第34章動物の栄養と消化器系

Food Energy and ATP食物のエネルギーとATP

Animals need food to obtain energy and maintain homeostasis. Homeostasis is the ability of a system to maintain a stable internal environment even in the face of external changes to the environment. For example, the normal body temperature of humans is 37°C (98.6°F). Humans maintain this temperature even when the external temperature is hot or cold. It takes energy to maintain this body temperature, and animals obtain this energy from food.

動物は、エネルギーを得て恒常性を維持するために食物を必要とする。恒常性とは、外部環境が変化しても、系の内部環境を安定した状態に維持する能力である。例えばヒトの正常体温は37°C（98.6°F）である。外気温が高くても低くても、ヒトはこの体温を維持する。体温の維持にはエネルギーが必要で、動物はそのエネルギーを食物から得る。

The primary source of energy for animals is carbohydrates, mainly glucose. Glucose is called the body’s fuel. The digestible carbohydrates in an animal’s diet are converted to glucose molecules through a series of catabolic chemical reactions.

動物の主なエネルギー源は炭水化物、特にグルコースである。グルコースは体の燃料と呼ばれる。食事中の消化可能な炭水化物は、一連の異化の化学反応を通じてグルコース分子へ変えられる。

Adenosine triphosphate, or ATP, is the primary energy currency in cells; ATP stores energy in phosphate ester bonds. ATP releases energy when the phosphodiester bonds are broken and ATP is converted to ADP and a phosphate group. ATP is produced by the oxidative reactions in the cytoplasm and mitochondrion of the cell, where carbohydrates, proteins, and fats undergo a series of metabolic reactions collectively called cellular respiration. For example, glycolysis is a series of reactions in which glucose is converted to pyruvic acid and some of its chemical potential energy is transferred to NADH and ATP.

英語のヒント

アデノシン三リン酸、すなわちATPは、細胞の主要なエネルギー通貨であり、リン酸エステル結合にエネルギーを蓄える。リン酸ジエステル結合が切れ、ATPがADPとリン酸基へ変わると、エネルギーが放出される。ATPは細胞の細胞質とミトコンドリアでの酸化反応によって産生される。そこでは炭水化物、タンパク質、脂肪が、まとめて細胞呼吸と呼ばれる一連の代謝反応を受ける。例えば解糖系は、グルコースをピルビン酸に変え、その化学的な位置エネルギーの一部をNADHとATPへ移す一連の反応である。

ATP is required for all cellular functions. It is used to build the organic molecules that are required for cells and tissues; it provides energy for muscle contraction and for the transmission of electrical signals in the nervous system. When the amount of ATP is available in excess of the body’s requirements, the liver uses the excess ATP and excess glucose to produce molecules called glycogen. Glycogen is a polymeric form of glucose and is stored in the liver and skeletal muscle cells. When blood sugar drops, the liver releases glucose from stores of glycogen. Skeletal muscle converts glycogen to glucose during intense exercise. The process of converting glucose and excess ATP to glycogen and the storage of excess energy is an evolutionarily important step in helping animals deal with mobility, food shortages, and famine.

英語のヒント

ATPはすべての細胞機能に必要である。細胞や組織に必要な有機分子をつくるために使われ、筋収縮や神経系の電気信号伝達のためのエネルギーを供給する。体が必要とする量を超えてATPがあるとき、肝臓は余分なATPとグルコースを使い、グリコーゲンという分子をつくる。グリコーゲンはグルコースの重合体で、肝臓と骨格筋細胞に蓄えられる。血糖値が下がると、肝臓はグリコーゲンの蓄えからグルコースを放出する。骨格筋は激しい運動の際、グリコーゲンをグルコースへ変える。グルコースと余分なATPをグリコーゲンへ変え、余剰エネルギーを蓄える過程は、動物が移動、食物不足、飢餓に対処するのを助ける、進化上重要な一歩である。

Obesity肥満

Obesity is a major health concern in the United States, and there is a growing focus on reducing obesity and the diseases it may lead to, such as type-2 diabetes, cancers of the colon and breast, and cardiovascular disease. How does the food consumed contribute to obesity?

