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生物学 第８回 代謝経路のネットワーク 和田 勝 生体内での化学反応（もう一度） 異化（catabolism） 代謝（metabolism） 同化（anabolism） 異化：食物を分解し、材料とエネルギー を得る 同化：材料からエネルギーを使って細 胞構築用の分子を合成 代謝経路 分子A 分子B 酵素A ● 分子C 酵素B 酵素C ● ● ● ● ● のように表すこともできる このような経路を代謝経路（metabolic pathway）という。 代謝経路の 全体像 太線の解糖 とTCA回路 については 学んだが、 他の経路は ？ 化学反応のネットワーク 代謝経路 の交差点 or乗り換駅 ピルビン酸 アセチル CoA グルコースは実際には 食事の後、小腸で吸収されたグル コースは肝門脈を通って肝臓へ運 ばれる。 グルコースは、肝細胞でグリコーゲ ンとして貯蔵。 必要に応じて、グリコーゲンからグ ルコースを切り離して血中へ。 グルコースの貯蔵 小腸で吸収され たグルコースは 肝門脈を通って 肝臓へ グルコースの貯蔵 酵素の働きでグリコーゲンに 6 5 4 1 3 2 教科書54ページ グリコーゲン 顆粒 として 貯蔵 ウィキペディアより グリコーゲンの貯蔵 分子量1×106～1×107 （グルコース6,000～60,000） ヨウ素デンプン反応： 褐色～赤色 ヒトの肝臓には約100gのグリコーゲ ンが含まれ、約600kcalのエネルギ ーに相当する。 必要に応じて血中へ放出 でんぷん（植物での貯蔵） アミロース（直鎖） 分子量は 5×105 ～ 2×106 （グルコース 3,000～12,000） ヨウ素デンプン反応： 青色 アミロペクチン（枝分かれ） 分子量は 15×106～40×106 （グルコース90,000 ～250,000） ヨウ素デンプン反応： 赤紫色 でんぷん アミロース アミロペクチン ヨウ素でんぷん反応 アミロースｰ ヘリックス ヘリックスの巻き 数に応じて、赤か ら紫になる 動物はでんぷんを利用する 光合成のところでも話したが、われ われはどうがんばってもグルコース を合成することはできない。 すべて植物の作った多糖類である でんぷんを利用している。 工業的にも蔗糖やグルコースは植 物から得ている。これを忘れてはな らない。 脂肪の代謝 脂肪は、膵臓から分泌されるリパー ゼによってグリセロールと脂肪酸に 分解されて吸収される。 E E ＋ グリセロールの代謝 グリセロールは、グリセロール-3-リ ン酸を経てジヒドロキシアセトンリン 酸 になり、解糖の経路に入る（解糖 系へ割り込む）。 CH2-OH CH-OH CH2-OH ATP CH2-OH CH-OH CH2-OPO3-2 CH2-OPO3-2 C＝O CH2-OH NAD+ NADH＋H+ グリセロールの代謝 CH2-OPO3-2 C＝O CH2-OH ジヒドロキシ アセトンリン酸 グリセルアル デヒド3-リン酸 解糖 系へ 脂肪酸の代謝 脂肪酸はCoAと結合した後、ミトコ ンドリア基質に運ばれた後、β-酸化 によってアセチル-CoAにまで代謝 される。 CH3CH2CH2CH2----CH2COO- CoA CH3CH2CH2CH2----CH2CO-CoA 脂肪酸の代謝 CH3CH2CH2CH2----CH2CH2CO-CoA FAD FADH2 CH3CH2CH2CH2----CH-CH-CO-CoA CH3CH2CH2CH2----CH-CH2-CO-CoA NADOH NADH+H CH3CH2CH2CH2----C-CH2-CO-CoA O 脂肪酸の代謝 CH3CH2CH2CH2----C-CH2-CO-CoA O CoA CH3CH2CH2CH2----C-CoA O はじめに戻る ＋ CH3-CO-CoA TCA回路へ アセチル-CoA 脂肪酸の代謝 こうしてCoAのついた側から、１サイ クルあたり炭素原子２個ずつ、アセ チルCoAの形で切り出していく。こ の過程をβ-酸化と呼ぶ。 