スライド 1

(1)

ミトコンドリア電子伝達系・

酸化的リン酸化（２）

平成24年5月21日

第２生化学（病態生化学分野）教授

(2)

本日の学習の目標

電子伝達系を阻害する薬物を理解する

脱共役タンパク質について理解する

ミトコンドリアにNADHを輸送するシャトルにつ

いて理解する

ATPの産生量について理解する

(3)

(4)

複合体I、III、IVを電子が移動するとプロトンが内膜の内側（マトリック

ス側）から外側へ移動する。マトリックスのプロトン濃度が低下し、膜

電位（内側がマイナス、外側がプラス）が生じる。

(5)

NADH NAD+ Complex I FADH2 Complex II コハク酸 フマル酸 CoQ 2e– Complex III Cyt c 2 H+_{+ 1/2 O} 2 H2O Complex IV) 2e–

NADHから３ATP

コハク酸から２ATP

複合体１、３、４で各々プロトン

が４、２、４個くみ出されると考え

られる。

ATP１分子を産生するためには

およそ３個のプロトンが必要

4H+ 2H+ 4H+

(6)

グルコース１mol当り何mol

のATPが合成されるか？

(7)

ク

エ

ン

酸

回

路

オキサロ酢酸再生

クエン酸回路

フマル酸リンゴ酸 F A D F A D H 2 N A D H N A D + C2 → 2 CO2 イソクエン酸２ -オキソグルタル酸 N A D H N A D + CO2 A T P G T P スクシニル C o A コハク酸 N A D H C O2 Co A -S H C o A -S H NAD+ C3 → C 2 + CO2

⎧

⎨

⎩

2xNADH

2xFADH2

2ATP

オキサロ酢酸クエン酸ピルビン酸 N A D H アセチル C o A N A D + C o A - S H CO2 C o A - S H

6ATP

4ATP

6ATP

合計３０ATPの産生

(8)

解糖 Glycolysis

エムデン・マイヤーホフ経路 Embden-Meyerhof pathway

グルコース グルコース _6-リン酸 フルクトース _6-リン酸 _{1,6-ビスリン酸}フルクトース ジヒドロキシ アセトンリン酸 グリセルアルデヒド 3-リン酸 1,3-ビスホスホ グリセリン酸 3-ホスホ グリセリン酸 2-ホスホ グリセリン酸 ホスホエノール ピルビン酸 ピルビン酸 NAD NADH

ATP ADP ATP ADP

ATP ADP ATP ADP

細胞質

ミトコンドリア（クエン酸回路，酸化的リン酸化）

解糖系：２ATPの産生

NADHはミトコンドリア内膜を通

過できない。細胞質でつくられ

たNADHはどうなるのか？

(9)

NADHシャトル

NADHのミトコンドリアへの移入

・

_{リンゴ酸アスパラギン酸シャトル}

・

_{グリセロールリン酸シャトル}

筋肉や膵

β細胞で発達

肝臓や心臓で発達

(10)

アスパラギン酸アミノ基転移酵素 （ミトコンドリア）

リンゴ酸アスパラギン酸

シャトル

リンゴ酸/2-オキソ グルタル酸キャリアー グルタミン酸/アスパラ ギン酸キャリヤー リンゴ酸 N A D H リンゴ酸 オキサロ 酢酸 NAD+ A アスパラ ギン酸 グルタ ミン酸 B オキサロ 酢酸 NAD+ N A D H C αーケト グルタル酸 αーケト グルタル酸 アスパラ ギン酸 グルタ ミン酸 D 膜間空間 細胞質 マトリックス ミトコンドリア内膜 A リンゴ酸デヒドロゲナーゼ _{（細胞質）} B アスパラギン酸アミノ基転移酵素 _{（細胞質）} C D リンゴ酸デヒドロゲナーゼ （ミトコンドリア） O₂ 3 A D P 3 A T P 電子伝達系

(11)

オキザロ酢酸

グルタミン酸

αーKG

アスパラギン酸

COO- NH3+-C-H CH2 COO- COO- NH3+-C-H CH2 COO- CH2 COO- C=O CH2 COO- COO- C=O CH2 COO- CH2

+

アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ

（AST)

(12)

