スライド 1

ビタミン（１）

平成３０年７月１９日

生化学２

（病態生化学分野）教授

本日の学習の目標

ビタミンの作用、代謝経路について理解する

ビタミン欠乏が引き起こす病態を理解する

分 類

ビタミンA

ビタミンD

ビタミンE

ビタミンK

水溶性ビタミン

ビタミンB

1

ビタミンB

2

ビタミンB

6

ビタミンB

12

ナイアシン

パントテン酸

ビオチン

葉酸

ビ

タ

ミ

ン

B

群

ビタミンC

脂溶性ビタミン

水溶性ビタミン

栄養学名

化合物名

多く含む食品

欠乏症

ビタミンB1 ビタミンB2 ビタミンB6 ビタミンB12 ナイアシン パントテン酸 ビオチン 葉酸 ビタミンC チアミン リボフラビン ピリドキシン，ピリドキサル， ピリドキサミン コバラミン ニコチン酸 パントテン酸 ビオチン プテロイルグルタミン酸 アスコルビン酸 米糠，胚芽，ブタ肉，ゴマ，豆類 レバー，卵黄，牛乳，緑葉野菜， 納豆 レバー，牛肉，卵，牛乳，大豆 レバー，肉類，牛乳，魚類 レバー，肉類，魚類，豆類 レバー，肉類，牛乳，魚類 レバー，酵母，胚芽 レバー，腎臓，酵母，緑要野菜 トマト，果物，緑黄色野菜 脚気，神経機能障害，ウェルニッケ 脳症 成長障害，口角炎，口唇炎，舌炎， 脂漏性皮膚炎，角膜炎 皮膚炎，口内炎，口唇炎，脂漏性皮 膚炎，神経炎，貧血 巨赤芽球性貧血，舌炎 ペラグラ ヒトでは知られていない ヒトでは知られていない 巨赤芽球性貧血 壊血病

レチノール レチナール レチノイン酸 カルシフェロール α-, β-, γ-, δ-トコフェロ ール フィロキノン メナキノン レバー，ウナギ， 卵黄，バター，緑黄色 野菜 ウナギ，イワシ，カツ オ，サケ，サバ，シイタ ケ 穀類，胚芽油，緑葉野 菜，アーモンド レバー，納豆，チーズ， 緑葉野菜 発育障害，生殖障害，免 疫機能低下，皮膚角化， 視覚障害 くる病，骨・歯の発育不全， 骨粗鬆症，骨軟化症 不妊症，運動機能障害 血液凝固障害，肝障害 ビタミンA ビタミンD ビタミンE ビタミンK

脂溶性ビタミン

栄養学名

化合物名

多く含む食品

欠乏症

３大死因

癌

心臓病

脳血管障害

現在

腸チフス

脚気

脚気心

結核

明治時代

beriberi

脚気（Beriberi）

•昭和初期までの国民病

•ビタミンB1欠乏症

•近年、再び患者の出現

•四肢の浮腫を伴う多発性神経炎、心不全を伴う

徳川家茂

家定

高木兼寛 (1849-1920)

森林太郎（森鴎外）（1862-1922）

海軍軍医 栄養欠陥説

陸軍軍医 細菌説

高木兼寛の介入試験（練習艦「筑波」の実験航海）

龍驤（りゅうじょう）

期間 航路 兵食 乗組員 脚気発症 脚気病死 1882(明治15)年12月19日〜 83年9月16日 日本_{→ニュージーランド→} チリ_{→ハワイ→日本} 和食（白米中心） 378人 169人 23人

筑波

1884(明治17)年2月3日〜 11月16日 日本_{→ニュージーランド→} チリ_{→ハワイ→日本} 洋食（米麦飯+肉類など高タンパク質 の副食） 333人 15人 0人

補酵素：チアミンピロリン酸 Thiamine pyrophosphate (TPP)

チアミン Thiamine

ビタミン B

1

チアミンピロリン酸

Thiamine pyrophosphate (TPP)

NH2 CH2 N N N + C C C _S CH2 CH2 O P O P O– O O O– O– CH3 H3C •ピルビン酸デヒドロゲナーゼ Pyruvate dehydrogenase（クエン酸回路への入り口） （ピルビン酸デカルボキシラーゼ Pyruvate decarboxylase） •トランスケトラーゼ（ペントースリン酸経路）

