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biochem 100601 最近の更新履歴 Dr Hishiki's classroom (日紫喜研究室)

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(1)

1

第7 回  脂質代謝( 1 )

日紫喜  光良

基礎生化学講義

(2)

2

概要

脂質と

脂質の消化・ 吸収

脂肪酸と アシルグリ セロール( の生

脂肪酸と の分解

「イラストレーテッド生化学」第15、16章に相当

(3)

3

脂質

脂溶性

アシルグリ セロール

脂肪酸

ン脂質

糖脂質

ステロイ

(4)

4

ト リ アシルグリ セロール

定義: 1 分子のグリ セロール( グリ セリ ン) 3 分子の

脂肪酸がエステル結合し たも の

エステル結合: R-OH + R’-COOH R-O-CO-R’

別名: グリ セリ 油脂、 油、 中性脂肪

グリ セロール

CH2OH-CHOH-CH2OH

ステアリ ン酸

CH3-(CH2)16-COOH

オレイン酸

(飽和脂肪酸の例として)

(不飽和脂肪酸の例として)

cis 型)

(Z)-CH3-(CH2)7-CH=CH(CH2)7-COOH (C18)

(C18)

(5)

5

典型的なト リ アシルグリ セロール

日清オイリオHPより

実際は、 ト リ アシルグリ セロールを

構成する脂肪酸の多く は長さ ( 炭素

数) が 16 または 18 ( 長鎖脂肪酸) 。

(6)

6

油脂のほと んどはト リ アシルグリ セロール

日清オイリオHPより

(7)

7

石鹸: 脂肪酸の塩

例: ステアリ ン酸ナト リ ウム

Na

(8)

8

油脂の種類と 脂肪酸の構成

動物性油脂

– 飽和脂肪酸が多い→固体

ード

牛脂:

植物油

– 不飽和脂肪酸が多い→液体

菜種油:

オリ ーブ油:

ゴマ油:

(9)

9

油脂によっ て脂肪酸構成が異なる

ニッスイHPより http://www.nissui.co.jp/academy/oil/index.html

文部科学省科学技術・学術審議会資源調査分科会「五訂増補日本食品標 準成分表脂肪酸成分表編」より作成

(10)

10

飽和脂肪酸と 不飽和脂肪酸

(Z)-CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4CH2CH2COOH -49.5

20 アラキドン酸

(Z)-CH3CH2(CH=CHCH2)3(CH2)6COOH -11

18 リノレン酸

(Z,Z)-CH3(CH2)4(CH=CHCH2)2(CH2)6COOH -12

18 リノール酸

(Z)-CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH 13.4

18 オレイン酸

(Z)-CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH -0.1

16 パルミトレイン酸

(不飽和脂肪酸)

CH3(CH2)18COOH 76.5

20 アラキジン酸

CH3(CH2)16COOH 68.8

18 ステアリン酸

CH3(CH2)14COOH 63.1

16 パルミチン酸

CH3(CH2)12COOH 53.9

14 ミリスチン酸

CH3(CH2)10COOH 43.2

12 ラウリン酸

(飽和脂肪酸)

構造 融点

(℃) 炭素数

名前

(11)

11

ト ラ ンス脂肪酸

天然の油脂には微量し か含まれない

不飽和脂肪酸( 液体) に水素を添加し て飽和化(

体) すると き( マーガリ ン等の製造のため) に生じ る

エライジン酸

オレイ ン酸

(Z)-CH3-(CH2)7-CH=CH(CH2)7-COOH

(E)-CH3-(CH2)7-CH=CH(CH2)7-COOH

cis 型)

(C18)

trans 型)

(12)

12

リ ン脂質

複合脂質( グリ セリ ン+脂肪酸+それ以外の成分)

の一種。

ン脂質: ン酸と その他のアルコ ールが結合するも

その他のアルコ ールと は?

