Biochemistry · 4/2

糖質の消化と吸収；細胞へのグルコース取り込み；グルコース輸送体

Digestion and absorption of carbohydrates; cellular glucose uptake; glucose transporters — L I

🧠 糖質は「アミラーゼamylaseアミラーゼ（amylase）amylase（アミラーゼ）で多糖を分解→刷子縁brush border刷子縁（brush border）brush border（刷子縁）の二糖類分解酵素disaccharidases二糖類分解酵素（disaccharidases）disaccharidases（二糖類分解酵素）で単糖monosaccharide単糖（monosaccharide）monosaccharide（単糖）に→単糖monosaccharide単糖（monosaccharide）monosaccharide（単糖）だけが吸収される」と読む。吸収は単糖monosaccharide単糖（monosaccharide）monosaccharide（単糖）（グルコース・フルクトースfructoseフルクトース（fructose）fructose（フルクトース）・ガラクトースgalactoseガラクトース（galactose）galactose（ガラクトース））のみ、小腸のみ。取り込みは腸管腔側luminal side腸管腔側（luminal side）luminal side（腸管腔側）のSGLT（Na⁺共輸送）と基底側basolateral side基底側（basolateral side）basolateral side（基底側）・全身のGLUT（促進拡散facilitated diffusion促進拡散（facilitated diffusion）facilitated diffusion（促進拡散） facilitated diffusion）の2系統。GLUT4のインスリン依存性insulin-dependentインスリン依存性（insulin-dependent）insulin-dependent（インスリン依存性）、SGLTの臨床（ORS・SGLT2阻害薬）が要点。

糖質の消化

食事中の糖質はデンプンstarchデンプン（starch）starch（デンプン）、二糖disaccharide二糖（disaccharide）disaccharide（二糖）（スクロースsucroseスクロース（sucrose）sucrose（スクロース）・ラクトース）、グルコースの形。単糖monosaccharide単糖（monosaccharide）monosaccharide（単糖）の形でのみ、小腸で吸収される。

段階	酵素	反応
管腔内intraluminal管腔内（intraluminal）intraluminal（管腔内）	唾液・膵アミラーゼpancreatic amylase膵アミラーゼ（pancreatic amylase）pancreatic amylase（膵アミラーゼ）	デンプンstarchデンプン（starch）starch（デンプン）のα-1,4結合をランダムに加水分解（エンドグリコシダーゼendoglycosidaseエンドグリコシダーゼ（endoglycosidase）endoglycosidase（エンドグリコシダーゼ））→デキストリンdextrinデキストリン（dextrin）dextrin（デキストリン）・マルトースmaltoseマルトース（maltose）maltose（マルトース）・マルトトリオースmaltotrioseマルトトリオース（maltotriose）maltotriose（マルトトリオース）・α-限界デキストリンalpha-limit dextrinα-限界デキストリン（alpha-limit dextrin）alpha-limit dextrin（α-限界デキストリン）
刷子縁brush border刷子縁（brush border）brush border（刷子縁）	二糖類分解酵素disaccharidases二糖類分解酵素（disaccharidases）disaccharidases（二糖類分解酵素）	二糖disaccharide二糖（disaccharide）disaccharide（二糖）を単糖monosaccharide単糖（monosaccharide）monosaccharide（単糖）に

刷子縁の二糖類分解酵素

酵素	基質 → 産物
マルターゼmaltaseマルターゼ（maltase）maltase（マルターゼ）（α-グルコシダーゼglucosidaseグルコシダーゼ（glucosidase）glucosidase（グルコシダーゼ））	マルトースmaltoseマルトース（maltose）maltose（マルトース） → グルコース×2
スクラーゼ-イソマルターゼsucrase-isomaltaseスクラーゼ-イソマルターゼ（sucrase-isomaltase）sucrase-isomaltase（スクラーゼ-イソマルターゼ）（二機能性bifunctional二機能性（bifunctional）bifunctional（二機能性））	スクロースsucroseスクロース（sucrose）sucrose（スクロース） → グルコース＋フルクトースfructoseフルクトース（fructose）fructose（フルクトース）／イソマルトースmaltoseマルトース（maltose）maltose（マルトース）分解
ラクターゼlactaseラクターゼ（lactase）lactase（ラクターゼ）（β-グルコシダーゼbeta-glucosidaseβ-グルコシダーゼ（beta-glucosidase）beta-glucosidase（β-グルコシダーゼ））	ラクトース → グルコース＋ガラクトースgalactoseガラクトース（galactose）galactose（ガラクトース）
トレハラーゼtrehalaseトレハラーゼ（trehalase）trehalase（トレハラーゼ）	トレハロース → グルコース

