マインドマップギャラリー 代謝と生物学的酸化
これは、生物と外部環境の間の物質とエネルギーの交換プロセス全体である代謝と生物学的酸化に関するマインド マップです。代謝と呼ばれる、物質が生体内で受けるすべての化学変化を含みます。
2023-11-29 11:45:16 に編集されました代謝と生物学的酸化
代謝
コンセプト
代謝:
これは、生物と外部環境の間の物質とエネルギーの交換の全プロセスです。代謝と呼ばれる、物質が生体内で受けるすべての化学変化を含みます。
異化:
栄養素がエネルギーや生命活動に必要な物質に分解されることを異化といいます。
同化作用:
小分子や高分子の構成要素を利用して、自分に必要な高分子に変換することを同化作用といい、生合成ともいいます。
関数
環境から必要な物質を入手する
生物の生命活動に必要なエネルギーを供給する
外界から得た物質を独自の組成の構造オリジナルに変換する
構造要素を組み立てて生物特有の高分子を生成する
生物体内でさまざまな特殊な機能を持つ生体分子を合成または分解する
基本的な原則とルール
代謝プロセスは、穏やかな反応条件下での一連の酵素反応によって駆動されます。
代謝の全体的なプロファイルは次のような特徴があります: 異化作用は少数の最終生成物に収束し、同化作用は分岐して多くの生成物を生成します。
同じ物質の異化経路と同化経路は単純な可逆プロセスではありませんが、共有された代謝リンクがあります
さまざまな代謝経路が細胞のさまざまな領域に局在しています
代謝は物質代謝とエネルギー代謝の統合であり、エネルギーの変換と伝達はいくつかの普遍的な活性化キャリアによって実現されます。
代謝が調節される
さまざまな生物の基本的な代謝経路は高度に保存されています
研究手法
コンテンツ
各代謝反応に関与する酵素と補酵素の構造と機能を解明する
代謝経路における基質、中間代謝物、最終生成物の構造、名前、反応の種類を決定する
酵素反応の制御機構を解明する
使用材料:ショウジョウバエ、ラット、マウス、ウニ、アフリカツメガエル、ハト、ウサギ、チンパンジー、クロレラ、トウモロコシ、大腸菌、枯草菌、出芽酵母、レッドパン酵素、テトラヒメナ、大腸菌ファージ
レベル
インビボ研究
生物全体、器官全体、微生物細胞群などを使用する。
生体外研究
臓器または組織の切片、ホモジネート、または抽出物の使用
方法:
同位体追跡法
酵素阻害剤
遺伝性の代謝異常
NMR分光法
ガスの測定方法
クロマトグラフィー - 質量分析法
遺伝子工学
メタボロミクスとメタボロミクス
ゲノミクス
ゲノム
生物のすべてのDNA
トランスクリプトーム
生物内のすべてのRNA
プロテオーム
生物のすべてのタンパク質
メタボローム
特定の生理的期間中の生物のすべての低分子量代謝産物
研究手法
サンプル採取、サンプル前処理、代謝物の分離・検出、データ前処理、データ解析
生物学的酸化
基本的な考え方
コンセプト
生物の物質が酸化する過程を生物学的酸化といい、主に体内で糖、脂肪、タンパク質などが分解され、徐々にエネルギーが放出され、最終的にCO2やH20が生成される過程を指します。
ステージ
糖、脂質、タンパク質は、基本的な構成要素 (グルコース、脂肪酸、グリセロール、アミノ酸) に分解されます。この段階では、放出されるエネルギーは少なく、総エネルギーの 1% 未満であり、そのほとんどは熱エネルギーの形で失われます。
グルコース、脂肪酸、グリセロール、アミノ酸は一連の酵素反応を受けてアセチル CoA を生成します。この段階で放出されるエネルギーは総エネルギーの約 1/3 を占め、その一部は高エネルギー化合物に蓄えられます。
アセチルCoAはトリカルボン酸サイクルに入り、完全に酸化されてCO2が生成され、同時に4つの脱水素反応が起こります。除去された水素は呼吸鎖を通って酸素に移されて水を生成し、同時に大量のエネルギーが放出されます。時間の一部は、体内で使用するために ATP に保存されます。
特徴
