TCA 回路

1. TCA 回路

2. 食物からの糖質摂取 （デンプン，スクロース，グルコースなど） 消化酵素 単糖 グリコーゲン 小腸吸収 グリコーゲン 分解系 グリコーゲン 合成系 グルコース ほかの単糖類 グルコース６-リン酸 血糖として全身へ 肝臓にて糖代謝 単糖は特異的ヘキソキナーゼ によりリン酸化を受ける 過剰時 糖新生 解糖系 TCA回路 肝・腎 細胞質内 ミトコンドリア内

3. → → → 解糖系 TCA回路 電子伝達系 ATP ↑ ↓ アミノ酸 脂質代謝 グルコース 糖 新 生 ・ 糖 原 性 ア ミ ノ 酸 中性脂肪 アミノ酸 アセチルCoA アミノ基転移反応 2-オキソ酸 TCA回路 クエン酸 脂肪酸 CoA: coenzyme A

4. 解糖系 1,3-ビスホスホグリセリン酸 グルコース1分子あたりATP２分子生成 2 ATP D-グルコース 3-ホスホグリセリン酸 1 ATP グルコース6-リン酸 2-ホスホグリセリン酸 ホスホヘキソースイソメラーゼ フルクトース6-リン酸 ホスホエノールピルビン酸 1 ATP 2 ATP フルクトース1,6-二リン酸 ジヒドロキシ アセトンリン酸 ピルビン酸 TCA回路 アルドラーゼ 2 NAD+ グリセルアルデヒド3-リン酸 アセトアルデヒド 乳酸 2 NAD+ （酸化） 2 NADH （還元） エタノール

5. アデノシン （塩基） リン酸部 （エネルギー） リボース （５炭糖） エネルギー代謝 グルコース 酢酸（アセチルCoA）

6. CH2ーCOOH クエン酸 CHーCOOH tricarboxylic acid citric acid CH2ーCOOH TCA回路 (tricarboxylic acid cycle) ・酸素を利用できる高等生物は，酢酸を排泄物として捨てずに，これを原料として 　新たなATPを生み出すTCA回路を作り出した ・TCA回路は，ミトコンドリアで起きる酸化反応で，糖・脂肪酸・アミノ酸の炭素骨格 　からエネルギーを獲得する代謝経路で，好気的条件下のエネルギー代謝の中心を担う ・酸化の過程で引き出される水素電子 (プロトン)が電子伝達系に移されて， 　最終的にATPを生成する ・ TCA回路の中間体は，脂肪酸やアミノ酸 　 などの生合成の前駆体となる クエン酸回路 (枸櫞酸） citronの中国語 citric acid cycle クレブス回路 Krebs cycle 1937年発見 1953年ノーベル賞 TCA回路 tricarboxylic acid cycle ＝ ＝

7. グルコース NADH 解糖系 ピルビン酸 アセチルCoA (酢酸) クエン酸 オキサロ酢酸 NADH （シス-アコニット酸） TCA 回路 イソクエン酸 糖新生 リンゴ酸 NADH (オキサロコハク酸) フマル酸 2-オキソグルタル酸 FADH2 コハク酸 スクシニルCoA NADH GTP NADH: nicotinamide adenine dinucleotide, reduced GTP: guanosine triphosphate FADH2: flavin adenine dinucleotide, reduced CoA: coenzyme A NADHとFADH2は，電子伝達系の基質となる

8. ピルビン酸 → アセチルCoA ピルビン酸デヒドロゲナーゼ 　　　　　　　　　複合体 ホスホエノールピルビン酸 カルボキシナーゼ 脱水素反応 脱炭酸反応 オキサロ酢酸 膜輸送系 補酵素： チアミンピロリン酸・ FAD・リポ酸 リンゴ酸 NADH: nicotinamide adenine dinucleotide, reduced FAD: flavin adenine dinucleotide CoA: coenzyme A