⚠️ ラクターゼlactaseラクターゼ（lactase）lactase（ラクターゼ）以外は誘導性inducibility誘導性（inducibility）inducibility（誘導性）。ラクターゼlactaseラクターゼ（lactase）lactase（ラクターゼ）は非誘導性inducibility誘導性（inducibility）inducibility（誘導性）。二糖類分解酵素disaccharidases二糖類分解酵素（disaccharidases）disaccharidases（二糖類分解酵素）の欠損（先天性/後天性）は、未消化糖undigested sugar未消化糖（undigested sugar）undigested sugar（未消化糖）が浸透圧性下痢osmotic diarrhea浸透圧性下痢（osmotic diarrhea）osmotic diarrhea（浸透圧性下痢）（低pH）を起こす。ラクターゼlactaseラクターゼ（lactase）lactase（ラクターゼ）欠損（乳糖不耐症lactose intolerance乳糖不耐症（lactose intolerance）lactose intolerance（乳糖不耐症））は成人の慢性下痢chronic diarrhea慢性下痢（chronic diarrhea）chronic diarrhea（慢性下痢）の最多原因の一つ。イヌイットに多いスクラーゼ-イソマルターゼsucrase-isomaltaseスクラーゼ-イソマルターゼ（sucrase-isomaltase）sucrase-isomaltase（スクラーゼ-イソマルターゼ）欠損はスクロース不耐症sucrose intoleranceスクロース不耐症（sucrose intolerance）sucrose intolerance（スクロース不耐症）を起こす。

乳糖不耐症の分類

先天性/発達性developmental発達性（developmental）developmental（発達性）: 非常にまれ。
一次性: 遺伝的に決まるラクターゼlactaseラクターゼ（lactase）lactase（ラクターゼ）活性の加齢低下（民族差あり、ヨーロッパでは70%超が成人でも活性保持＝ラクターゼlactaseラクターゼ（lactase）lactase（ラクターゼ）持続 lactase persistence）。最も多い。
二次性: 小腸の疾患・損傷・手術後の一過性低下。

グルコース輸送の分類

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='membrane transport'>膜輸送</span>"]
  A --> B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='passive transport'>受動輸送</span>：濃度勾配に従う"]
  B --> C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='simple diffusion'>単純拡散</span> / <span class='jp-term jp-term-diagram' title='GLUT'>促進拡散</span>"]
  A --> D["能動輸送：勾配に逆らう"]
  D --> E["一次性：ATPアーゼポンプ・ABC輸送体"]
  D --> F["二次性：<span class='jp-term jp-term-diagram' title='SGLT'>共輸送体</span>"]
  F --> G["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='uniporter'>ユニポート</span> / シンポート / <span class='jp-term jp-term-diagram' title='antiport'>アンチポート</span>"]

輸送体の共通の性質：基質特異性substrate specificity基質特異性（substrate specificity）substrate specificity（基質特異性）、飽和性saturability飽和性（saturability）saturability（飽和性）（Km/Kt）、調節・阻害を受ける。

グルコース輸送体

GLUT（SLC2Aファミリー）は促進拡散facilitated diffusion促進拡散（facilitated diffusion）facilitated diffusion（促進拡散）型のユニポートuniporterユニポート（uniporter）uniporter（ユニポート）。濃度勾配に沿って両方向にグルコースを運ぶ（飽和性saturability飽和性（saturability）saturability（飽和性）・立体特異性stereospecificity立体特異性（stereospecificity）stereospecificity（立体特異性））。

輸送体	遺伝子	分布・特徴
GLUT1	SLC2A1	赤血球・脳（血液脳関門 blood-brain barrier）。基礎的取り込み
GLUT2	SLC2A2	肝・膵β細胞pancreatic beta cell膵β細胞（pancreatic beta cell）pancreatic beta cell（膵β細胞）・小腸/腎基底側basolateral side基底側（basolateral side）basolateral side（基底側）。高Km（血糖センサー的）
GLUT3	SLC2A3	ニューロン。高親和性high affinity高親和性（high affinity）high affinity（高親和性）
GLUT4	SLC2A4	筋・脂肪。インスリン依存性insulin-dependentインスリン依存性（insulin-dependent）insulin-dependent（インスリン依存性）（小胞から膜へ移行）
GLUT5	SLC2A5	フルクトースfructoseフルクトース（fructose）fructose（フルクトース）輸送

⭐ GLUT4はインスリンで膜へ動員される。 筋・脂肪ではインスリン刺激でGLUT4が細胞内小胞から細胞膜へ移行し、グルコース取り込みが増える。インスリン抵抗性・糖尿病の理解に直結する。

