biochem 100427 最近の更新履歴 Dr Hishiki's classroom (日紫喜研究室)

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第４ 回  Ｔ Ｃ Ａ サイ ク ルと

電子伝達系

日紫喜  光良

基礎生化学

２０１０．４．２７

Ｔ Ｃ Ａ サイ ク ル

• ^{Ｔ Ｃ Ａ ：} Tricarboxilic acids

– ^{カ ルボニル基（ 炭素と 酸素の２ 重結合） が３ 個含}

まれる酸

• ^{サイ ク ル： も と に戻る}

3

Ｔ Ｃ Ａ サイ ク ルのはたら き

炭素数６ （ グルコ ースなど）

炭素数３ の中間代謝物

× ２分子（以下略）

炭素数２ の中間代謝物

CO

炭素数４ の

中間代謝物

炭素数６ の

中間代謝物

炭素数５ の

中間代謝物 _CO

CO

イラストレーテッド生化学 図８．２

Ｔ Ｃ Ａ サイ ク ルの場所： ミ ト コ ンド リ ア

細胞質

外膜

NADH ^など 内膜

アセチル _CoA など

5

Ｔ Ｃ Ａ サイ ク ルの中間代謝物

ピルビン酸

アセチル _CoA

ク エン酸

イ ソ ク エン酸

α −ケト グルタ ル酸

スク シニルＣ ｏ Ａ

コ ハク 酸

フ マル酸

リ ンゴ酸

オキサロ酢酸

CO

CO

C6

C5

C4

C3

C2

CO

TCA ^{回路への投入と 産生}

アセチル _CoA （ _{CoA+COCH 3} ）

TCA ^回路

CO

NAD ^{+ ３ 個} FAD ^{１ 個} H ₂ O ^{２ 個}

NADH ^{（ ＋} H ⁺ ) ^{３ 個 FADH 2 １ 個}

GDP ^（ +Pi ^{） １ 個}

7

Ｔ Ｃ Ａ サイ ク ルでのエネルギー産生

ピルビン酸

アセチル _CoA

ク エン酸

イ ソ ク エン酸

α −ケト グルタ ル酸

スク シニルＣ ｏ Ａ

コ ハク 酸

フ マル酸

リ ンゴ酸

オキサロ酢酸

CO

CO

C6

C5

C4

NADH

NADH

GTP

FADH

NADH

Ｔ Ｃ Ａ サイ ク ルでできるエネルギー源

• ^{Ｇ Ｔ Ｐ}

• ^{Ｎ Ａ Ｄ Ｈ}

• ^{Ｆ Ａ Ｄ Ｈ} _２

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Ｎ Ａ Ｄ ^＋ の還元→ _NADH の生成

イラストレーテッド生化学 図２８．１４

ヒ ド リ ド イ オン

（ 水素原子＋電子）

Ｎ Ａ Ｄ

Ｎ Ａ Ｄ Ｈ

フ ラ ビンアデニンジヌ ク レオチド （ _FAD)