9. クエン酸シンターゼ （縮合反応） アセチルCoA → クエン酸 CoA: coenzyme A

10. クエン酸 → シス-アコニット酸 → イソクエン酸 アコニターゼ （脱水反応） アコニターゼ （脱水反応）

11. イソクエン酸 → オキサロコハク酸 → 2-オキソグルタル酸 補酵素： チアミンピロリン酸・ FAD・リポ酸 イソクエン酸デヒドロゲナーゼ （酸化的脱炭酸） 脱水素反応 イソクエン酸デヒドロゲナーゼ （酸化的脱炭酸） 脱炭酸反応 NAD+: nicotinamide adenine dinucleotide NADH: nicotinamide adenine dinucleotide, reduced FAD: flavin adenine dinucleotide

12. 2-オキソグルタル酸 → スクシニルCoA 2-オキソグルタル酸デヒドロゲナーゼ （酸化的脱炭酸） 脱水素反応 脱炭酸反応 補酵素： チアミンピロリン酸・ FAD・リポ酸 NAD+: nicotinamide adenine dinucleotide NADH: nicotinamide adenine dinucleotide, reduced CoA: coenzyme A

13. スクシニルCoA → コハク酸 スクシニルCoAシンターゼ （リン酸化） CoA (coenzyme A) 補酵素Aの離脱 GTP: guanosine triphosphate GDP: guanosine diphosphate CoA: coenzyme A

14. コハク酸 → フマル酸 → リンゴ酸 → オキサロ酢酸 脱水素反応 リンゴ酸デヒドロゲナーゼ（酸化） 加水反応 フマラーゼ（水和） 脱水素反応 コハク酸デヒドロゲナーゼ（酸化） NAD+: Nicotinamide Adenine Dinucleotide NADH: Nicotinamide Adenine Dinucleotide, reduced FAD: Flavin Adenine Dinucleotide FADH2: Flavin Adenine Dinucleotide, reduced

15. クエン酸シンターゼ（縮合反応） アセチルCoA → クエン酸 乳酸は，嫌気的なコリ回路で糖新生 されるだけでなく，TCA回路にて 新たなエネルギーを生成する原料 となる

16. 解糖系 NADH ピルビン酸 アセチルCoA (酢酸) オキサロ酢酸 クエン酸 NADH シス-アコニット酸 リンゴ酸 TCA 回路 イソクエン酸 NADH オキサロコハク酸 フマル酸 2-オキソグルタル酸 FADH2 コハク酸 スクシニルCoA NADH GTP NADH → 3 ATP 3 NADH → 9 ATP NADHとFADH2は，電子伝達系の基質となり ATPの生成を行う 1 FADH2 → 2 ATP 1 GTP → 1 ATP 12 ATP/1アセチルCoA または，15 ATP/1ピルビン酸

17. 解糖系 → TCA回路 → 脂質代謝 ↑ アミノ酸 グルコース 糖 新 生 ・ 糖 原 性 ア ミ ノ 酸 中性脂肪 アミノ酸 アセチルCoA アミノ基転移反応 2-オキソ酸 TCA回路 クエン酸 脂肪酸

18. 糖原性アミノ酸とケト原性アミノ酸 糖原性アミノ酸 ピルビン酸やTCAサイクルの中間体に変換されるアミノ酸で糖新生に用いられる Gly, Ala, Ser, Cys, Asp, Asn, Arg, His, Glu, Gln, Pro, Val, Met, Ile, Trp, Phe, Tyr, Thr ケト原性アミノ酸 アセチル-CoAやアセト酢酸に変換されるアミノ酸でケトン体合成に用いられる Lys, Leu,Ile, Trp, Phe, Tyr, Thr 糖原性かつケト原性アミノ酸 Ile, Trp, Phe, Tyr, Thr ケトン体 アセチルCoAが過剰な時に生じる化合物 　アセト酢酸、アセトン、βヒドロキシ酪酸(化学的にはケトンではない）

19. アミノ酸の 炭素骨格代謝と TCA回路 ピルビン酸 カルボキシラーゼ アミノ基転移反応 糖新生に関わる ケト原生に関わる

20. 解糖系 → TCA回路 → 脂質代謝 ↑ アミノ酸 グルコース 糖 新 生 ・ 糖 原 性 ア ミ ノ 酸 中性脂肪 アミノ酸 アセチルCoA アミノ基転移反応 2-オキソ酸 TCA回路 クエン酸 脂肪酸

