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2)クエン酸回路の反応

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今回はクエン酸回路の反応について学んでいきましょう。
クエン酸回路の最初の反応は、アセチルCoAとオキサロ酢酸の縮合反応になりますが、このときのアセチルCoAの供給は、解糖によって生じたピルビン酸の酸化的脱炭酸や脂肪酸のβ酸化などによって行われています。

まずは、解糖によって生じたピルビン酸がアセチルCoAに変換される反応を確認していきましょう。

1.ピルビン酸からアセチルCoAの合成

アセチルCoAとは

アセチルCoAとは、補酵素A(CoA)にアセチル基(CH3COO)が結合した物質のことですチオエステル結合(R−CO−S−R’)を持っているため、アセチルCoAは高エネルギー化合物であるということが重要なポイントとなります。

アセチルCoAの構造はこちら↓ 

ピルビン酸デヒドロゲナーゼ

好気的条件下かつミトコンドリアを有する細胞では、解糖によって生じたピルビン酸は、ミトコンドリアマトリクスに存在する「ピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体という酵素によってアセチルCoAに変換されます。

ピルビン酸からアセチルCoAへの変換はこちら↓

この反応はクエン酸回路に入る前に行われますが、この過程においてもNADHが生じていることがわかります。

このピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体という酵素は、解糖とクエン酸回路をつなぐ鍵酵素であり、3種類の酵素の巨大な多酵素複合体となっています。※多機能ではないので注意してください。

ピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体を構成する3種類の酵素はこちら↓

酵素名 補酵素
E1 ピルビン酸デヒドロゲナーゼ チアミンピロリン酸化
E2 ジヒドロリポアミドアセチルトランスフェラーゼ リポアミド
E3 ジヒドロリポアミドデヒドロゲナーゼ FAD

2.クエン酸回路の反応

まずは、クエン酸回路の全体の流れを確認しましょう。

クエン酸回路の全体像

この8つの反応段階で、高エネルギー化合物であるアセチルCoAが完全に酸化されて、CO2を生じるとともにNADHFADH2GTPが生じます。(GTPはATPと等価です)

クエン酸回路でのNADH、FADH2、GTPが生じる位置はこちら↓

①クエン酸シンターゼ

「アセチルCoA+オキサロ酢酸→クエン酸

クエン酸回路の最初の反応では、クエン酸シンターゼによって
アセチルCoAとオキサロ酢酸が縮合してクエン酸が合成されます。

クエン酸回路におけるクエン酸シンターゼの位置はこちら↓

②アコニターゼ

「クエン酸→cis-アコニット酸イソクエン酸

次に、クエン酸はアコニターゼによって
cis-アコニット酸を介してイソクエン酸に変換されます。

これは、次の脱炭酸反応のためのOH-(ヒドロキシ基)の分子内転位反応になっています。

クエン酸回路におけるアコニターゼの位置はこちら↓

③イソクエン酸デヒドロゲナーゼ

「イソクエン酸→α-ケトグルタル酸

イソクエン酸はイソクエン酸デヒドロゲナーゼによって酸化的脱炭酸され、α-ケトグルタル酸に変換されます。

この反応は酸化的脱炭酸なので、NADH(酸化)とCO2(脱炭酸)が生じます。

クエン酸回路におけるイソクエン酸デヒドロゲナーゼの位置はこちら↓

④α-ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼ複合体

「α-ケトグルタル酸→スクシニルCoA

α-ケトグルタル酸はα-ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼ複合体によって酸化的脱炭酸され、スクシニルCoAに変換されます。スクシニルCoAもアセチルCoAと同様にチオエステル結合(R−CO−S−R’)を持っているので高エネルギー化合物です。

この反応も酸化的脱炭酸なので、NADH(酸化)とCO2(脱炭酸)が生じます。

※α-ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼ複合体はピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体と同様に3種類の酵素からはる巨大な多酵素複合体となっています。

クエン酸回路におけるα-ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼ複合体の位置はこちら↓

⑤スクシニルCoAシンテターゼ

「スクシニルCoA→コハク酸

スクシニルCoAはスクシニルCoAシンテターゼの反応によって
コハク酸に変換されます。この反応は逆反応から名前が付いており、シンテターゼはATP(GTP)を用いる反応であると覚えおきましょう。

※シンターゼではなくシンテターゼなので注意してください

この反応では基質レベルのリン酸化によってGTPが生成されます。
※GTPはATPと等価です(GTP+ADP⇄GDP+ATP)

クエン酸回路におけるスクシニルCoAシンテターゼの位置はこちら↓

⑥コハク酸デヒドロゲナーゼ複合体

「コハク酸→フマル酸

コハク酸はミトコンドリア内膜にあるコハク酸デヒドロゲナーゼ複合体によって
フマル酸に変換されますが、この過程で電子がFADに渡されてFADH2を生じます。

FADH2はユビキノン(補酵素 Q)に受け渡されQH2として、電子伝達系に入ります。そのため、コハク酸デヒドロゲナーゼは電子伝達系複合体 II と呼ばれることもあります。

この補酵素 QはユビキノンまたはコエンザイムQとも呼ばれ、QH2はユビキノールと呼ばれています。

クエン酸回路におけるコハク酸デヒドロゲナーゼ複合体の位置はこちら↓

⑦フマラーゼ

「フマル酸→L-リンゴ酸

フマル酸はフマラーゼによって水和されて、L-リンゴ酸に変換されます。

クエン酸回路におけるフマラーゼの位置はこちら↓

⑧リンゴ酸デヒドロゲナーゼ

「L-リンゴ酸→オキサロ酢酸」

L-リンゴ酸はリンゴ酸デヒドロゲナーゼによって酸化され、オキサロ酢酸に変換されます。

この段階ではNADHが生じます。

クエン酸回路におけるリンゴ酸デヒドロゲナーゼの位置はこちら↓

クエン酸回路の覚え方

クエン酸回路の覚え方として有名なものに「オクイアサコ不倫」がありますので、一応紹介して終わりたいと思います。ゴロで覚える方が覚えやすいという方は参考にしてみてください。

 

クエン酸回路の反応についてはこれで以上です。
次は「3)クエン酸回路の調節」について学んでいきましょう。

 

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