エタ ールアミ

セリ ン  アミ 酸)

シト ール  など

細胞膜をつく

親水性部分( その他のアルコ ール)

疎水性部分( 脂肪酸)

肺の界面活性物質( サーフ ント をつく

(13)

13

リ ン脂質の例

レシチン( グリ セリ ン+脂肪酸x +リ ン酸+コ ン)

ホスフ チジルコ ンと いう

リン酸

コリン パルミチン酸 パルミチン酸

肺の界面活性物質の例。 ジパルミトイルレシチン

(14)

14

ステロイ ド

コ レステロール

コ レステロールから 生成

17β ーエストジオール

(15)

15

脂質の代謝( 糖質の代謝と の比較)

国立循環器病センター

http://www.ncvc.go.jp/cvdinfo/Sick/buhin2_04.html 貯蔵性脂肪

貯蔵性脂肪 糖質の代謝 脂質の代謝

(16)

16

主な脂質

脂肪酸

ト リ アシルグリ セロール (TAG)

リ ン脂質

ステロイ ド

糖脂質

「イラストレーテッド生化学」図15.1 グリセリン+脂肪酸3分子

(17)

17

脂質消化の概要

A

B C

D

主な消化産物 C-3

C-2

C-1 E

図15.2

(18)

18

A: 胃での消化

酸性リ パーゼ( 舌リ パーゼ、 胃リ パーゼなど)

短∼中鎖( 炭素未満、 例: 牛乳に含まれる

脂肪) 脂肪酸を含む TAG

他は消化さ れない

膵臓不全をおこ す疾患( 嚢胞性線維症) の脂

質消化に重要

(19)

19

B: 胆汁酸塩による乳化

胆汁: 肝臓でつく

胆嚢に貯蔵

胆管を通っ て十二指

腸に分泌

胆汁酸塩の界面活性

剤作用

十二指腸の蠕動運動

グリ コ コ ール酸の構造

コ ール酸

( 胆汁酸の一種)グリ シン

胆汁酸塩の例:

図15.3

(20)

20

C: 膵から の消化酵素による分解

• C-1. TAG の分解

膵リ パーゼ

遊離脂肪酸2 分子と 1 分子の 2- モノ アシルグルセロール

• C-2. レステロールエステル( コ レステロールと 脂肪

酸と がエステル結合し たも の) の分解

レステロールエステラ ーゼ

レステロール

• C-3. ン脂質( グリ セロールに、 脂肪酸2 分子と

スフ ァ チジルコ リ ンが結合し たも の) の分解

膵リ パーゼ

遊離脂肪酸2 分子と グリ セリ ルフ スフ ルコ

(21)

21

D: 小腸壁から の吸収

混合ミ セル: 2 種類以上の界面

活性剤から 構成さ れるミ セル

( 親水基を外に親油基を内に

向けて会合し た構造)

遊離脂肪酸、 遊離コ レステロー

ル、 2 ‐ モノ アシルグリ セロール、

脂肪酸塩、 脂肪性ビタ ミ ンは混

合ミ セルを形成

• 短および中鎖脂肪酸はミ セル

形成せずに小腸に吸収。

混合ミ

セル

形成

小腸

粘膜

細胞

図15.5

(22)

22

E: TAG レステリ ルエステルの再合成

カイロミクロン コレステロー ルエステル

リ ンパ系へ

アシルCoAシンターゼ

長鎖脂肪酸 2-モノアシルグ リセロール

小腸粘膜細胞 アポB-48 リン脂質

トリアシルグ リセロール

図15.6

(23)

23

脂肪酸と ト リ アシルグリ セロールの代謝

TAG の合成と 分解経路

アセチルCoA

マロニルCoA

アシルCoA

図16.1

(24)

24

脂肪酸の構造

疎水性の

炭化水素鎖

親水性の

カ ルボキシル基

pH7 でイ オン化)

図16.2

(25)

25

飽和脂肪酸と 不飽和脂肪酸

不飽和結合( cis 配置)

飽和結合

図16.3

(26)

26

代表的な脂肪酸

酪酸( 炭素数 4)

カ プリ ン酸( 炭素数 10)

炭素長4∼10の脂肪酸:牛乳に多く含まれる

炭素数:二重結合の数(位置)

細胞膜を構成する脂質やトリアシルグリセロール を構成する脂肪酸の長さは原則として16(個の 炭素)以上

リノール酸 18:2(9,12)

α -リノレン酸 18:3(9,12,15) アラキドン酸 20:4(5,8,11,14)

必須脂肪酸

プロスタグランジンの前駆体 図16.4

(27)

27

脂肪酸の新規合成: 概略

炭水化物、 ンパク 質、 その他余分に摂取し た栄

養素は脂肪酸に変換さ れ、 ト リ アシルグリ セロール

と し て貯蔵さ れる。

成人では、 脂肪酸合成は主に肝臓と 授乳期の

乳腺でおこ なわれる。

より 小規模だが、 脂肪組織でも おこ なわれる。

• 脂肪酸の合成はアセチル CoA の炭素を脂肪酸の

炭素鎖にと り こ んで伸長さ せるこ と によっ ておこ な

う 。

• ATP NADPH を利用する。

(28)