21. グルコース過剰はミトコンドリア内クエン酸過剰を招き，放出されたクエン酸がグルコース過剰はミトコンドリア内クエン酸過剰を招き，放出されたクエン酸が 解糖系を阻害し，自ら脂肪酸合成の素材となる 中性脂肪 ホスホフルクトキナーゼ ピルビン酸 カルボキシラーゼ ATP-クエン酸 リアーゼ アセチルCoA カルボキシラーゼ

22. 糖質と脂肪代謝

23. 電子伝達系

24. 電子伝達系の原理 プロトン(H+) をミトコンドリアの外へ 汲み出すポンプを駆動する プロトンがミトコンドリアの外側に溜まり 濃度が高くなり，中へ入ろうとする浸透圧 （膜電位）が強くなる プロトンが入る際に，ATP合成酵素を 回転させてATPを産み出す

25. ミトコンドリアが電子伝達系の場 ミトコンドリアの膜構造 タンパクは内膜に多く分布する---多くは電子伝達系の構成成分

26. アデノシン （塩基） リン酸部 （エネルギー） リボース （５炭糖） エネルギー代謝 グルコース 酢酸（アセチルCoA）

27. ミトコンドリア内膜の還元当量のシャトル機構ミトコンドリア内膜の還元当量のシャトル機構 複合体 II ・解糖系などで生じた NADHは，２種類の 　シャトル機構で 　ミトコンドリアに 　取り込まれ電子伝達系 　でATP合成に用いられる グリセロール リン酸 グリセロールリン酸シャトル 膜輸送系 アスパラギン酸 還元当量とは， 酸化と還元の 共役関係であり， H（プロトン）とe-は 等価であること 複合体 I 膜輸送系 グルタミン酸 リンゴ酸 デヒドロゲナーゼ リンゴ酸 膜輸送系 リンゴ酸 リンゴ酸-アスパラギン酸シャトル NAD+: nicotinamide adenine dinucleotide NADH: nicotinamide adenine dinucleotide, reduced FAD: flavin adenine dinucleotide FADH2: flavin adenine dinucleotide, reduced

28. 酸素呼吸の中心としてのミトコンドリアの構造と機能酸素呼吸の中心としてのミトコンドリアの構造と機能 プロトンが入る際に，ATP合成酵素を 回転させてATPを産み出す プロトンが ミトコンドリアの 外側に溜まり濃度 が高くなり，中へ入ろう とする浸透圧が強くなる プロトン(H+) をミトコンドリアの外へ 汲み出すポンプを駆動する

29. 電子伝達経路での電子の流れ 4 4 2 シトクロム c ユビキノン (補酵素Q) 複合体 III 複合体 I Fe-S タンパク 複合体 複合体 IV FMN III: ユビキノン- シトクローム c レダクターゼ I: NADH デハイドロデナーゼ IV: シトクローム c オキシダーゼ ユビキノン＋e- → セミキノン＋e- → ユビキノール 4Cyt-c(還元型) + 4H+ + 02 → 4Cyt-c (酸化型) + 2H2O シトクロームbc1は電子を１つしか受け取れ ない．CoQ（還元型）の酸化に伴い2個の シトクロームcが還元され4個のプロトンが 汲み出される 4個の還元シトクロームc の1電子酸化と02の4電子還元 複合体IVは酸素分子を還元して水にする（呼吸した酸素は水になる） NADH: nicotinamide adenine dinucleotide, reduced; FMN: flavin mononucleotide

30. 補酵素Q10の構造と電子授受の機構 Coenzyme Q10

31. I: NADH デハイドロデナーゼ II: コハク酸-ユビキノンレダクターゼ II: コハク酸-ユビキノンレダクターゼ ・TCAサイクルのコハク酸脱水素酵素と 　ほかの３つのサブユニットから成る III: ユビキノン-シトクローム c レダクターゼ IV: シトクローム c オキシダーゼ ・共有結合したFADからFe-Sタンパク 　複合体を経てCoQへと電子を渡す ユビキノン (補酵素Q) FAD: flavin adenine dinucleotide

