電子伝達系｜栄養と代謝

看護師のための生理学の解説書『図解ワンポイント生理学』より。

 

[前回の内容]

TCA回路｜栄養と代謝

 

今回は、電子伝達系について解説します。

 

片野由美
山形大学医学部名誉教授
内田勝雄
山形県立保健医療大学名誉教授

 

〈目次〉

• 電子伝達系
• 脱共役
• 電子伝達系におけるO₂の還元

 

 

電子伝達系

解糖系でつくられたNADHおよびTCA回路でつくられたNADH(nicotinamide adenine dinucleotide)およびFADH₂(flavin adenine dinucleotide)がミトコンドリアの内膜で酸化される（電子が取られる）過程を電子伝達系(electron transport system)という。

 

NADHおよびFADH₂がもつ還元力（結合エネルギー）が酸化されるときに、そのエネルギーがATPに変換される。

 

O₂消費（酸化）とATP産生（リン酸化）が共役(coupling)していることから、電子伝達系のことを酸化的リン酸化(oxidateive phospholyration)という。あるいは呼吸鎖(respiratory chain)とよばれることがある。ただし、細胞内呼吸は「TCA回路」で述べたように電子伝達系（O₂消費）だけでなくTCA回路（CO₂産生）も含まれるので、電子伝達系と呼吸鎖は等価ではない。

 

図1電子伝達系

 

脱共役

電子伝達系において、O₂が消費されてもATPが産生されないことを脱共役(uncoupling)という。O₂消費とATP産生が共役すれば、糖質や脂質がもつ結合エネルギーの約70％がATPに変換され、約30％が熱になる（「熱産生」図１参照）。

 

ところが、O₂消費とATP産生が脱共役すると、結合エネルギーがすべて熱に変換される。体温調節が未熟な新生児には、褐色脂肪組織(brown adipose tissue〕（BAT）があり、脱共役による熱産生を行っている。冬眠動物が冬眠から覚醒するときもBATにおける熱産生が重要な働きをしている。

 

最近、生理的脱共役タンパク質〔uncoupling protein〕（UCP）がBAT以外にも骨格筋などに存在し、肥満防止との関係で注目されている。UCPには表１のようなアイソザイムが存在する（「熱産生」図２参照）

 

表1UCPのアイソザイム

 

 

電子伝達系におけるO₂の還元

表2O₂の4電子還元

 

 

電子伝達系においてO₂が４電子還元されることと共役してATPが産生される。表２のような過程をたどるが、全体の反応をまとめると

 

O₂＋4H^＋＋4e^－→2H₂O

 

となる。H^＋およびe^－は、NADHおよびFADH₂から供給される。H^＋はミトコンドリアのマトリックス側から内膜、外膜の膜間腔にくみ出され膜電位を形成する。H^＋がF1,Fo-ATPase（Foのoはゼロではなく、オリゴマイシンolygomycinのo）を通ってマトリックス側に戻るときに膜電位の電気エネルギーがATPの化学エネルギーに変換される。NADHやFADH₂は栄養素（高い還元状態）に由来するので、結局、栄養素を酸化して結合エネルギーをATPに変換していることになる（「異化と同化」参照）。

 

 

[次回]

熱産生｜体温とその調節

 

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本記事は株式会社サイオ出版の提供により掲載しています。

 

 

［出典］ 『新訂版　図解ワンポイント　生理学』 （著者）片野由美、内田勝雄／2015年5月刊行／ サイオ出版