28

細胞質アセチル CoA の生成

脂肪酸の新規合成は、 ンド ア内

のアセチル CoA を細胞質に移動さ せる

こ と から 始まる

ンド ア内のアセチル CoA

– ピルビン酸の酸化によって

脂肪酸やケトン体やある種のアミ の分解 によってできる

アセチル CoA はオキサロ酢酸 (OAA)

結合し てク エン酸 (Citrate) と なり 、 ミ ト コ

ンド リ アの膜を越える

キーワード

クエン酸、オキサロ酢酸、アセチルCoA クエン酸シンターゼ

ATP-エン酸リアーゼ ミトコンドリア

細胞質 クエン酸

図16.6

(29)

29

アセチル CoA のカ ルボキシル化と マロニル CoA の生成

アセチル CoA: CH

3

CO-S-

CoA

炭素2

マロニル CoA: OCO-

CH

2

CO-S-CoA

炭素3

アセチル CoA ルボキシ

ラ ーゼ

補酵素: ビオチン

アロステリ な活性化←ク

エン酸

アロステリ な不活性化←

長鎖脂肪アシル CoA

図16.7

(30)

30

リ ン酸化によるアセチル CoA カ ルボキシラ ーゼの調節

ンスリ

プロテイ ンフ スフ ーゼ

を活性化

脱リ ン酸化

活性化

グルカ ゴン、 エピネフ

– cAMP 依存性プロテイ ンキ

ナーゼ

– AMP 活性化プロテイ ンキ

ナーゼ (AMPK)

ン酸化

不活性化

図16.8

(31)

31

脂肪酸合成: 脂肪酸シンタ ーゼ

• 複数種類の反応を脂肪酸シンタ ーゼがおこ

なう

脂肪酸シンタ ーゼには、 アシルキャ アープ

ロテイ ン (ACP) ド メ イ ンがある。

– ACP の末端にはチオール基 (-SH) があり

伸長途中の脂肪酸はこ にスルフ 結合 (-S-)

れる

(32)

32

脂肪酸合成のステッ プ

アセチル CoA から 酢酸部分が ACP に転移し てアセチル -

ACP になる

• 2. 酢酸部分が ACP から 脂肪酸シンタ ーゼの別の残基に一

時的に移さ れる

空いた ACP にマロニル CoA のマロン酸部分が結合し マロ

ニル -ACP になる

マロニル -ACP から HCO

3-

が抜ける。 残っ た部分( C2 個)

に2 . の酢酸部分 (C2 個) が結合する。

NADPH から 水素をも 3 番目の炭素のケト ン基が還

元さ れる

水が抜けて2 番目と 番目の炭素の間が2 重結合になる

NADPH から 水素をも て6 の2 重結合が1 重結合に

なる。 こ のと き、 ACP には炭素4 つの脂肪酸ブチル酸が結合

し ている。

−7 を繰り 返し ながら 炭素2 個ずつ伸長し ていく

(33)

33

[1] アセチルCoAから アセチル-ACP

[3], [3*]マロニルCoA からマロニル-ACP

[4] CO2抜け、移し おいたアシル基がマ ロニル-ACPに結合

[5] NADPH + H+ [6] H2O抜ける [7] NADPH + H+

パルミチン酸

6回繰り返すと炭素 16個のパルミチン酸

[2],[2*] アシル基をACP から移す

図16.9

(34)

34

1 6 より 長い脂肪酸の合成

パルミ チン酸を再びミ ンド アまたは小胞

(ER) に戻し て作る

(35)

35

NADPH の生成

オキサロ酢酸

細胞質 NADH 依存性リ ンゴ

酸デヒ ド ロゲナーゼ

ンゴ酸

• NADP + 依存性リ ンゴ酸デヒ

ド ロゲナーゼ

ピルビン酸

図16.10 NADPH

NADPHの用途:脂肪酸やステロイドなどの 合成、シトクロームP450系、活性酸素の処 理など(前回講義資料参照)

(36)

36

グルコ ース代謝と 脂肪酸合成の関係

図16.11

(37)

37

グルコ ース代謝と 脂肪酸合成の関係

グルコ ース→( 解糖系)