32. NADH 酸化に伴い伝達される電子の自由エネルギー変化 4 可動性キャリア分子 複合体 I 複合体 II 4 複合体 III 2 複合体 IV 酸化還元電位の上昇する順に配置されている

33. 呼吸鎖複合体におけるタンパク質結合性の酸化還元補酵素呼吸鎖複合体におけるタンパク質結合性の酸化還元補酵素 酸化還元補酵素 複合体 フラビン 鉄 - イオウ中心 ヘムグループ 複合体 I Fe/S中心 FMNもしくはFAD 複合体 II Fe/S中心 シトクローム c FMNもしくはFAD 複合体 III Fe/S中心 ヘム b, シトクローム c 複合体 IV ヘム a FAD: flavin adenine dinucleotide FMN: flavin mononucleotide

34. 電子受容を担う補酵素(電子受容体)の構造と電子受容様式電子受容を担う補酵素(電子受容体)の構造と電子受容様式 NAD+: nicotinamide adenine dinucleotide NADH: nicotinamide adenine dinucleotide, reduced FAD: flavin adenine dinucleotide FMN: flavin mononucleotide FADH2: flavin adenine dinucleotide, reduced

35. 電子授受に関わる鉄-イオウ中心(Fe2S2とFe4S４)クラスターの構造電子授受に関わる鉄-イオウ中心(Fe2S2とFe4S４)クラスターの構造 ●FeSクラスター（鉄-イオ 　ウ複合体）は電子伝達系 　の複合体中で電子の伝達 　にかかわる ●FeSセンターはタンパク 　のCysに結合している ● FeSクラスターが電子を 　受取るとタンパクのコン 　フォメーション変化とし 　てエネルギーが伝わる S

36. ヘム シトクロームCの立体構造 ヘムを持ち膜にゆるく結合

37. 阻害剤の使用により 電子伝達の機構が 解明された

38. ロテノンによる複合体 I の阻害と酸素消費曲線 ・ロテノンで複合体 I を阻害すると， NADHを添加しても酸素は消費されず　　　ATP合成も起きない I: NADH 　デハイドロデナーゼ II: コハク酸-ユビキノン 　　レダクターゼ ・ロテノンで阻害しても、 　コハク酸を添加して複合体 II 　より電子を流せば酸素が消費され　　　　ATP合成が起る ・従って，複合体 II は．複合体 I の下流に 　位置することが分かる

39. アンチマイシンによる複合体 III の阻害と酸素消費曲線 ・アンチマイシンで複合体 III を阻害すると NADHやコハク酸を添加して電子を 　流しても酸素は消費されずATP合成も 　起きない III: ユビキノン-シトクローム c 　　レダクターゼ ・アンチマイシンで阻害しても 　アスコルビン酸を添加して 　シトクローム c より電子を流せば 　酸素が消費されATP合成が起る ・従って，複合体 IV は．複合体 III の下流に 　位置することが分かる

40. シアンと一酸化炭素 による複合体 IV の 阻害と酸素消費曲線 ・シアンもしくは一酸化炭素で 　複合体 IV を阻害すると， 　電子を流せずATPは合成されない ・複合体 IV はオキシダーゼ (酸化酵素)で酸素を消費する 　唯一の酵素なので、これが 　阻害されると 脱共役剤が 　あっても酸素は消費されない IV: シトクローム c オキシダーゼ ・従って，複合体 IV は．最下流に 　位置することが分かる

41. (FoF1-ATPase, 複合体V) 内膜 F1 ATPase活性 F0 プロトン チャンネル 内膜腔

42. 約３つのプロトンで１ATPが合成される

43. １分子のグルコースが完全酸化されると，正味38ATPが生成される１分子のグルコースが完全酸化されると，正味38ATPが生成される グルコース１モルから ピルビン酸２モル生じる ATPは，NADHからは３分子， FADH2からは２分子 生成される NADH: nicotinamide adenine dinucleotide, reduced FADH2: flavin adenine dinucleotide, reduced ATP: adenosine triphosphate GTP: guanosine triphosphate

