biochem 130409 最近の更新履歴 Dr Hishiki's classroom (日紫喜研究室)

1

第 回 生体内 エ 産生

日紫喜 光良

基礎生化学 2013.4.9

暮 中 生化学 関連 象

• ^発酵

– ^{発酵食品 製造}

– ^酒造

• ^代謝

– ^エ

– ^栄養

• ^栄養素

– ^代謝異常

• ^糖尿病

• ^肥満

3

健康 い 疑問 生化学 関連

• ^{飲料 成 科学的 拠 ？}

• ^{ン 肌}

？

• ^{飯 食 け ば太 い ？}

教科書

• Champe PC, Harvey RA, Ferrier DR.

Lippincott's Illustrated Reviews

Biochemistry 4th Edition (2008), Lippincott

Williams & Wilkins/Wolters Kluwer Health,

USA

• ^{ン 生化}

学 原書第 ₅ 版 ₂₀₁₁₎ 丸善

– ^{ン 生化学}

原書第 版 ₂₀₀₈₎ 丸善 可

5

注意 項

• ^{関連 あ 章 要約 概念図 読 あ}

い い 概念 い う 文 何回 読

• ^{章 学習問題 解い}

今日

• ^{生体内 エ 産生}

• ^{生体内 エ 産生 概略}

• ^{ATP NADH}

• ^{ン 構造 膜輸送}

7

エ 産生

• ^{エ 物理学的定義：仕 能力}

– ^{熱 電気 光 化学 力学的 運動 置 etc}

• ^{炭素 水素 酸素 含 化合物 酸素} →

酸化炭素 水 エ

– ^{火力発電：燃焼 急激 酸化 高温 発生}

せ

• ^{高温高圧 そ あ い 高温 高温高}

圧 水蒸気 作 ン 回 電気 作

– ^{生体：食物 摂 化合物 有 化学エ}

• ^{化学 応}

• ^{い い 化学 応 共役 化学物質 高エ}

化学結合 移

– ^{必要 時 出せ う}

化学 応

• ^{原子間 結合 変化}

H H

H H ^{O O H}

O H

H ^O H

水素 酸素

水

結合 生成

•

• ^{エ 必要}

9

原子 う 結合 _→ 安定化

1 ^H

1s

8 ^O

2s

2p

8 ^O

2s

2p

1 ^H

1s

H ₂

σ

^*

σ ^π

π

^*

O ₂

原子軌

子軌

σ

σ

^*

エ 準 下

原子間 結合 変化 時

• ^{原子 原子 間 い 電子 移}

動

– ^{電子 あ 原子間 結合 別 原子間 結}

合 移動

• ^{エ 吸 放出}

– ^{原子間 結合 エ 結合 原子や}

結合 種類 う

11

生体内 電子 何 乗 移動

• ^{例： 基 求}

付加 応

– ^{水酸基 炭}

水化物 生成 _{, etc}

O

δ⁺

C

Nu ( ^{電子 供与} )

O

C Nu

δ^-

RO

^{： ン 生成}

電子 相対的 少 い

電子 ひ

け 原子

Nu = H

H

: ^ン

水素原子 電子 個余

引 け

相手 個 電子 与え 水素 ン 水素 原子

=^{プ ン}, H⁺) 電子運搬物質 結合

R-OH

R=O

生体内 エ 産生 概要

• ^{大栄養素：炭水化物 脂質 ン 質}

• ^{脂質や 窒素 含 化合物} → ^{炭素 酸素 水素 成 化合物}

解

• ^{炭素 酸素 水素 成 化合物} → ^{酸化炭素 放出 電子運搬}

物質 余 電子 持 水素原子 ン 与え

– ^代謝 (metabolism)

