Biochemistry · 4/7

血糖調節：肝・筋でのグリコーゲン動員；リン酸化カスケード；グルカゴンの作用

Blood glucose regulation: mobilization of glycogen in liver and muscle; phosphorylation cascade; effects of glucagon — L I

応用トピック: 低血糖の症状と治療

🧠 グリコーゲン動員glycogen mobilizationグリコーゲン動員（glycogen mobilization）glycogen mobilization（グリコーゲン動員）は「ホルモン→GPCR→cAMP→PKAのリン酸化カスケードphosphorylation cascadeリン酸化カスケード（phosphorylation cascade）phosphorylation cascade（リン酸化カスケード）」で読み、肝と筋で目的が違う、と捉える。グルカゴン（肝）・アドレナリン（肝・筋）がGタンパク質共役受容体を介しcAMPを上げ、PKAがホスホリラーゼphosphorylaseホスホリラーゼ（phosphorylase）phosphorylase（ホスホリラーゼ）を活性化・合成酵素を不活性化（相反調節reciprocal regulation相反調節（reciprocal regulation）reciprocal regulation（相反調節））する。肝は血糖維持、筋は自身のATP産生のために動員する。

ホルモンによる開始

flowchart TD
  A["グルカゴン（肝）／アドレナリン（肝・筋）"]
  A --> B["Gタンパク質共役受容体（GPCR、7回膜貫通）"]
  B --> C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='adenylyl cyclase, AC'>アデニル酸シクラーゼ</span> → cAMP↑"]
  C --> D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='protein kinase A (PKA)'>プロテインキナーゼA</span>（PKA）活性化"]
  D --> E["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='phosphorylase kinase'>ホスホリラーゼキナーゼ</span>をリン酸化・活性化"]
  E --> F["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glycogen phosphorylase'>グリコーゲンホスホリラーゼ</span>活性化 → 分解↑"]
  D --> G["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glycogen synthase'>グリコーゲン合成酵素</span>をリン酸化・不活性化 → 合成↓"]

⭐ 1つのシグナルで「分解ON・合成OFF」を同時に（相反調節reciprocal regulation相反調節（reciprocal regulation）reciprocal regulation（相反調節））。 PKAはホスホリラーゼphosphorylaseホスホリラーゼ（phosphorylase）phosphorylase（ホスホリラーゼ）（キナーゼ経由）を活性化し、同時に合成酵素を直接リン酸化して不活性化する。無駄なサイクルを避け、正味でグルコース放出に向かう。カスケードは各段で増幅される。

肝と筋の違い

項目	肝	筋
目的	血糖維持（グルコースを血中へ）	自身のATP産生（解糖へ）
グルカゴン受容体glucagon receptorグルカゴン受容体（glucagon receptor）glucagon receptor（グルカゴン受容体）	あり	なし（絶食/摂食で筋グリコーゲンは変動しない）
アドレナリン受容体adrenergic receptor, adrenoceptorアドレナリン受容体（adrenergic receptor, adrenoceptor）adrenergic receptor, adrenoceptor（アドレナリン受容体）	β（cAMP経由）	β・α（cAMP・Ca²⁺経由）
グルコース-6-ホスファターゼglucose-6-phosphataseグルコース-6-ホスファターゼ（glucose-6-phosphatase）glucose-6-phosphatase（グルコース-6-ホスファターゼ）	あり（血中へ放出可）	なし（血糖に出せない）
グルコースによる調節	グルコースがホスホリラーゼphosphorylaseホスホリラーゼ（phosphorylase）phosphorylase（ホスホリラーゼ）aを阻害（血糖高いと分解停止）	グルコースは筋ホスホリラーゼmuscle phosphorylase筋ホスホリラーゼ（muscle phosphorylase）muscle phosphorylase（筋ホスホリラーゼ）を阻害しない

筋特有の活性化（運動時）

運動時、筋グリコーゲン分解glycogenolysisグリコーゲン分解（glycogenolysis）glycogenolysis（グリコーゲン分解）は次の機構でも活性化される。

AMPによるアロステリック活性化allosteric activatorsアロステリック活性化（allosteric activators）allosteric activators（アロステリック活性化）: AMPは筋型グリコーゲンホスホリラーゼglycogen phosphorylaseグリコーゲンホスホリラーゼ（glycogen phosphorylase）glycogen phosphorylase（グリコーゲンホスホリラーゼ）のアロステリック活性化因子allosteric activatorアロステリック活性化因子（allosteric activator）allosteric activator（アロステリック活性化因子）（肝型は違う）。エネルギー低下（AMP↑）で分解が進む。
Ca²⁺/カルモジュリンcalmodulinカルモジュリン（calmodulin）calmodulin（カルモジュリン）: ホスホリラーゼキナーゼphosphorylase kinaseホスホリラーゼキナーゼ（phosphorylase kinase）phosphorylase kinase（ホスホリラーゼキナーゼ）のδサブユニットはカルモジュリンcalmodulinカルモジュリン（calmodulin）calmodulin（カルモジュリン）。筋収縮のCa²⁺がこれに結合しキナーゼを活性化 → 収縮と糖分解を連動。

💡 筋グリコーゲンは血糖に出せない。 筋にはグルコース-6-ホスファターゼglucose-6-phosphataseグルコース-6-ホスファターゼ（glucose-6-phosphatase）glucose-6-phosphatase（グルコース-6-ホスファターゼ）がないため、分解して得たグルコース-6-Pは解糖でATPを作るのに使う（血糖に貢献しない）。血糖維持はもっぱら肝のグリコーゲン＋糖新生が担う。

インスリンによる逆方向調節（対比）

インスリン（摂食時）は、ホスファターゼを介してホスホリラーゼphosphorylaseホスホリラーゼ（phosphorylase）phosphorylase（ホスホリラーゼ）を不活性化・合成酵素を活性化し、グリコーゲン合成glycogen synthesisグリコーゲン合成（glycogen synthesis）glycogen synthesis（グリコーゲン合成）に向ける。肝ではグルコース・グルコース-6-Pがアロステリックallostericアロステリック（allosteric）allosteric（アロステリック）にホスホリラーゼphosphorylaseホスホリラーゼ（phosphorylase）phosphorylase（ホスホリラーゼ）を抑え合成酵素を促す。

まとめ

グリコーゲン動員glycogen mobilizationグリコーゲン動員（glycogen mobilization）glycogen mobilization（グリコーゲン動員）はグルカゴン/アドレナリン→GPCR→cAMP→PKAのリン酸化カスケードphosphorylation cascadeリン酸化カスケード（phosphorylation cascade）phosphorylation cascade（リン酸化カスケード）。
PKAはホスホリラーゼphosphorylaseホスホリラーゼ（phosphorylase）phosphorylase（ホスホリラーゼ）を活性化し合成酵素を不活性化（相反調節reciprocal regulation相反調節（reciprocal regulation）reciprocal regulation（相反調節））。各段で増幅。
肝は血糖維持（グルカゴン受容体glucagon receptorグルカゴン受容体（glucagon receptor）glucagon receptor（グルカゴン受容体）あり、G6Paseで放出）、筋は自ATP産生（グルカゴン受容体glucagon receptorグルカゴン受容体（glucagon receptor）glucagon receptor（グルカゴン受容体）なし、G6Paseなし）。
筋では運動時、AMP（アロステリックallostericアロステリック（allosteric）allosteric（アロステリック））とCa²⁺/カルモジュリンcalmodulinカルモジュリン（calmodulin）calmodulin（カルモジュリン）（収縮連動）でも分解が活性化。
インスリンは逆に合成方向へ切り替える。