44. 解糖系 1,3-ビスホスホグリセリン酸 グルコース1分子あたり２分子ATP ２分子NADH生成 2 ATP D-グルコース 3-ホスホグリセリン酸 1 ATP グルコース6-リン酸 2-ホスホグリセリン酸 ホスホヘキソースイソメラーゼ フルクトース6-リン酸 ホスホエノールピルビン酸 1 ATP 2 ATP フルクトース1,6-二リン酸 ジヒドロキシ アセトンリン酸 ピルビン酸 TCA回路 アルドラーゼ グリセルアルデヒド3-リン酸 乳酸 エタノール 2 NAD+ （酸化） 2 NADH （還元） NADH: nicotinamide adenine dinucleotide, reduced

45. １分子のグルコースが完全酸化されると，正味38ATPが生成される１分子のグルコースが完全酸化されると，正味38ATPが生成される グルコース１モルから ピルビン酸２モル生じる ATPは，NADHからは３分子， FADH2からは２分子 生成される NADH: nicotinamide adenine dinucleotide, reduced FADH2: flavin adenine dinucleotide, reduced ATP: adenosine triphosphate GTP: guanosine triphosphate

46. ピルビン酸 デヒドロゲナーゼ 複合体 グルコース１モルから ピルビン酸２モル生じる NADH ピルビン酸 アセチルCoA (酢酸) 解糖系 オキサロ酢酸 クエン酸 NADH シス-アコニット酸 リンゴ酸 TCA 回路 イソクエン酸 NADH オキサロコハク酸 フマル酸 2-オキソグルタル酸 FADH2 コハク酸 スクシニルCoA NADH GTP NADH: nicotinamide adenine dinucleotide, reduced

47. １分子のグルコースが完全酸化されると，正味38ATPが生成される１分子のグルコースが完全酸化されると，正味38ATPが生成される グルコース１モルから ピルビン酸２モル生じる ATPは，NADHからは３分子， FADH2からは２分子 生成される NADH: nicotinamide adenine dinucleotide, reduced FADH2: flavin adenine dinucleotide, reduced ATP: adenosine triphosphate GTP: guanosine triphosphate

48. グルコース１モルから ピルビン酸２モル生じる 解糖系 NADH ピルビン酸 アセチルCoA (酢酸) オキサロ酢酸 クエン酸 NADH リンゴ酸 デヒドロゲナーゼ （酸化） シス-アコニット酸 TCA 回路 リンゴ酸 イソクエン酸 デヒドロゲナーゼ （酸化的脱炭酸） イソクエン酸 NADH オキサロコハク酸 フマル酸 2-オキソグルタル酸 FADH2 コハク酸 スクシニルCoA NADH GTP 2-オキソグルタル酸 デヒドロゲナーゼ （酸化的脱炭酸） NADH: nicotinamide adenine dinucleotide, reduced

49. １分子のグルコースが完全酸化されると，正味38ATPが生成される１分子のグルコースが完全酸化されると，正味38ATPが生成される グルコース１モルから ピルビン酸２モル生じる ATPは，NADHからは３分子， FADH2からは２分子 生成される NADH: nicotinamide adenine dinucleotide, reduced FADH2: flavin adenine dinucleotide, reduced ATP: adenosine triphosphate GTP: guanosine triphosphate

50. グルコース１モルから ピルビン酸２モル生じる 解糖系 NADH ピルビン酸 アセチルCoA (酢酸) オキサロ酢酸 クエン酸 NADH シス-アコニット酸 リンゴ酸 TCA 回路 イソクエン酸 NADH オキサロコハク酸 フマル酸 2-オキソグルタル酸 FADH2 コハク酸 スクシニルCoA コハク酸 デヒドロゲナーゼ （酸化） NADH GTP スクシニルCoA シンターゼ （リン酸化） FADH2: flavin adenine dinucleotide, reduced GTP: guanosine triphosphate