ビタミンB1

ピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体

CH₃ C O COO-CO2 E1 E1 E2 E3 TPP S S S S FAD S S CH₃ CH OH E1 E2 E3 TPP S HS S S FAD S S CH₃ C O E2 S S E1 E2 E3 TPP S S FAD S HS CH₃ C O E2 E1 E2 E3 TPP S S S S FAD HS HS CoA-SH CH₃ C O SCoA アセチルCoA E2 E1 E2 E3 TPP S S SH SH FAD S S E3 NADH + H+ E3 NAD+

脱炭酸

アセチル基

の転移

酸化型リポアミド

の再生

E1 E2 E3 TPP S S S S FAD S S

ピルビン酸からアセチルCoAの産生

2-オキソグルタル酸デヒドロゲナーゼ複合体

2-Oxoglutarate dehydrogenase complex

C O COO-CH2 -OOC CH2 2 -オキソ グルタ ル酸 CO₂ TPP

E

1 R’ CH OH TPP S S FAD SH SH FAD NAD+ NADH + H+

E

3 R’ = -OOC CH2 CH2 C O COO-CH2 -OOC CH2 CO2 2-オキソグルタル酸 S S R HS HS R

E

2 CoA-SH HS S R R C O S-CoA C O R’ スク シ ニルCoA スクシニルCoA E1 ：2-オキソグルタル酸デヒドロゲナーゼ 2-Oxoglutarate dehydrogenase E2 ：ジヒドロリポイルトランススクシニラーゼ Dihydrolipoyl transsuccinylase E3 ：ジヒドロリポイルデヒドロゲナーゼ Dihydrolipoyl dehydrogenase

αーケトグルタル酸デヒドロゲナーゼ

グルコース

乳酸

グルコース

６リン酸

ピルビン酸

グリコーゲン

タンパク質

アミノ酸

脂肪酸

アセチル

CoA

トリアシルグリセロール

ケト酸

ATP

ピルビン酸

脱水素酵素

エネルギー代謝経路

グリコーゲン代謝

解糖系

クエン酸回路

電子伝達系

脂質代謝

アミノ酸代謝

β酸化

糖新生

脂肪酸合成

乳酸アシドーシス

ビタミンB1欠乏時の高カロリー輸液（大量のグルコース負荷）に注意

Wernicke脳症

慢性アルコール中毒などの低栄養疾患でみられるB1欠乏脳症

急性に発症する意識障害、眼振、外眼筋麻痺など。

N N N N _O O CH₃ CH₃ CH₂ HO-C-H CH₂ O P O O O P O O O CH₂ HO OH H N N N N NH₂ -O HO-C-H HO-C-H

酸化型（FAD）

2e–, 2H+ N N N N O O CH₃ CH_{3 H} H H R

還元型（FADH

2

）

リボフラビン：ビタミンB

2

アデノシン

FAD: Flavin adenine dinucleotide

＝TPP

2-オキソグルタル酸デヒドロゲナーゼ複合体

2-Oxoglutarate dehydrogenase complex

C O COO-CH2 -OOC CH2 2 -オキソ グルタ ル酸 CO₂ TPP

E

1 R’ CH OH TPP S S FAD SH SH FAD NAD+ NADH + H+

E

3 R’ = -OOC CH2 CH2 C O COO-CH2 -OOC CH2 CO2 2-オキソグルタル酸 S S R HS HS R

E

2 CoA-SH HS S R R C O S-CoA C O R’ スク シ ニルCoA スクシニルCoA E1 ：2-オキソグルタル酸デヒドロゲナーゼ 2-Oxoglutarate dehydrogenase E2 ：ジヒドロリポイルトランススクシニラーゼ Dihydrolipoyl transsuccinylase E3 ：ジヒドロリポイルデヒドロゲナーゼ Dihydrolipoyl dehydrogenase

αーケトグルタル酸デヒドロゲナーゼ

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 FAD FADH2 NADH NAD+ C2 → 2 CO2 オ キ サ ロ 酢 酸 ク エ ン 酸 ピ ル ビ ン 酸 NADH ア セ チ ル Co A NAD+ _CoA-SH CO2 CoA-SH イ ソ ク エ ン 酸 ２ -オ キ ソ グ ル タ ル 酸 NADH NAD+ CO2 A T P G T P ス ク シ ニ ル C o A コ ハ ク 酸 NADH CO2 CoA-SH CoA-SH NAD+ C3 → C2 + CO2

