マインドマップギャラリー 第7章 生物酸化
これは、第 7 章「生物学的酸化」に関するマインド マップです。主な内容は、酸化的リン酸化、ミトコンドリアとその酸化システム、概要です。
2024-02-09 14:00:22 に編集されましたAvatar 3 centers on the Sully family, showcasing the internal rift caused by the sacrifice of their eldest son, and their alliance with other tribes on Pandora against the external conflict of the Ashbringers, who adhere to the philosophy of fire and are allied with humans. It explores the grand themes of family, faith, and survival.
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第7章 生物酸化
概要
生物学的酸化の概念
有機化合物(糖、脂肪、タンパク質)が生体細胞内で酸化および分解されて、CO2 と H2O が生成され、エネルギーが放出されるプロセス。
3つの主な質問
細胞はどのようにして有機化合物中の C を化学変化によって CO2 に変換するのでしょうか?
糖、脂質、タンパク質などの代謝産物は、酵素の触媒作用により脱水素、水の添加などの一連の反応を経てカルボキシル基を有する化合物に変換され、脱炭酸反応によりCO2が生成されます。
細胞はどのようにOを使って有機分子中のHをH2Oに酸化するのでしょうか?
代謝産物上の H はデヒドロゲナーゼの作用下で除去され、対応する水素キャリア (NAD、NADP、FAD、FMN など) によって受け入れられ、その後一連の水素移動体または電子移動体を介して酸素に移動します。 H2Oを生成する
有機化合物が細胞内で酸化されるときに放出されるエネルギーはどのようにして収集されるのでしょうか?
電子伝達系によって放出される大量のエネルギーは、リン酸化によって ATP に変換されます。
無料エネルギー
自由エネルギー G: システム内で有用な仕事をするために使用できるエネルギーの一部を指し、記号 G で表されます。
△G: 任意の条件下での自由エネルギー変化。 △G<0は反応が自発的に進行するための必要条件であり、酵素は△Gが負の値である反応のみを触媒することができます。
△G◦’:標準条件、つまり反応物の出発濃度1mol/L、温度25℃、pH=7.0のときの自由エネルギー変化です。各化学反応には固有の標準自由エネルギー変化 (つまり、△G◦') があり、これは固定値です。
ΔG計算
反応 A→B: ΔG = ΔG°′ RT ln[B]/[A]
反応 aA bB→cC dD:
反応平衡定数 K'
標準条件下で反応が平衡に達したときの[生成物]/[基質]。特定の反応の K' は定数です
ΔG° '= -2.303 RT lgK'= -5706 lgK' (J/mol)
K'<1、ΔG°' は正であり、吸熱反応であり、自然には進行しません。
K'>1、ΔG°' は負、発エルゴン反応は自発的に進行する可能性があります
酸化還元電位E
還元剤の電子の失いやすさ(酸化剤の電子の得やすさ)を示し、
E0: 標準酸化還元電位
標準条件下で、標準水素電極と得られる電位差を比較
E0'
pH=7 で測定された生物学的酸化還元対の E0
ΔE0':電位変化
ΔE0’= E0’高値 − E0’低値
ΔG0'とΔE0'の関係
ΔG0'=-nF。
高エネルギーリン酸化合物
加水分解時にリン酸基 1 モルあたり 25kJ を超えるエネルギーを放出できるリン酸塩化合物。高エネルギー結合は ~ で表されます
分類
リン-酸素結合型 -O~P
①アシルリン酸エステル化合物:カルバモイルリン酸など
②エノールリン酸エステル化合物:ホスホエノールピルビン酸など
③ピロリン酸化合物:ピロリン酸、ATP(アデノシン三リン酸)など
リン・窒素結合型 -N~P:クレアチンリン酸など、体内でエネルギーを蓄える役割を担う
ATP
ATP 分子の 2 つのリン酸基 (β、γ) の加水分解と切断によって放出される自由エネルギーは、それぞれ -32.2 KJ/mol と -30.5 KJ/mol です。
関数
これは、細胞内のエネルギー生成反応およびエネルギーを必要とする反応のための化学カップリング剤です。