Na⁺-グルコース共輸送体

SGLT（sodium-glucose cotransporter）は、Na⁺の電気化学勾配electrochemical gradient電気化学勾配（electrochemical gradient）electrochemical gradient（電気化学勾配）を利用してグルコース（・ガラクトースgalactoseガラクトース（galactose）galactose（ガラクトース））を勾配に逆らって取り込むシンポート。小腸の管腔側・腎近位尿細管renal proximal tubule腎近位尿細管（renal proximal tubule）renal proximal tubule（腎近位尿細管）にある。

輸送体	部位	特徴
SGLT1	小腸・腎	高親和性high affinity高親和性（high affinity）high affinity（高親和性）（低Km）、低容量hypovolemia低容量（hypovolemia）hypovolemia（低容量）
SGLT2	腎近位尿細管renal proximal tubule腎近位尿細管（renal proximal tubule）renal proximal tubule（腎近位尿細管）	低親和性low affinity低親和性（low affinity）low affinity（低親和性）（高Km）、高容量high volume (hypervolemic)高容量（high volume (hypervolemic)）high volume (hypervolemic)（高容量）。原尿primary urine原尿（primary urine）primary urine（原尿）グルコースの大半を再吸収

⭐ SGLTは臨床に直結。 ①経口補水液ORS, oral rehydration solution経口補水液（ORS, oral rehydration solution）ORS, oral rehydration solution（経口補水液）：コレラcholeraコレラ（cholera）cholera（コレラ）毒素があってもグルコース共役のNa⁺・水の吸収は保たれるため、グルコース＋Na塩で脱水を治療（コレラcholeraコレラ（cholera）cholera（コレラ）の死亡率を50%→1%未満に）。②SGLT2阻害薬：腎のグルコース再吸収を抑え尿糖glycosuria尿糖（glycosuria）glycosuria（尿糖）を増やす糖尿病治療薬diabetes drug糖尿病治療薬（diabetes drug）diabetes drug（糖尿病治療薬）。

全身のグルコース処理

小腸から吸収されたグルコースは門脈血portal venous blood門脈血（portal venous blood）portal venous blood（門脈血）（可変濃度5–20 mmol/L）で肝へ。
肝：解糖・単糖monosaccharide単糖（monosaccharide）monosaccharide（単糖）/ヘテロ多糖heteropolysaccharideヘテロ多糖（heteropolysaccharide）heteropolysaccharide（ヘテロ多糖）/脂質/アミノ酸の生合成biosynthesis生合成（biosynthesis）biosynthesis（生合成）。血糖を約5 mmol/Lに調節。
筋・脂肪：グリコーゲン・エネルギー・脂肪へ。
腎：通常グルコースを再吸収、高血糖でのみ糖尿。

まとめ

糖質はアミラーゼamylaseアミラーゼ（amylase）amylase（アミラーゼ）（管腔）→刷子縁brush border刷子縁（brush border）brush border（刷子縁）二糖類分解酵素disaccharidases二糖類分解酵素（disaccharidases）disaccharidases（二糖類分解酵素）（マルターゼmaltaseマルターゼ（maltase）maltase（マルターゼ）・スクラーゼ-イソマルターゼsucrase-isomaltaseスクラーゼ-イソマルターゼ（sucrase-isomaltase）sucrase-isomaltase（スクラーゼ-イソマルターゼ）・ラクターゼlactaseラクターゼ（lactase）lactase（ラクターゼ）・トレハラーゼtrehalaseトレハラーゼ（trehalase）trehalase（トレハラーゼ））で単糖monosaccharide単糖（monosaccharide）monosaccharide（単糖）に。単糖monosaccharide単糖（monosaccharide）monosaccharide（単糖）のみ小腸で吸収。
ラクターゼlactaseラクターゼ（lactase）lactase（ラクターゼ）以外は誘導性inducibility誘導性（inducibility）inducibility（誘導性）。二糖類分解酵素欠損disaccharidase deficiency二糖類分解酵素欠損（disaccharidase deficiency）disaccharidase deficiency（二糖類分解酵素欠損）は浸透圧性下痢osmotic diarrhea浸透圧性下痢（osmotic diarrhea）osmotic diarrhea（浸透圧性下痢）。乳糖不耐症lactose intolerance乳糖不耐症（lactose intolerance）lactose intolerance（乳糖不耐症）が最多。
GLUT（SLC2A）は促進拡散facilitated diffusion促進拡散（facilitated diffusion）facilitated diffusion（促進拡散）ユニポートuniporterユニポート（uniporter）uniporter（ユニポート）。GLUT1脳/赤血球、GLUT2肝/β細胞、GLUT4筋/脂肪（インスリン依存）、GLUT5フルクトースfructoseフルクトース（fructose）fructose（フルクトース）。
SGLTはNa⁺共輸送の能動輸送（腸・腎）。ORS・SGLT2阻害薬として臨床に重要。