アセチルCoA アセチルCoA アセチルCoA アセチルCoA アセチルCoA アセチルCoA アセチルCoA アセチルCoA アセチルCoA ステアリン酸(C18飽和脂肪酸) C18なのでアセチル-CoAが9モル生成 （β-酸化のサイクル数は8回） ステアリン酸にCoA付加 -2 ATP 9 アセチル-CoA → 9 × 12 108 ATP 8 FADH2 → 8 × 2 16 ATP 8 NADH2+ → 8 × 3 24 ATP 合計 146 ATP ステアリン酸のエネルギー収支 C17H35COOH + 26O2 + 146Pi + 146ADP → 18CO2 + 164H2O + 146ATP C6H12O6 + 6O2 + 38Pi + 38ADP → 6CO2 + 6H2O + 38ATP と比べると、同じ重さで脂肪のほうが ATPを多く得られるのがわかる。また水 が必要ないため、貯蔵エネルギー源とし て好都合である。 炭素数奇数の脂肪酸の代謝 同じように、端から炭素原子２個ず つ、アセチルCoAの形で切り出して いく。最後に炭素数３のプロピニル CoAが残る。 プロピニルCoA → → → サクシニルCoA ↓ TCA回路へ アミノ酸の代謝 アミノ酸は、必要に応じてそのまま タンパク質生合成の材料となる。 すでに述べたタンパ ク質合成の場へ アミノ酸を代謝する場合は、アミノ基 が邪魔になるので、アミノ基とそれ 以外の炭素骨格を分離する必要が ある。 アミノ酸の代謝 アミノ基は、最終的にすべてグルタ ミン酸に集められる（アミノ基転移） アミノ酸 α-ケト酸 α-ケト グルタル酸 グルタミン酸 アミノ酸の代謝 次に、グルタミン酸のアミノ基は、酸 化的脱アミノ反応によりアンモニア になる グルタミン酸 H2O＋ NAD+ α-ケトグルタル酸 アンモニア＋ NADH＋H+ アンモニアの解毒 アンモニアは生体にとって毒なので 尿素回路によって、無毒な尿素にな る 腎臓で 尿素 アンモニア 尿となり 膀胱へ （尿素回路） 尿素回路 最初の2 つの酵素 は肝臓に しかない アミノ酸炭素骨格の代謝 アミノ基が除かれた炭素骨格は、 １） TCAサイクルの基質となって ATPを産生 ２） 糖新生系に入りグルコースを新生 （糖原性アミノ酸） ３） 脂肪酸合成系で脂肪酸を合成 （ケト原性アミノ酸） 酸素が十分でない場合 筋肉では、ピルビン酸から乳酸を 生成してNAD ＋ を再生して解糖の 過程を進める。 生成された乳酸は、血中に放出さ れ肝臓に運ばれる。 肝臓で乳酸はピルビン酸になり、糖 新生の過程で、グルコースが作ら れる。 酸素が十分でないと 酸素が 無いと 左側へ 進む 酸素が あると 右側へ 進める 酸素が 無い場合 NADH ↓↑ NAD＋ のリサイ クル 糖新生 肝臓での 糖新生の 過程は、 解糖の逆 反応？ この部分 は可逆反 応ではな い。 糖新生 グルコース ATP グルコース 6-リン酸 ヘキソキナーゼ キナーゼという名がつく酵素は、 ATPのリン酸を転移してエネルギー 準位を上げる。逆向きの反応は触 媒しない。 糖新生 グルコース 6-リン酸 H2O グルコース Pi グルコース-6-リン酸 ホスファターゼ ここは加水分解。ホスファターゼと いう酵素が加水分解でリン酸を外 す。 糖新生 フルクトース -1,6-二リン酸 H2O フルクトース -6-リン酸 Pi フルクトース-1,6-二リン酸 ホスファターゼ フルクトース-1,6-二リン酸も同じよう にホスファターゼにより、脱リン酸。 糖新生 ピルビン酸 ホスホエノール ピルビン酸 ADP ATP この逆反応は、単純ではない。 ピルビン酸 ATP+CO2 オキザロ 酢酸 ホスホエノール ピルビン酸 ADP GTP GDP+CO2 貯蔵グリコーゲンがなくなったら ヒトの肝臓には約100gのグリコーゲ ンが含まれ、約600kcalのエネルギ ーに相当する。 必要に応じて血中へ放出するが、使 い尽くしてしまったら？脂肪を利用、 さらに。 筋肉のタンパク質を分解してアミノ酸を 肝臓に運び、アミノ酸からグルコースへ 代謝経路 の ネット ワーク 代謝経路のネットワーク 代謝経路を工場のラインのようだと 述べたが、実際にはもっと入り組ん だネットワークを形成している。 それぞれのステップに酵素が働い ている。 その酵素の働き方を調節したら？ 異化や同化の進み方に変化が起こ るだろう。