→ピルビン酸2 分子

– NADH 生成

ピルビン酸→( ンド

リ ア内) →( 糖新生) →オキ

サロ酢酸( O A A )

ピルビン酸→( ンド

リ ア内) →アセチル CoA

アセチル酢酸+O →ク

ン酸

エン酸→ ( 細胞質)

アセチル CoAOAA

OAA →リ ンゴ酸→ピル

ビン酸+ NADPH

アセチル CoA, ATP,

NADPH →脂肪酸合成

図16.11の説明

(38)

38

ト リ アシルグリ セリ ド (TAG) の貯蔵

グリ セロールリ ン酸を合成: 肝臓と 脂肪組織

グリ セロールリ ン酸に脂肪酸が結合 → TAG

脂肪組織では、 TAG は貯蔵さ れる

肝臓では、 TAG VLDL いう ポタ ンパク になっ て血中に放出さ れる

ポタンパク脂質の運び屋

レステロールエステル、コレステロール、リン脂質、アポリポプロテインB-100 などを含む

肝臓 脂肪組織

グリセロールリン酸

グルコース→解糖

ジヒドロキシアセトンリン酸 グルコースの取り込み:インスリンが必要

図16.13

(39)

39

解糖系から の接続

脂肪組織

グルコ ース

ジヒ ド ロキシアセト ンリ ン酸

グルコ ース

ジヒ ド ロキシアセト ンリ ン酸

解糖 解糖

NADH NAD+

グリ セロールリ ン酸

デヒ ド ロゲナーゼ

グリ セロールリ ン酸

NADH NAD+

グリ セロールリ ン酸

デヒ ド ロゲナーゼ

グリ セロールリ ン酸

グリ セロール

ATP ADP

グリ セロールキナーゼ

図16.13から

(40)

40

貯蔵し た脂肪の利用と 脂肪酸の酸化

糖やタ ンパク 質と 比べて、 質量あたり のエネ

ルギーが脂肪はも っ と も 高い

糖、 ンパク 質: 4 kcal/g

脂肪 : 9 kcal/g

T A G から の脂肪酸の遊離

脂肪酸のβ - 酸化

脂肪を利用するためには:

(41)

41

TAG から の脂肪酸の遊離

低イ ンスリ

高エピネフ

• cAMP 依存性プロテイ

ンキナーゼを活性化

ホルモン感受性リ

パーゼのリ ン酸化&

活性化

– TAG #1 または #2

炭素から 脂肪酸を放

• DAG から 脂肪酸が

放出 ( 別の酵素で)

インスリン

エピネフリン

アデニリル シクラーゼ

cAMP + PPi ホルモン感受性

リパーゼ

リン酸

cAMP依存性 プロテインキ ナーゼ

TAG

脂肪酸

ジアシルグリセロール (DAG) 脂肪細胞 レセプター

図16.15

(42)

42

グリ セロールのその後

• 脂肪細胞では利用できない

グリ セロールキナーゼをも たない

血液に放出さ れ肝臓に運ばれる

肝臓でグリ セロールリ ン酸になり

– TAG をつく

ジヒ ロキシアセト ンリ ン酸になり エネルギー源に

なる

(43)

43

脂肪酸のその後

血中に放出

遊離脂肪酸になる

アルブミ ンと 結合

各組織の細胞に取り 込まれる。 ただし 脂肪

酸を

脳では利用できない( 血液脳関門を通れない)

– 赤血球では利用できない( 分解酵素をも たない)

(44)

44

脂肪酸のβ 酸化

長鎖脂肪酸のミ ンド アへの輸送

ルニチンシャ

ルニチンパルミ ルト ンスフ ーゼ I/II (CPT I, CPT II)

アシル化カルニチン

マロニル CoA による阻害

CPT I CPT II

外膜

内膜 アシルCoA

細胞質

ミトコンド リアのマト リクス

カルニチン

アシル化カルニチン

アシルCoA 図16.16

(45)

45

カ ルニチン代謝

ルニチン源: 肉など

腎、 肝ではリ シンやメ チオニンから 合成

– 筋には合成酵素がない→血流で運ばれてく るカ

ルニチンに依存

ルニチン欠乏症

一次性( 先天性)

二次性

肝疾患( ルニチン合成の低下)

低栄養、 ベジタ アン

必要量増加( 妊娠、 重症感染症、 火傷、 外傷など)