エネルギー貯蔵物質ではなく、生物内のエネルギーの通貨
これは、細胞内リン酸基転移の中間キャリアです。
ミトコンドリアとその酸化システム
ミトコンドリアの構造
外膜
内膜
膜間腔
マトリックス
電子伝達系
基本的な考え方
ミトコンドリアマトリックス内の呼吸基質(代謝産物)の生物学的酸化中、基質上の H は一連の水素キャリアまたは電子キャリアを介して移動し、最終的に O2 に移動して H2O が生成されます。システム全体は電子伝達連鎖と呼ばれます。その機能は呼吸に直接関係しており、呼吸鎖とも呼ばれます。
タイプ
1. NADH酸化呼吸鎖(大部分)
NADH → 複合体 I → CoQ → 複合体 III → Cyt c → 複合体 IV → O2
2. FADH2 呼吸鎖 (コハク酸、脂肪酸アシル CoA、α-グリセロール リン酸などのいくつか)
コハク酸 → 複合体 II → CoQ → 複合体 III → Cyt c → 複合体 IV → O2
酸化的リン酸化
コンセプト
呼吸鎖における電子伝達プロセス中、電子が酸化基質から酸素に伝達される(つまり、H が酸化されて H2O が形成される)ときに放出される自由エネルギーが ADP のリン酸化を促進して ATP を生成します。
基本的な仕組み
中間代謝物 NADH または FADH2 からの電子が酸素に伝達されて、電子伝達系を通じて水が生成されると、この部分のエネルギーが ADP と Pi の ATP 合成を促進します。
酸化的リン酸化カップリング
リンと酸素の比 P/O
概念: 酸化的リン酸化プロセス中に、消費される無機リン (または ADP) のモル数、または消費される酸素 1 モルごとに生成される ATP のモル数
NADH 呼吸鎖の P/O は 2.5、FADH 呼吸鎖の P/O は 1.5 です。
結合部位
結合機構
化学浸透理論
① 呼吸鎖では、無傷のミトコンドリアの内膜上に水素伝達体と電子伝達体が交互に配置され、酸化還元反応が方向性を持って進行します。
②電子伝達系はプロトンポンプの機能を持ち、ミトコンドリア内膜の内側から内膜の外側へプロトンを送り出すことができます。
③無傷のミトコンドリア内膜はイオンを選択的に透過するため、内膜の外側に送り出されたプロトンが自由に内膜に戻ることができず、その結果、膜を横切るプロトン濃度と電位に差が生じ、これが原動力となります。プロトンが内膜の内側に戻るため(プロトン)。
④膜の外側のプロトンがプロトンの動的ポテンシャルによって駆動され、ミトコンドリア内膜に埋め込まれたATP複合酵素の特別なチャネルFOを通過すると、自由エネルギーが放出され、ADPとPiを駆動してATPを形成します。
ATPase (プロトンポンプ ATP シンターゼ、F1F0-ATPase、複合体 V)
F1 の機能は ATP の生成を触媒することであり、F0 の機能はプロトンのチャネルを形成することです。
酸化的リン酸化制御
ブレスコントロール
ADP/ATP比の変化が酸化的リン酸化に及ぼす制御効果により、呼吸制御と呼ばれ、制御の鍵となる物質はADPです。
ADP/ATP 比が増加すると酸化的リン酸化が増加し、ADP/ATP 比が減少すると酸化的リン酸化が遅くなります。
脱共役と阻害
脱共役剤
電子移動プロセスによって確立された内膜にわたるプロトンの電気化学勾配が破壊されると、電気化学勾配に蓄えられたエネルギーが熱エネルギーの形で放出され、ATP の生成が抑制されます。例: ジニトロフェノール (DNP)
呼吸鎖阻害剤
酸化的リン酸化の電子伝達プロセスをブロックします。ロテノン A 、アンチマイシン A CN-;
ATP合成酵素阻害剤
F0プロトンチャネルからのプロトンの逆流を防ぎ、ATP生成を阻害します。
ミトコンドリア外 NADH の酸化的リン酸化
α-グリセロールリン酸シャトル
リンゴ酸-アスパラギン酸シャトル
NADH 酸化呼吸鎖が 10 H を排出: 10/4=2.5 (分子 ATP) FADH2 酸化呼吸鎖が 6 H を排出: 6/4=1.5 (分子 ATP)
ユビキノンとCyt cは4つの複合体には含まれていません(運び屋の役割)
n、電子を伝達する物質の量(mol)。 F、ファラデー定数、96.5 KJ/V.mol
電子は常に低電位 (E0' low) の酸化還元対から高電位 (E0' high) の酸化還元対に流れます (つまり、反応方向)。
温度 (単位 K) T=摂氏 273 気体定数 R=8.314
【要点】 物質代謝とエネルギー代謝に関する基礎知識を修得し、生体酸化呼吸鎖の種類と構成を修得し、酸化的リン酸化などのATP生成法を修得する。