• ^{電子運搬物質 酸素 応 水 生成}

• ^{そ 際 生 水素 ン 濃度差 水素 ン 流 利用}

• ^{高エ ン酸結合 有 化合物 (ATP ＝高エ}

代謝：炭素 余 原子

捨 応

13

代謝 _→ 酸化的 ン酸化

生化学 図 ．

炭水化物 脂肪酸 酸

酸化

Ｈ

還元

電子運搬物質

還元 電子

運搬物質 _+H

酸素

H

O

還元 電子

運搬物質

電子運搬物質

酸化

電子

授

ADP+Pi

ATP

H

流

真 生物 酸化的 ン酸化 ン

内部 わ

内膜 多 小 ン 小 子

大 子 対 非透過的

電子伝 系 _ATP ン

TCA^{回路 酵素}

脂肪酸酸化 酵素

生化学 図

．

15

酸化的 ン酸化 え _…

Ｈ

Ｈ 濃度勾配 ＡＴ 生成 駆動力

Ｈ 濃度勾配

燃料電池

ンプ 回 Ｈ 出 い

Ｈ

流 起電力

そ 電力

ATP ^{合成 い}

ＡＴ 使

化学 応

い

汲 出

ン 酸素

応 狭

い空間

参考：燃料電池

• ^{燃料電池 補充可能 何 負極活物質 通常 水素 正極活物}

質 空気中 酸素等 常温 高温環境 供給 応 せ

的 電力 出 発電装置 あ

• ^{燃料電池 方式 水素や水素原料 化石燃料等 利用 検討}

い 直接水素 用い 場合 化石燃料 改質

出 水素 利用

• ^{水素 応 せ電気 出 仕組 水 電気 解 逆 応}

あ _2H

_{+ O}

_{→ 2H}

_O 場合 多い 応時 熱 伴う け

発電効率 高い ほ 応 高温 必要 傾向 あ

1,000 ^{℃近 環境 必要 方式 あ 応 物質}

水 あ 生成 高熱環境下 あ 実際 排出

水蒸気 温水 あ

• ^{研究開発 進 電気化学 応 電解質 種類 幾}

方式 け

17

生体内 ン供与体

• NADH ( ^{還元型 ン ン}

• NADPH ( ^{還元型 ン ン}

ン酸

実験室 _NaBH

4

^用い

水溶液 強い塩基性 示

酸性 解 水素

発生

Ａ ⇔ _NADH

ン

プ ン 電子 個

Ａ

Ａ Ｈ

電子供与時

応 向 ^{NADH 酸化}

NAD^{+ 還元} プ ン：水素原子

電子運搬物質

物質 電子

電子 奪う 応 向

19

電子伝 系

ン

ン

ン 内膜

NADH, FADH2

酸素

水 NAD+, FAD

電子 流

エ 放出

複合体 _I ～ _IV: 水素 酸素 応 せ エ 発生

複合体 _{V: ATP} 合成

図 ．

図 生化学

プ ン _(H

+ ) ^ンプ ATP ^合成

ン

ン

内膜 外膜 間

膜間空間 内膜

外膜

21

ン 膜 物質

対 非透過的

細胞質

ン

外膜

NADH 内膜

CoA

代謝 解糖系

急 エ 必

要 無酸素的

炭水化物 解

特別 ャン

物質

込 例：

ン酸

ン 細胞質間 輸送 ₍₁₎

細胞質

ン ン 酸

3- ^ン酸

ン ン 酸

3- ^ン酸 FAD

FADH2 NADH + H+

NAD+

23

ン 細胞質間 輸送 ₍₂₎

ン

細胞質

ン酸 α- ^酸

ン 酸

酢酸 ン酸

ン酸 酢酸

ン 酸

ン酸 α- ^酸

NADH + H+ NAD+

NAD+ NADH + H+

電子伝 系

微生物燃料電池

酸化 還元状態

細胞膜透過性 有 電子伝

剤 エ 添加 _→ 電子

奪

負極槽 正極槽 間 プ ン交

換膜

微生物 選択

電極 高活性化