米国では肥満が大きな健康問題であり、肥満と、そこから生じうる2型糖尿病、結腸がん、乳がん、心血管疾患などを減らすことに、関心が高まっている。食べた食物は、どのように肥満につながるのだろうか。

Fatty foods are calorie-dense, meaning that they have more calories per unit mass than carbohydrates or proteins. One gram of carbohydrates has four calories, one gram of protein has four calories, and one gram of fat has nine calories. Animals tend to seek lipid-rich food for their higher energy content.

脂肪の多い食物はカロリー密度が高い。つまり、単位質量あたりのカロリーが炭水化物やタンパク質より多い。炭水化物1gは4カロリー、タンパク質1gは4カロリー、脂肪1gは9カロリーである。動物はエネルギー量が多いことから、脂質の豊富な食物を求める傾向がある。

The signals of hunger (“time to eat”) and satiety (“time to stop eating”) are controlled in the hypothalamus region of the brain. Foods that are rich in fatty acids tend to promote satiety more than foods that are rich only in carbohydrates.

空腹（「食べる時間」）と満腹（「食べるのをやめる時間」）の信号は、脳の視床下部で制御される。脂肪酸を多く含む食物は、炭水化物だけを多く含む食物よりも、満腹感を促す傾向がある。

Excess carbohydrate and ATP are used by the liver to synthesize glycogen. The pyruvate produced during glycolysis is used to synthesize fatty acids. When there is more glucose in the body than required, the resulting excess pyruvate is converted into molecules that eventually result in the synthesis of fatty acids within the body. These fatty acids are stored in adipose cells—the fat cells in the mammalian body whose primary role is to store fat for later use.

肝臓は余分な炭水化物とATPを使ってグリコーゲンを合成する。解糖系でできるピルビン酸は脂肪酸の合成に使われる。体内のグルコースが必要量を上回ると、それによって余ったピルビン酸は、最終的に体内での脂肪酸合成につながる分子へ変換される。これらの脂肪酸は脂肪細胞に蓄えられる。脂肪細胞は哺乳類の体にある細胞で、後で使うために脂肪を貯蔵することを主な役割とする。

It is important to note that some animals benefit from obesity. Polar bears and seals need body fat for insulation and to keep them from losing body heat during Arctic winters. When food is scarce, stored body fat provides energy for maintaining homeostasis. Fats prevent famine in mammals, allowing them to access energy when food is not available on a daily basis; fats are stored when a large kill is made or lots of food is available.

英語のヒント

肥満が利益になる動物もいる。ホッキョクグマやアザラシは、北極の冬に断熱し、体熱を失わないようにするため体脂肪を必要とする。食物が乏しいときは、蓄えた体脂肪が恒常性の維持に必要なエネルギーを供給する。脂肪は哺乳類の飢餓を防ぎ、毎日食物が得られなくてもエネルギーを利用できるようにする。大きな獲物を仕留めたときや、大量の食物があるときに、脂肪が蓄えられる。

Section Summary節のまとめ

Animal diet should be balanced and meet the needs of the body. Carbohydrates, proteins, and fats are the primary components of food. Some essential nutrients are required for cellular function but cannot be produced by the animal body. These include vitamins, minerals, some fatty acids, and some amino acids. Food intake in more than necessary amounts is stored as glycogen in the liver and muscle cells, and in fat cells. Excess adipose storage can lead to obesity and serious health problems. ATP is the energy currency of the cell and is obtained from the metabolic pathways. Excess carbohydrates and energy are stored as glycogen in the body.

動物の食事はバランスが取れ、体の要求を満たすものでなければならない。食物の主な成分は炭水化物、タンパク質、脂肪である。細胞機能に必要なのに動物の体ではつくれない必須栄養素もあり、ビタミン、無機質、一部の脂肪酸やアミノ酸が含まれる。必要量を超えて摂取した食物は、肝臓や筋細胞にグリコーゲンとして、また脂肪細胞に蓄えられる。脂肪の過剰な蓄積は肥満や深刻な健康問題につながりうる。ATPは細胞のエネルギー通貨で、代謝経路から得られる。余分な炭水化物とエネルギーは、体内でグリコーゲンとして貯蔵される。