好気呼吸 解糖系 クエン酸回路 水素伝達系
解糖系ー1 グルコース 1分子 → ピルビン酸(3炭素化合物) 2分子 まで分解 細胞質ゾル中で起こる グルコース 1分子 → ピルビン酸(3炭素化合物) 2分子 まで分解 細胞質ゾル中で起こる ATP 4 分子 つくられ ホスホグリセリンキナーゼ1.3ビスホスホグリセリン酸→3ホスホグリセリン酸 (2分子) (2分子) ADP → ATP ピルビン酸キナーゼ ホスホエノールピルビン酸 → ピルビン酸 初期段階で2分子消費される
解糖系ー2 ATPの消費 ① ヘキソキナーゼ グルコース → グルコース6リン酸 ATP → ADP ②6ホスホフルクトキナーゼ フルクトース6リン酸→フルクトース1.6ビスリン酸 水素元素 生じる反応 グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ電子伝達体 NAD+ ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド酸化型 電子4個と水素イオン2個 2H+ + 4e- + 2NAD+ → 2NADH
解糖系におけるATP合成 基質段階のリン酸化
アセチルCoA ピルビン酸 補酵素Aと反応 二酸化炭素と中間体アセチルCoA 生じる ピルビン酸デヒドロゲナーゼ 触媒 * ミトコンドリア マトリックス内 クエン酸回路 アセチルCoAのアセチル基を酸化 NADH FADHを生成
クエン酸回路 ピルビン酸が脱水素酵素、脱炭酸酵素により様々な化合物に変換される アセチルCo-A のアセチル基 → 2分子のCO2に酸化 遊離エネルギーをATP産生に利用
クエン酸回路の諸反応 8酵素が有機化学反応触媒 1. アセチル基 4炭素化合物オキサロ酢酸と結合 → 6炭素化合物 クエン酸生成 1. アセチル基 4炭素化合物オキサロ酢酸と結合 → 6炭素化合物 クエン酸生成 2.3. クエン酸→イソクエン酸(炭素6)に異化され 4. イソクエン酸 → オキソグルタル酸に酸化 CO2放出 NAD+→NADHに還元 5. オキソグルタル酸 →スクシニルCoAに酸化 CO2放出 NAD+→NADHに還元 6.7.8 スクシニルCoA→オキサロ酢酸に酸化(再生) 回路形成
クエン酸回路の酵素 酵素と低分子化合物 水溶性 マトリックス内に存在
解糖系とクエン酸回路の収支 CO2 NADH FADH グルコース→ピルビン酸 0 2 0 グルコース→ピルビン酸 0 2 0 ピルビン酸2分子→アセチルCoA2分子 2 2 0 アセチルCoA2分子→CO2 4分子 4 6 2 合計 6 10 2 NADH、FADH 電子対を内膜の受容体分子に伝達 電子を失うと 酸化型 NAD+、FAD+ 生じる
電子伝達 ミトコンドリア内:酸素以外の最終電子受容体ない FADH、NADH 酸化できない 酸素が存在すると NADHは2個の電子を電子伝達系に放出、酸素原子1つを還元→水1分子生成 NADH → NAD+ + H+ + 2e- 2e- + 2H+ + 1/2O2 → H2O
電子伝達体 NADH脱水素酵素:電子をNADHからユビキノンに運ぶ NADH → NAD+ H+ 2e- 内膜上のタンパク質に結合した補欠分子族群 フラビン、ヘム、鉄-硫黄クラスター タンパク質に結合しない補酵素Q ユビキノン シトクロム ヘム補欠分子族(ヘモグロビンの仲間) 中央にある鉄 電子伝達体 酸化・還元 Fe 3+ 酸化型 + e- Fe2+還元型
電子伝達 水素イオン輸送 電子伝達複合体 3種 内膜を通り抜けて 水素イオン輸送の場 電子伝達 水素イオン輸送 電子伝達複合体 3種 内膜を通り抜けて 水素イオン輸送の場 酸素の還元を水素イオン輸送と共役させている 酸素の還元 シトクロムCの酸化 共役
プロトン濃度勾配の形成 電子伝達 → 内膜を通して 内部から外部にH+をくみ出す 電気化学勾配に蓄えられた自由エネルギー
ATP合成機構 電気化学的プロトン濃度勾配 自由エネルギー 電気化学的プロトン濃度勾配 自由エネルギー H+輸送ATP合成酵素 プロトンポンプATPアーゼ 膜貫通酵素 多サブユニット構造 2個の主要成分(F0、F1) F0によるプロトン輸送 F1により触媒されるATPのリン酸無水結合の生成 プロトン濃度勾配の解消とATP合成の共役
水素伝達系 解糖系とクエン酸回路で奪われた水素(H) 酸素と結合して水になる反応
まとめ 2種類のATP合成 1. 基質段階のリン酸化 2. 水素イオン駆動力利用
細菌のエネルギー 細胞膜に 呼吸鎖 ATP合成酵素 ミトコンドリアに似ている