イラストレーテッド生化学 図２８．１５

リボフラビン（ビタミン_B2) リン酸 結合

リン酸 結合

リボース アデニン

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TCA ^{サイ ク ルの酵素}

ピルビン酸デ

ヒ ド ロゲナーゼ

複合体

ピルビン酸

アセチルＣｏＡ オキサロ酢酸

クエン酸

ク エン酸シンタ ーゼ

アコ ニタ ーゼ

イソクエン酸

イ ソ ク エン酸デ

ヒ ド ロゲナーゼ

α ーケトグルタル酸

α _- ケト グル

タ ル酸デヒ

ド ロゲナー

ゼ複合体

スクシニル_CoA

リ ンゴ酸デヒ ド

ロゲナーゼ

リンゴ酸

フ マラ ーゼ

フマル酸

コ ハク 酸チオキナーゼ

コハク酸

コ ハク 酸デヒ ド ロ

ゲナーゼ

アセチル _CoA の生成

ピルビン酸デヒ ド ロゲ

ナーゼ複合体

CoA ^と NAD+

ピルビン酸

NADH + H+

CO2

アセチル _CoA

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ピルビン酸デヒ ド ロゲナーゼ複合体

• ^{ピルビン酸デヒ ド ロゲナーゼ}

• ^{ジヒ ド ロリ ポアミ ド アセチルト ラ ンスフ ェ ラ ーゼ}

• ^{ジヒ ド ロリ ポアミ ド レダク タ ーゼ}

• ^補酵素

– ^{チアミ ンピロリ ン酸}

– ^{リ ポ酸}

– FAD

– NAD+

→チアミ ン ₍ ビタ ミ ン _B

₎ やナイ アシン ₍ ビタ ミ ン _B

₎ の不足は深

刻な中枢神経症状を引き起こ す

コ エンザイ ムＡ （ _CoA ）

アセチル_CoA

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ク エン酸の生成

アセチル_CoA

オキサロ酢酸

クエン酸シ ンターゼ

クエン酸

イラストレーテッド生化学 図９．５

α _- ケト グルタ ル酸の生成

クエン酸

イソクエン酸

イソクエン酸デヒドロゲナーゼ アコニターゼ

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スク シニル _CoA の生成

α _- ケト グルタ ル酸

スク シニル _CoA

α _- ケト グルタ ル酸デヒ

ド ロゲナーゼ複合体

NAD

NADH + H

CO

イラストレーテッド生化学 図９．６

リ ンゴ酸の生成

スクシニル_CoA

コハク酸

コハク酸デヒドロゲナーゼ

フマル酸

フマラーゼ

コハク酸チオキナーゼ

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オキサロ酢酸の再生

リンゴ酸

オキサロ酢酸

リンゴ酸デヒドロゲナーゼ

イラストレーテッド生化学 図９．７

1 ^{分子のアセチル} CoA ^{から 作ら れる}

ATP ^の数

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TCA ^{回路まと め（ １ ）}

1^{周する間に、}1^{分子のアセチル}CoA^から3^分子の

NADH, 1^分子のFADH2^{ができる。また、}1^分子のGTP ができる。アセチル_CoAの炭素は２分子の_CO2として 消滅する。

アセチル_CoA

クエン酸

イソクエン酸

α _-ケトグルタル酸

スクシニル_CoA コハク酸

フマル酸 リンゴ酸

オキサロ酢酸

CO2

CO2 図９．９

Ｔ Ｃ Ａ 回路の調節

• ^{ピルビン酸デヒ ド ロゲナーゼ複合体}

• ^{イ ソ ク エン酸デヒ ド ロゲナーゼ}

• ^{α ーケト グルタ ル酸デヒ ド ロゲナーゼ複合体}

酸化的脱炭酸

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ピルビン酸デヒ ド ロゲナーゼ複合体の調節

リ ン酸化→不活性化

脱リ ン酸化→活性化

プロテインホスファターゼを活性 化（ピルビン酸デヒドロゲナーゼ を活性化）：カルシウムイオン

プロテインキナーゼを活性化： ATP,^アセチルCoA, NADH プロテインキナーゼを不活性化

（ピルビン酸デヒドロゲナーゼを活 性化）：ピルビン酸

イ ソ ク エン酸デヒ ド ロゲナーゼの調節

• ^{イ ソ ク エン酸＋} NAD ^{+ →α −ケト グルタ ル酸}

＋ _{CO 2} ＋ _NADH ＋ _H ⁺

• ^{活性化するも の：} ADP, Ca ²⁺

• ^{阻害するも の：} ATP, NADH

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α ーケト グルタ ル酸デヒ ド ロゲナーゼ

複合体の調節

• ^{α −ケト グルタ ル酸＋} CoA ^＋ NAD ^{+ →スク シ}

ニル _CoA ＋ _CO2 ＋ _NADH ＋ _H ⁺

• ^補酵素：

– ^{チアミ ンピロリ ン酸、 リ ポ酸、} FAD ^、 NAD

^、 CoA

• ^{阻害するも の：} ATP, GTP, NADH, ^{スク シニ}

ル _CoA

• ^{活性化するも の：} Ca ²⁺

• ^{リ ン酸化、 脱リ} ン酸化による調節は受けてい

ない。

TCA ^{回路まと め（} 2 ^） 反応を促進または阻害する要因

エネルギー物質（ _NADH,

ATP, GTP ^{） 過剰、 中間}

代謝物 ₍ スク シニル _CoA)