透析患者( ルニチンは血液から 除去さ れる)

(46)

46

短∼中鎖脂肪酸の取り 込み

ルニチンシャ ルを使わず、 直接ミ ンド

アに入る。

中鎖脂肪酸: 母乳に多く 含まれる

(47)

47

脂肪酸β 酸化のプロセス

• FADH2 産生

加水

• NADH 産生

アセチル CoA 放出( 炭素鎖長が2 短く なる)

パルミ CoA (C16) から 8 個のアセチル CoA

7 個の NADH 7 個の FADH2 ができる。

れら が完全に酸化さ れると 131 個の ATP ができ、

パルミ チン酸をパルミ ト イ ル CoA にするための2 個

ATP を引く と 、 正味 129 個の ATP ができる

(48)

48

ケト ン体の生成

条件: 肝臓での脂肪酸のβ 酸化  >>  アセ

チル CoA の処理能力

飢餓

ケト ン体: アセト 酢酸、 3- ロキシ酪酸、 アセ

ト ン

アセト 酢酸、 3- ロキシ酪酸は肝臓から

流で他の組織に運ばれ、 エネルギー源にな

高濃度になると 脳も ケト ン体を利用する

(49)

49

ケト ン体の合成経路

アセトアセチル CoA

H M G-CoA

アシルCoA アセチルCoA

アセト酢酸

3-ヒドロキシ酪酸 アセトン

HMG-CoA シンターゼ

N ADH 図16.22

(50)

50

末梢組織でのケト ン体分解

• 3- ロキシ酪酸→アセト 酢酸

アセト 酢酸は TCA 回路のスク シニル CoA から

CoA を受け取り アセト アセチル CoA になる

アセト アセチル CoA は2 つのアセチル CoA

なり 、 ATP をつく る

(51)

51

肝臓のケト ン体生成と 末梢組織での利用

アセト酢酸

3-ヒドロキシ酪酸

筋肉

肝臓

アセトアセ チルCoA 脂肪酸酸化

アミノ酸分解

解糖 2 x アセチルCoA

HMG CoA

図16.13

(52)

52

糖尿病でのケト ン体の過剰産生

ンスリ ンが欠乏し 脂肪分解が亢進し てい

る状態

ケト ン血症→ケト ン尿症

息がアセト ン臭

脱水症状

血液が酸性化( アシド ーシス) →と にケト アシ

ド ーシスと いう

(53)

53

1 型糖尿病における糖尿病性ケト アシド ーシス

インスリン↓

グルカゴン↑

脂肪分解↑

血漿遊離脂肪酸↑

肝からのケトン体産生↑

ケトアシドーシス

(54)

54

まと め: TAG の合成 / 分解

合成時

肝臓の役割: 脂肪酸と TAG の合成

アセチルCoAにマロニルCoAを順次つないで、長鎖アシルCoAをつくる。

アシルCoAグリセロールリン酸からTAGをつくる。

• TAGVLDLに包んで血液中に放出する

脂肪組織の役割: 脂肪の蓄積

• VLDLからTAGを抜きとて蓄積する

分解時

肝臓の役割:

• 血液中の遊離脂肪酸を取り込む

脂肪酸をβ 酸化してアセチルCoAをつく

分解しきれないアセチルCoAからケトン体をつく

脂肪組織の役割: 脂肪の分解

• TAGから脂肪酸を取り出して血液中に放出(遊離脂肪酸)

– 末梢組織のエネルギー生産

ケトン体を利用:3-ロキシ酪酸→アセト酢酸→アセトアセチルCoA アセチルCoAATP産生

(55)

55

まと め: TAG の合成 / 分解の切り 替え

合成

細胞外の要因: 炭水化物を多く 摂取→イ ンスリ ン分泌

細胞内の要因: プロテイ ンフ スフ ーゼの活性化

肝臓: アセチル CoA ルボキシラ ーゼ( アセチル CoA →マロニル

CoA の活性↑

脂肪組織: ホルモン感受性リ パーゼ( TAG から 脂肪酸を引き抜く

の活性↓

分解

細胞外の要因: エネルギー不足、 飢餓→グルカ ゴン、 エピ

ネフ リ ンの分泌

細胞内の要因: プロテイ ンキナーゼの活性↑

肝臓: アセチル CoA ルボキシラ ーゼの活性↓

脂肪組織: ホルモン感受性リ パーゼの活性 ↑

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