⎧

⎧

⎧

コハク酸デヒドロ

ゲナーゼ

ナイアシン Niacin

(Nicotinic acid)

N C O OH ニコチン酸 Nicotinic acid N C ₂ O NH ニコチンアミド Nicotinamide

NAD：Nicotinamide adenine dinucleotide

N CH₂ HO OH O + C ₂ O NH P O O -O O P O O O CH₂ HO OH N N N N NH₂ -O 酸化型（NAD, NAD+_） H– (2e–, H+) N C ₂ O NH R H H 還元型（NADH） ニコチン酸： ビタミンB群の一つ ニコチン酸アミド（ニコチンアミド) : ビタミンB群の一つ アデノシン

ビタミンB3

クエン酸回路（ミトコンドリア）

ピルビン酸 アセチルCoA オキサロ酢酸 クエン酸 cis-アコニット酸 イソクエン酸 2-オキソグルタール酸 スクシニルCoA コハク酸 フマル酸 リンゴ酸 NAD NADH NAD NADH NAD NADH FAD FADH2 NAD NADH GDP GTP 細胞質から ピルビン酸 輸送体

燃料からATPをつく

りだすためにNADH

やFADH2の形で高

エネルギー電子を取

り出す

NADとNADP

NAD, NAD+ N N N N O OH HO CH2 O P O –_O O P O O NH2 O OH HO CH2 N + C O –_O NH2 N N N N O OH HO CH2 O P O –_O O P O O NH2 O O HO CH2 N + C O –_O NH2 P O– O O– NADP, NADP+

脂質合成に

必要な

NADPHの主

な供給源は

ペントースリ

ン酸経路で

ある。

ペントース経路

トリプトファンから合成可能

（60mgのトリプトファン＝1mgナイアシン）

ナイアシン

ナイアシンとトリプトファンの両方が欠損

ペラグラ

皮膚炎、下痢、痴呆

NAD+ O-アセチルADPリボース ニコチナマイド

サーチュイン

サーチュイン

サーチュイン（Sirtuin）：

NAD依存的にタンパク質のアセチル基をはずす（脱アセチル化）

ことで遺伝子発現の制御や転写因子活性の制御を行う。

酵母や線虫では、サーチュインの発現が増えると寿命がのび、発現が低下すると寿命が短くなることが 報告されている 赤ワインに含まれているレスベラトロールはサーチュインを活性化させる

SIRT1活性化による体重・脂肪蓄積低下

Lagouge M. Cell 2006

レスベラトロールの投与でメタボが改善（マウス）。

N N N N NH2 H H OH O P O O--O CH2 O O P O-O O P O-O H O 1' 2' 3' 4' 5' CH2 C H3C CH3 C H OH C O NH CH2 CH2 SH C O NH CH2 CH2 補酵素A Coenzyme A CoA-SH (CoA)

パントテン酸 Pantothenic acid

補酵素A（基質型補酵素）の一部

アデノシン 2-メルカプトエチルアミン パントテン酸：ビタミンB群の一つ

N N N N NH2 H H OH O P O O--O CH2 O O P O-O O P O-O H O 1' 2' 3' 4' 5' CH2 C H3C CH3 C H OH C O NH CH2 CH2 SH C O NH CH2 CH2 C O CH3

アセチルCoA

Acetyl-CoA

Acetyl-coenzyme A

アセチル基

ビタミンB

6

：主としてアミノ酸代謝に関与する酵素の触媒型補酵素の一部

（アミノ基転移反応，脱炭酸反応，置換反応，etc）

ビタミンB6 N CH2OH CH2OH H3C HO N CH2OH C H O H3C HO N CH2OH CH2N H2 H3C HO N CH2O P O-O O-H3C HO C H O N CH2NH2 H3C HO CH2O P O-O O-補酵素型 ピリドキシン Pyridoxin ピリドキサール Pyridoxal ピリドキサミン Pyridoxamine ピリドキサールリン酸 Pyridoxal phosphate ピリドキサミンリン酸 Pyridoxamine phosphate