アスパラギン酸アミノ基転移酵素 （ミトコンドリア）

リンゴ酸アスパラギン酸

シャトル

リンゴ酸/2-オキソ グルタル酸キャリアー グルタミン酸/アスパラ ギン酸キャリヤー リンゴ酸 N A D H リンゴ酸 オキサロ 酢酸 NAD+ A アスパラ ギン酸 グルタ ミン酸 B オキサロ 酢酸 NAD+ N A D H C αーケト グルタル酸 αーケト グルタル酸 アスパラ ギン酸 グルタ ミン酸 D 膜間空間 細胞質 マトリックス ミトコンドリア内膜 A リンゴ酸デヒドロゲナーゼ _{（細胞質）} B アスパラギン酸アミノ基転移酵素 _{（細胞質）} C D リンゴ酸デヒドロゲナーゼ （ミトコンドリア） O₂ 3 A D P 3 A T P 電子伝達系

(13)

グリセロールリン酸シャトル

細胞質 膜間空間 マトリックス ミトコンドリア内膜 2 ADP 2 ATP

e-

O

2 電子伝達系 FADH2 FAD N A D H グリセロール 3-リン酸 ジヒドロキシ アセトンリン酸 NAD+ A

B

B グリセロール3-リン酸 _{デヒドロゲナーゼ（内膜）} A グリセロール3-リン酸 _{デヒドロゲナーゼ（細胞質）}

(14)

NADHが

リンゴ酸ーアスパラギン酸シャトル

でミトコンドリア

の中に入ったとすると２分子のNADHが解糖系で産生され

ているので２ｘ３＝

６分子のATP

が産生されることになる。

３０ATP ＋２ATP（解糖系）＋６ATP ＝

合計３８ATP

(15)

アスパラギン酸・グルタミン酸膜輸送担体（シトリン）欠損症

NADHをミトコンドリアに運べない

(16)

(17)

(18)

白色脂肪細胞 褐色脂肪細胞

褐色脂肪細胞

は新生児にみとめられる。

白色脂肪細胞に比べて脂肪の蓄積は

少なく、ミトコンドリアが発達している。

熱の産生

に中心的な働きを行っている

と考えられる。

(19)

褐色脂肪細胞の熱発生（UCPによる脱共役）

β 酸化クエン酸回路 NADH, FADH2 2e- H + H + H + H + H + H + 熱発生 H+ H+ 1 / 2 O2 _H₂_O A D P A T P Fo-F1 ATPase アシルCoA アシルCoA 脂肪酸 トリアシル グリセロール （脂肪） トリアシルグリセロール リパーゼ cAMP依存性 プロテインキナーゼ cAMP ATP アデニル酸シクラーゼ 活性化 ノルアドレナリン H+

UCP-1

活性化 活性化 活性化

(20)

UCP(uncoupling protein)

UCP-1（thermogenin）：

褐色脂肪細胞

に特異的に発現

UCP-2：種々の臓器に広く発現が認められる

UCP-3：筋肉に主に認められる。

UCP-4, UCP-5:脳神経に認められる。

糖尿病マウスでは膵島におけるUCP2の発現 が増加しており、インスリン分泌を低下させる 筋肉にUCP3を過剰発現する マウスでは、体重が減少する

(21)

シトクロムオキシダーゼ

シトクロムｃから電子を受け取った複合体IVは内部で銅、ヘム

鉄と電子が移動し、最後に酸素にわたされる

(22)

Fig14-27

(23)

４個の電子で完全に還元されるはずだが、

実際には部分的な還元が起こり、酸素が

スーパーオキシド陰イオンラジカル（・O２-）

（

活性酸素

の一種）に変換してしまう。これ

は近傍の分子と反応して

細胞障害

をおこし

てしまう。

(24)

中間テストの実施について

５月２８日（月）１時限目の講義時間内に、生化学２の中間試験

を行います。

出題範囲は５月２２日「グリコーゲン代謝（１）」までの生化学２

（山縣）の講義分。

形式は○×形式で行います。

(25)

1. グリセロールリン酸シャトルは細胞質でできたNADHをFADH2としてミトコンドリアに運ぶ「」 2. リンゴ酸はミトコンドリア内膜を通過できる「」 3. CN（青酸）は複合体IVにおける電子伝達を阻害する「」 4. ジニトロフェノールにより酸化とリン酸化は脱共役される「」 5. UCP２は褐色脂肪に発現している「」 6. 褐色脂肪は熱の産生に重要な働きを担っている「」 7. １分子のNADH2から２分子のATPが産生される「」 8. 酸素は４個の電子を受け取り、水に還元される「」 9. オリゴマイシンはATP合成酵素に作用する「」 10. すべての組織はリンゴ酸シャトルとグリセロールリン酸シャトルの両方を使用することができる「」理解の確認のために