満たすことを定義に含めた(2026-09-27、Hepatology 掲載版と J Hepatol 同時掲載版の両方の Consensus 抄録で確認)閲覧 2026-09-27
  2. 2.Hereditary fructose intolerance: A comprehensive review(World Journal of Clinical Pediatrics・2022)遺伝性フルクトース不耐症におけるフルクトース1-リン酸蓄積、リン酸枯渇、低血糖、肝腎障害閲覧 2026-08-20
  3. 3.The natural history of classic galactosemia: lessons from the GalNet registry(Orphanet Journal of Rare Diseases・2019)古典的ガラクトース血症の新生児期症状と、食事療法後にも残りうる神経・卵巣などの長期合併症閲覧 2026-08-20