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、２CO2を生じるとともに３NADH、FADH2、GTP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
クエン酸シンターゼによる反応
「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
アコニターゼによる反応
「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
イソクエン酸デヒドロゲナーゼによる反応
「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-ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼ複合体による反応
「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シンテターゼによる反応
「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
コハク酸デヒドロゲナーゼ複合体による反応
「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
フマラーゼによる反応
「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
リンゴ酸デヒドロゲナーゼによる反応
「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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3)クエン酸回路の調節
今回はクエン酸回路の調節について学んでいきましょう。 1.クエン酸回路の調節 クエン酸回路の調節として覚えておくことが望まれるのは、ピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体、クエン酸シンターゼ、イソクエン酸デ ...
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【参考】