蓄積→阻害

エネルギー物質不足

(ADP ^{増加） 、} Ca ^{イ オ}

ン→促進

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Ｎ Ａ Ｄ Ｈ 、 Ｆ Ａ Ｄ Ｈ

２ ^の処理

• ^{電子の運び屋}

• ^{水素原子を酸素と 反応さ せて水をつく る。}

• その際のエネルギーでミ ト コ ンド リ ア内部から

H ^{+ を外にく み出す}

• H ^{+ がチャ ンネルを通っ てミ ト コ ンド リ アに再流}

入するエネルギーで _ADP をリ ン酸化し て _ATP

にする。

「 酸化的リ ン酸化」

質問

• ^{ピルビン酸から アセチル} CoA ^と CO2 ^への変換

に関し て正し いも のはどれか

– A ^{． 可逆的である}

– B ^{． リ ポ酸が関与する}

– C ^． ATP ^{の存在下に} PDH ^{キナーゼによっ てピルビ}

ン酸デヒ ド ロゲナーゼ _(PDH) 複合体がリ ン酸化さ

れると 活性化さ れる

– D ^{． 細胞質でおこ る。}

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質問

• ^ク エン酸回路におけるアセチル _CoA の酸化が

減少するのはどう いう 場合か？

– A. ^低 ATP/ADP ^比

– B. ^{呼吸鎖による} NAD

^{への迅速な酸化に起因}

する低 _NADH 濃度

– C. ^低 NAD

/NADH ^比

– D. ^高濃度の AMP

– E. ^低 GTP/GDP ^比

代謝と 酸化的リ ン酸化と の関係

炭水化物、 脂肪酸、 アミ ノ 酸

酸化

Ｃ Ｏ

２

^{、 Ｈ}

^Ｏ

還元

電子運搬物質

還元さ れた電子

運搬物質 _+H

酸素

還元さ れた電子

運搬物質

酸化

電子の

授受

ADP+Pi

H

^の

流れ

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酸化的リ ン酸化をたと えると _…

Ｈ

Ｈ

の濃度勾配がＡ Ｔ Ｐ 生成の駆動力

Ｈ

の濃度勾配

燃料電池

ポンプを回し てＨ

をく み出し ている

Ｈ

の流れで起電力

をつく り 、 その電力

で _ATP を合成し てい

る

Ａ Ｔ Ｐ を使っ て

化学反応をお

こ なっ ている。

汲み出す

酸化的リ ン酸化はミ ト コ ンド リ アの内部（ マト リ ク

ス） でおこ なわれる

内膜は多く の小イ オン、 小分子、

大分子に対し て非透過的

電子伝達系 _ATP シンタ ーゼ

マトリクス

TCA^{回路の酵素}

脂肪酸酸化のための酵素

イラストレー テッド生化学  図６．７

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電子伝達系

ミトコンドリア

ミトコンドリアのマトリクス

ミトコンドリアの内膜 NADH, FADH2

酸素

水 NAD+, FAD

電子の流れ

エネルギーを放出 チトクロームオキ シダーゼ

複合体 _I ∼ _IV: 水素と 酸素を反応さ せてエネルギーを発生

複合体 _{V: ATP} を合成

図６．８

プロト ン _(H

+ ) ^ポンプと ATP ^合成

ミトコンドリアの マトリクス

ミトコンドリアの 内膜と外膜の間

膜間空間 内膜

外膜

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微生物燃料電池

http://home.hiroshima-u.ac.jp/tkakizo/ 広島大学 柿園俊英研究室

酸化または還元状態をも ち， か

つ細胞膜透過性を有する電子伝

達剤（ メ ディ エータ ） を添加

プロト ン交換膜

微生物の選択

電極の高活性化