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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 山縣和也

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 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 脱共役タンパク質について理解する

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 + 2e Complex I 4H+ コハク酸 フマル酸 FADH2 Complex II CoQ Complex III 2H+ 複合体 で各々プロトンが 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+ Cyt c Complex IV) NADH から 3ATP コハク酸から 2ATP 2e 2 H + + 1/2 O2 H2O

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 2xNADH 6ATP N A D + ピルビン酸 C o A - S H N A D H C O 2 アセチル C o A C o A - S H 合計 30ATP の産生 6ATP 2xNADH オキサロ酢酸 クエン酸 4ATP クエン酸回路 2xFADH2 NAD + 2ATP 2xNADH 6ATP 2xNADH 6ATP

8 細胞質 解糖 Glycolysis エムデン マイヤーホフ経路 Embden-Meyerhof pathway ATP ADP ATP ADP グルコース グルコース 6-リン酸 フルクトース 6-リン酸 フルクトース 1,6-ビスリン酸 ATP 3-ホスホグリセリン酸 ADP 1,3- ビスホスホグリセリン酸 グリセルアルデヒド 3- リン酸 ジヒドロキシアセトンリン酸 NADH NAD 2- ホスホグリセリン酸 ADP ホスホエノールピルビン酸 ATP ピルビン酸 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? 解糖系 :2ATP の産生 ミトコンドリア ( クエン酸回路, 酸化的リン酸化 )

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 肝臓や心臓で発達 グリセロールリン酸シャトル 筋肉や膵 β 細胞で発達

10 リンゴ酸アスパラギン酸ミトコンドリア内膜シャトル膜間空間マトリックス細胞質 NAD + リンゴ酸 リンゴ酸 NAD + リンゴ酸 /2- オキソグルタル酸キャリアー オキサロ酢酸 α ーケトグルタル酸 α ーケトグルタル酸 オキサロ酢酸 電子伝達系 グルタミン酸 アスパラギン酸 アスパラギン酸 グルタミン酸 グルタミン酸 / アスパラギン酸キャリヤー リンゴ酸デヒドロゲナーゼ ( 細胞質 ) アスパラギン酸アミノ基転移酵素 ( 細胞質 ) リンゴ酸デヒドロゲナーゼ ( ミトコンドリア ) アスパラギン酸アミノ基転移酵素 ( ミトコンドリア )

11 アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ (AST) + + オキザロ酢酸グルタミン酸 α ー KG アスパラギン酸 COO- COO- COO- COO- C=O NH3+-C-H C=O NH3+-C-H CH2 CH2 CH2 CH2 COO- CH2 CH2 COO- COO- COO-

12 リンゴ酸アスパラギン酸ミトコンドリア内膜シャトル膜間空間マトリックス細胞質 NAD + リンゴ酸 リンゴ酸 NAD + リンゴ酸 /2- オキソグルタル酸キャリアー オキサロ酢酸 α ーケトグルタル酸 α ーケトグルタル酸 オキサロ酢酸 電子伝達系 グルタミン酸 アスパラギン酸 アスパラギン酸 グルタミン酸 グルタミン酸 / アスパラギン酸キャリヤー リンゴ酸デヒドロゲナーゼ ( 細胞質 ) アスパラギン酸アミノ基転移酵素 ( 細胞質 ) リンゴ酸デヒドロゲナーゼ ( ミトコンドリア ) アスパラギン酸アミノ基転移酵素 ( ミトコンドリア )

13 グリセロールリン酸シャトル 細胞質膜間空間 ミトコンドリア内膜 マトリックス NAD + グリセロール 3- リン酸 FAD ジヒドロキシアセトンリン酸 FADH2 グリセロール 3- リン酸デヒドロゲナーゼ ( 細胞質 ) e- 2 ADP 電子伝達系 グリセロール3-リン酸デヒドロゲナーゼ ( 内膜 ) 2 ATP O2

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 グリセロールリン酸シャトルで入れば?

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 肝内胆汁うっ滞 高アンモニア血症

16 呼吸鎖を阻害する薬物

17 脱共役

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 ) ノルアドレナリン 活性化 アデニル酸シクラーゼ Fo-F1 ATPase H + ATP camp 活性化 camp 依存性プロテインキナーゼ 活性化 トリアシルグリセロールリパーゼ アシル CoA H + NADH, FADH2 2e- H + UCP-1 トリアシルグリセロール ( 脂肪 ) アシル CoA 脂肪酸 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 シトクロム酸化酵素での酸素と電子の反応 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 理解の確認のために 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

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