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生物学 第8回 代謝経路のネットワーク 和田 勝.

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1 生物学 第8回 代謝経路のネットワーク 和田 勝

2 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

3 代謝経路 分子A 分子B 分子C 酵素A 酵素B 酵素C ● ● ● ● ● ● のように表すこともできる
●   ●   ●   ●   ●   ●    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。

4 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?

5 化学反応のネットワーク ピルビン酸 代謝経路の交差点or乗り換駅 アセチルCoA

6 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。

7 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

8 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 2 3 教科書54ページ

9 グリコーゲン 顆粒として貯蔵 ウィキペディアより

10 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
 (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

11 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)
 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

12 でんぷん アミロース アミロペクチン

13 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

14 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。

15 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

16 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 CH-OH CH2-OPO3-2 CH2-OPO3-2 C=O CH2-OH NAD+ NADH+H+ ATP

17 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

18 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

19 脂肪酸の代謝 CH3CH2CH2CH2----CH2CH2CO-CoA CH3CH2CH2CH2----CH-CH-CO-CoA
FAD FADH2 CH3CH2CH2CH2----CH-CH-CO-CoA CH3CH2CH2CH2----CH-CH2-CO-CoA              OH NAD NADH+H CH3CH2CH2CH2----C-CH2-CO-CoA              O

20 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

21 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。

22 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)
(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

23 ステアリン酸のエネルギー収支 C17H35COOH + 26O2 + 146Pi + 146ADP
     → 18CO H2O + 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。

24 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。
サクシニルCoA TCA回路へ

25 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。

26 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

27 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 α-ケトグルタル酸
H2O+ NAD+ アンモニア+ NADH+H+

28 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 腎臓で尿となり膀胱へ アンモニア 尿素 (尿素回路)

29 尿素回路 最初の2つの酵素は肝臓にしかない

30 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)

31 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。

32 酸素が十分でないと 酸素があると右側へ進める 酸素が無いと左側へ進む

33 酸素が 無い場合 NADH  ↓↑ NAD+のリサイクル

34 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。

35 糖新生 グルコース6-リン酸 グルコース ATP ヘキソキナーゼ

36 糖新生 グルコース6-リン酸 グルコース H2O 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。

37 糖新生 フルクトース フルクトース -1,6-二リン酸 -6-リン酸 H2O 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。

38 糖新生 ホスホエノールピルビン酸 ピルビン酸 ADP ATP この逆反応は、単純ではない。 オキザロ 酢酸 ホスホエノールピルビン酸
ATP+CO2 ADP GTP GDP+CO2

39 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

40 代謝経路 ネット ワーク

41 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。


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