αKG

グルタミン酸

アスパラギン酸 ＋

_αKG

オキサロ酢酸 ＋ グルタミン酸

AST（アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ）

ピリドキサルリン酸を補酵素

として必要とする、逸脱酵素（肝疾患、心筋梗塞など）

AST/GOT ALT/GPT

アミノ基転移酵素

グリコーゲンの加リン酸分解

B6がないと血糖の 維持が困難

ビオチン Biotin

HN S NH C O CO O-HN S NH C O C O H N Enzym e

リシン残基

補酵素型

糖新生や脂肪酸合成におけるカルボキシル反応に必要

ピルビン酸カルボキシラーゼ

ビオチン Biotin

ピルビン酸 _HCO オキサロ酢酸 3– H3C C COO– O CH2 C COO– O –_OOC ATP ADP + Pi

①

②

アセチルCoAカルボキシラーゼ

ACC（アセチルCoAカルボキシラーゼ）

:

ビタミンB

12 CH3 R = _{メチルコバラミン（触媒型補酵素）} CN R = _{シアノコバラミン} （動物の肝臓からビタミンB12を精製する 時にCN-を加えて安定化させる） N N N N CH3 Co R N H3C H3C N O HO CH2OH O O-O O P CH H3C CH NH CO CH2 CH2 CH3 CH3 CH3 CH3 CH2 CO NH2 CH2 CH2 CO NH2 CH2 H3C _{CO NH} 2 CH2 CH2 CO NH2 CH2 CO NH2 CH2 H3C H3C H3C アデノシルコバラミン（触媒型補酵素） O N N N N NH2 OH HO CH2 R =

メチオニン

SAM

S-アデノシルホモシステイン

ホモシステイン

シスタチオニン

シスタチオニンβ合成酵素（CBS）

プロピオニルCoA

システイン

メチオニンの代謝

メチオニン合成酵素

（ホモシステインに

メ

チル基をつける

とメチ

オニンができる）

サクシニルCoA

セリン

VB12が必要

葉酸は盛んに分

裂して成長する細

胞に必要である

（骨髄の造血細胞

など）。

葉酸は核

酸の合成に用い

られる。

_B12欠乏

から二次的に葉

酸が欠乏し、巨赤

芽球性貧血がお

きる。

核酸合成

葉酸回路からメチル基が運ばれる

ビタミンB12は胃壁細胞から分泌

される

_{内因子（IF）}

と結合すること

で吸収される。

悪性貧血：

巨赤芽球性貧血の代表。

胃粘膜にたいする自己免

疫反応のため、内因子が欠

如するため、ビタミンB12が

吸収されない。

胃全切除手術後：

内因子が不足する。

完全菜食主義者：動物性食物に

含まれる

「亜急性連合性脊髄変性症」

後索

皮質脊髄路

②B12欠乏症

触覚・位置覚を伝える 運動系伝導路

グリセロリン脂質

フォスファチジルコリン（PC） フォスファチジルエタノール アミン（PE） フォスファチジル セリン（PS）

H

フォスファチジン酸 生体膜で最も量の多いリン脂質。 レシチンともよばれる乳化試薬。 ＰＣ細胞膜の外側、PE、PSは膜 の内側に分布している。アポトー シスの進行に伴い、膜の表面に PSが露出し、細胞がマクロファー ジに貪食される。

メチル基を受容体に転移する

メチル基の転移

反応は

ミエリン

（神経髄鞘）形成

に必須であるホス

ファチジルコリン

の生合成に利用

される。

B12欠損により

神経障害がおきる

1. リボフラビンは脂溶性ビタミンである 「 」 2. ビタミンEは水溶性ビタミンである 「 」 3. チアミンの欠損で脚気が生じる 「 」 4. チアミンはピルビン酸脱水素酵素の補因子である 「 」 5. リボフラビンはコハク酸デヒドロゲナーゼの補因子である 「 」 6. 高カロリー輸液の際にはビタミンCを補給する必要がある 「 」 7. サーチュインはNAD依存性のアセチル化酵素である 「 」 8. NADはニコチナミドから合成される 「 」 9. ナイアシンはピルビン酸カルボキシラーゼの反応に必要である 「 」 10. ビタミンB6はアミノ基転移反応に重要である 「 」 11. ビオチンは脂肪酸の合成に重要である 「 」 12. ビタミンCはメチオニンの水酸化に必要である 「 」 13. ビタミンB12の欠乏により神経の障害がおきる 「 」 14. ビタミンB12の吸収には内因子が必須である 「 」 理解の確認のために