ヒトのエネルギー供給機構(３大栄養素のうち、炭水化物だけが直接的に酸素無しでエネルギー産生の為に代謝され、ATPの化学結合に蓄えられたエネルギーは、筋活動を行うために使われる)

エネルギー供給機構

人の身体にはATPを再合成するために3つのエネルギー供給機構が存在します。

ホスファゲン機構

• 無酸素性機構、酸素を必要としない。

解糖系

• 2つのタイプがあり、速い解糖、遅い解糖がある。

酸化機構

• 有酸素性機構、酸素を必要とする。

※３大栄養素のうち、炭水化物だけが直接的に酸素無しでエネルギー産生の為に代謝され、ATPの化学結合に蓄えられたエネルギーは、筋活動を行うために使われます。

さらに、骨格筋でのエネルギーでの再合成は3つの基本的なエネルギー供給機構でなされます。

ホスファゲン機構とは

ホスファゲン機構は短時間で高強度の身体活動（例：ジャンプやスプリント）の為のATPの主要な供給源であるが、強度にかかわらずすべての運動の開始時に動員される機構。

例えば、軽い５kmのジョギングや中程度のエクササイズなどの最初の数秒間には、筋活動のエネルギーはホスファゲン機構から供給されます。

このエネルギー機構はホスファゲンであるATPとクレアチンリン酸に依存し、ミオシンATPアーゼとクレアチンキナーゼの酵素反応を伴っています。

ミオシンATPアーゼはATPをADPと無期リン酸（Pi）に分解し、エネルギーを放出する反応を触媒します。

クレアチンキナーゼはクレアチンリン酸とADPからATPを再合成する反応を触媒しますが、この過程で、クレアチンリン酸は、ADPにリン酸基を供給することによってATPを産生します。

これらの反応は高い割合でエネルギーを供給しますがATPとクレアチンリン酸は筋に少量しか蓄えられないので、ホスファゲン機構は持続的な長時間の運動では十分なエネルギー供給が出来ません。

また、一般的に、タイプⅡ（速筋）線維はタイプⅠ（遅筋）線維より多くのホスファゲンを含んでいます。

解糖系とは

解糖系は筋に蓄えられたグリコーゲンあるいは血中に運ばれたグルコースといった炭水化物を分解し、ATPを産生します。

解糖系により供給されるATPは約２分以上以上続く高強度の激しい筋活動のためのATPの供給源として、最初から活動していたホスファゲン機構を補います。

解糖系には一連の化学反応を触媒する多くの酵素が関与し、この解糖系の酵素は細胞質（筋細胞の筋形質）に存在している。

速い解糖系とは

速い解糖系においては最終産生物質であるピルビン酸は乳酸へと変換され、遅い解糖系より速くエネルギー（ATP）を供給します。

この過程ではピルビン酸はミトコンドリアに運ばれ、酸化機構のもとでエネルギー源となります（速い解糖系では無酸素的解糖と呼ばれ、遅い解糖はピルビン酸の最終的な利用方法から有酸素的解糖と呼ばれるが、解糖系自体は酸素を必要としない）。

最終的な代謝産物は細胞内のエネルギー要求により制御され、もしレジスタンストレーニング中のように速いエネルギーが要求される場合、速い解糖が主として働きます。

遅い解糖系とは

これに対し、軽い強度のエアロビックダンスの開始時などのようにエネルギーの供給がそれほど高くなく、かつ細胞内の酸素の量が十分である場合には遅い解糖が使われます。

興味深い代謝産物として還元ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NADH）があり、これは電子伝達系に取り込まれ、より多くのATPを産生します（還元とは水素原子が加わること）

酸化機構とは

酸化機構は安静時と有酸素運動中の主要なATPの源であり、基質として主に炭水化物と脂質を用い、トレッドミル、水中エアロビクスやヨガ、等には主に酸化機構からのエネルギーに依存しています。

タンパク質は通常、随所に代謝されないが、長い間の飢餓と90分を超えるような長時間の運動では代謝され、安静時には、産生されるATPの約70％が脂質から、約30％が炭水化物から供給されます。

運動の開始に伴い、運動強度が上がるにつれて、多く使われる基質は脂質から炭水化物へと変化し、高強度の有酸素性運動の間、十分に供給が追い付くならば、ほとんど100％のエネルギーが炭水化物から供給されます。

しかし、長時間の定常状態での最大化運動中は、エネルギー基質は再び炭水化物から脂質、タンパク質に移行します。