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生化学の古代の秘密: なぜすべての生命体の基本的な代謝経路はこれほど似ているのでしょうか?
生物を研究する過程で、特に代謝経路における異なる生物間の類似性に驚かされることがよくあります。ギリシャ語の「変化」に由来する代謝とは、生物内で起こる生命維持の一連の化学反応を指します。これらの反応は、細胞プロセスにエネルギーを提供するだけでなく、生命の基盤を構築する代謝機構の中心でもあります。
代謝の 3 つの主な機能には、食品のエネルギーを使用可能なエネルギーに変換すること、食品をタンパク質や脂質などの基本的な構成要素に変換すること、代謝老廃物の除去が含まれます。
驚くべきことに、単細胞細菌とゾウなどの大型多細胞生物の基本的な代謝経路は非常に似ています。たとえば、すべての既知の生物において、クエン酸回路のカルボン酸中間体は種を超えてほぼ同一です。これは進化の過程における重要な情報を表すだけでなく、これらの代謝経路の機能効率も示しています。
「これらの類似点は、進化の歴史の初期に出現し、その効力が保持されているためである可能性があります。」
代謝の構成要素
生物の基本構造は主にアミノ酸、炭水化物、核酸、脂質の 4 つの基本分子で構成されています。これらの分子は代謝反応において重要な役割を果たします。
アミノ酸とタンパク質
タンパク質は、ペプチド結合によって結合されたアミノ酸の直鎖です。これらのタンパク質の多くは代謝反応を触媒する酵素ですが、細胞骨格を形成するタンパク質など、構造的または機械的機能を持つタンパク質もあります。エネルギー代謝において、アミノ酸はクエン酸回路に入る炭素源としても使用されます。
脂質
脂質は最も多様な生化学グループです。それらは主に生体膜の構造的な役割を果たしており、エネルギー源としても使用できます。脂質の構造的特徴には、長い非極性炭化水素鎖と小さな極性領域が含まれます。
炭水化物
炭水化物はアルデヒドとケトンに分類され、最も豊富に存在する生体分子です。それらは、エネルギーの貯蔵と輸送 (デンプンやグリコーゲンなど) から構造成分としての役割 (植物のセルロースなど) まで、さまざまな役割を果たします。
ヌクレオチド
DNA や RNA などの核酸はヌクレオチドから重合され、遺伝情報の保存と利用において重要な役割を果たします。
代謝プロセスの相互作用
細胞内の代謝プロセスは、異化と合成という 2 つの主要なシステムに分けることができます。異化の目的は、大きな分子を小さな分子に分解し、エネルギーを放出し、合成の原料を提供することです。これらのエネルギー変換は主に酸化的リン酸化などのプロセスに依存します。
酸化的リン酸化などのエネルギー変換プロセス中に、有機分子から除去された電子は酸素に伝達され、放出されたエネルギーは ATP の合成に使用されます。
遺伝子と代謝の関係
代謝経路の類似性は、化学反応のプロセスだけでなく、遺伝子の保存にも反映されます。動物、植物、微生物のいずれであっても、これらの代謝経路を制御する遺伝子も進化の過程で驚くべき一貫性を維持してきました。
さらに、代謝障害は、2 型糖尿病やがんなどのいくつかの病気において重要な役割を果たしています。がん細胞は正常な細胞とは非常に異なる方法で代謝するため、これらの特性が治療介入の標的となる可能性があります。
「代謝に関する徹底的な研究は、生命の基礎を明らかにするだけでなく、多くの病気を理解して治療するための鍵となる可能性があります。」
さまざまな生命体の基本的な代謝経路の類似性は、生命の起源と進化が共通の遺伝子と代謝プロセスを共有している可能性があることを意味しますか?それとも、これら古代の生化学的秘密の中に、まだ明らかにされていない生命の隠された謎があるのでしょうか？
