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第5回 TCAサイクル
日紫喜 光良
基礎生化学 2014.5.27
1
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TCAサイクル
• TCA: 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
2
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TCA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
CO2
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 CO2
CO2
イラストレーテッド生化学 図8.2 3
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TCAサイクルの場所:ミトコンドリア
細胞質
ミトコンドリア
外膜
内膜 NADHなど
アセチルCoAなど
必要な物質のためのチャンネル
(例:ピルビン酸) 4
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TCA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CoA コハク酸
フマル酸
リンゴ酸
オキサロ酢酸
CO2
CO2
C6
C5
C4
C3
C2
CO2
5
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TCA回路への投入と産生 アセチルCoA(CoA+COCH3)
TCA回路
CO2 2個
NAD+3個 FAD1個 H2O2個
NADH(+H+)3個 FADH21個
GDP(+Pi)1個
GTP1個 CoA1個 6
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TCA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CoA コハク酸
フマル酸
リンゴ酸
オキサロ酢酸
CO2
CO2
NADH
NADH
GTP
FADH2
NADH
7
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TCAサイクルでできるエネルギー源
• GTP
• NADH
• FADH2
8
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NAD+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)
NAD+
NADH
9
![Page 10: 第5回 TCAサイクルhishikilab.sakura.ne.jp/lectures/biochem_140527.pdfTCAサイクル •TCA: Tricarboxilic acids –カルボニル基(炭素と酸素の2重結合)が3個含](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042910/5f405614245d474ffd2cd9f6/html5/thumbnails/10.jpg)
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
10
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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 11
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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
この反応は、産物であるアセチルCoAとNADHによって阻害される
イラストレーテッド生化学 図9.2 12
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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B1)やナイアシン(ビタミンB3)の不足は深刻な中枢神経症状を引き起こす 13
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コエンザイムA(CoA)
イラストレーテッド生化学 図28.17
アセチルCoA
http://www.steve.gb.com/science/core_
metabolism.html パントテン酸を含む 14
![Page 15: 第5回 TCAサイクルhishikilab.sakura.ne.jp/lectures/biochem_140527.pdfTCAサイクル •TCA: Tricarboxilic acids –カルボニル基(炭素と酸素の2重結合)が3個含](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042910/5f405614245d474ffd2cd9f6/html5/thumbnails/15.jpg)
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 15
![Page 16: 第5回 TCAサイクルhishikilab.sakura.ne.jp/lectures/biochem_140527.pdfTCAサイクル •TCA: Tricarboxilic acids –カルボニル基(炭素と酸素の2重結合)が3個含](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042910/5f405614245d474ffd2cd9f6/html5/thumbnails/16.jpg)
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
α-ケトグルタル酸
イラストレーテッド生化学 図9.5
アコニターゼ
16
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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+
CO2
イラストレーテッド生化学 図9.6 17
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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
リンゴ酸
フマラーゼ
コハク酸チオキナーゼ
18
![Page 19: 第5回 TCAサイクルhishikilab.sakura.ne.jp/lectures/biochem_140527.pdfTCAサイクル •TCA: Tricarboxilic acids –カルボニル基(炭素と酸素の2重結合)が3個含](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042910/5f405614245d474ffd2cd9f6/html5/thumbnails/19.jpg)
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 19
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1分子のアセチルCoAから作られるATPの数
イラストレーテッド生化学 図9.8
20
![Page 21: 第5回 TCAサイクルhishikilab.sakura.ne.jp/lectures/biochem_140527.pdfTCAサイクル •TCA: Tricarboxilic acids –カルボニル基(炭素と酸素の2重結合)が3個含](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042910/5f405614245d474ffd2cd9f6/html5/thumbnails/21.jpg)
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
21
![Page 22: 第5回 TCAサイクルhishikilab.sakura.ne.jp/lectures/biochem_140527.pdfTCAサイクル •TCA: Tricarboxilic acids –カルボニル基(炭素と酸素の2重結合)が3個含](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042910/5f405614245d474ffd2cd9f6/html5/thumbnails/22.jpg)
TCA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
22
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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
23
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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+CO2+NADH+H+
• 活性化するもの:ADP, Ca2+
• 阻害するもの:ATP, NADH
24
![Page 25: 第5回 TCAサイクルhishikilab.sakura.ne.jp/lectures/biochem_140527.pdfTCAサイクル •TCA: Tricarboxilic acids –カルボニル基(炭素と酸素の2重結合)が3個含](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042910/5f405614245d474ffd2cd9f6/html5/thumbnails/25.jpg)
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:Ca2+
• リン酸化、脱リン酸化による調節は受けていない。
25
![Page 26: 第5回 TCAサイクルhishikilab.sakura.ne.jp/lectures/biochem_140527.pdfTCAサイクル •TCA: Tricarboxilic acids –カルボニル基(炭素と酸素の2重結合)が3個含](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042910/5f405614245d474ffd2cd9f6/html5/thumbnails/26.jpg)
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
26
![Page 27: 第5回 TCAサイクルhishikilab.sakura.ne.jp/lectures/biochem_140527.pdfTCAサイクル •TCA: Tricarboxilic acids –カルボニル基(炭素と酸素の2重結合)が3個含](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042910/5f405614245d474ffd2cd9f6/html5/thumbnails/27.jpg)
NADH、FADH2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」 27
![Page 28: 第5回 TCAサイクルhishikilab.sakura.ne.jp/lectures/biochem_140527.pdfTCAサイクル •TCA: Tricarboxilic acids –カルボニル基(炭素と酸素の2重結合)が3個含](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042910/5f405614245d474ffd2cd9f6/html5/thumbnails/28.jpg)
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。
– E.補酵素ビオチンに依存する
28
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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
29