酸化還元反応(酸素化、脱水素化、電子損失)の一般規則に従ってください。
酵素反応
穏やかな反応条件 (体温、中性付近の pH)
段階的な反応、段階的なエネルギーの放出
水が生成されるとATPが生成されます(酸化的リン酸化)
呼吸鎖
コンセプト
ミトコンドリア内膜上の一連の酵素または補酵素は、水素や電子を伝達するために一定の順序で配列されており、これを電子伝達鎖と呼びます。電子伝達系は細胞の呼吸に関係しているため、呼吸系とも呼ばれます。
主要成分
ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD):各種デヒドロゲナーゼの補酵素であり、代謝産物から取り出された2H(2H 2e)を受け取り、フラボタンパク質(FP)に伝達します。
フラボタンパク質(FP)
補欠分子族: フラビンモノヌクレオチド (FMN)
フラビン アデニン ジヌクレオチド (FAD)
機能: 代謝産物の脱水素化を触媒し、除去された水素は FMN または FAD に受け入れられます。
鉄硫黄タンパク質(Fe-S)
鉄原子と硫黄原子を含み、電子を1つずつ伝達する単一電子伝達体です。
鉄硫黄タンパク質は、ほとんどが FP またはシトクロム b と複合体を形成して存在します。
ユビキノン (UQ、Q)
脂溶性のキニル。側鎖には複数のイソプレン単位が含まれています(哺乳類の Q10)。電子伝達系における唯一の非タンパク質電子伝達体です。
シトクロム
ヘムを補欠分子族とするタンパク質
主な種類:a、a3、b、C、C1
bs、p450
注文
複合体 I (NADH からユビキノン)
NADH: Q オキシドレダクターゼまたは NADH デヒドロゲナーゼ
フラボタンパク質(FMN)、鉄硫黄タンパク質
機能: NADH によって除去された水素は、複合体 I 内の FMN および Fe-S タンパク質を介して Q に移動します (プロトン移動あり)。
コンプレックスⅡ
コハク酸デヒドロゲナーゼ
機能: コハク酸によって除去された水素は、複合体 II の FAD および Fe-S タンパク質を介して Q に転送されます。
コンプレックスⅢ
ユビキノン: シトクロム C 酸化還元酵素
シトクロム bc、複合体
含む: Fe-S、Cytb、Cytc、
役割: 還元された Q から Cytc に電子を移動します (プロトン移動を伴う)
コンプレックス IV
シトクロムオキシダーゼ
含まれるもの: シトクロム a、a3、および補欠分子族として銅イオンを持つ酵素
シトクロム C から 1/2O2 に電子を伝達し、酸素を活性化して O2- を生成し、最後にミトコンドリア マトリックス内の 2H+ と結合して H2O を生成します。
ミトコンドリアにおけるATP合成
ATP
高エネルギーのリン酸結合を含む高エネルギー化合物
生物が直接利用できるエネルギー物質
ATPの生成方法
基質レベルのリン酸化: 脱水素反応と組み合わせて、高エネルギー代謝産物分子のエネルギーを ADP に直接伝達して ATP または GTP を生成するプロセス
高エネルギー化合物がエネルギーを放出するとき、ADP のリン酸化を伴い ATP が生成されます。呼吸鎖における電子伝達とは独立
酸化的リン酸化: 呼吸鎖における電子伝達プロセス中に ADP リン酸化を共役させて ATP を生成するプロセス。共役リン酸化とも呼ばれます。
代謝物は酸化的に脱水素化され、呼吸鎖を介して酸素に移されて水を生成し、同時にエネルギーが放出され、ADP がリン酸化されて ATP が生成されます。
化学浸透仮説
ミトコンドリア内膜の電子輸送にはプロトンポンプ機能があり、プロトンをマトリックス側から内膜の外側へ追い出すことができます(複合体I、III、IV)。
ミトコンドリア内膜はプロトンの逆流を許さず、膜の内側と外側に電気化学的勾配(膜貫通プロトン勾配および電位勾配)を作り出します。
膜の内側と外側の電気化学的勾配により、プロトンが特別なチャネルから内膜マトリックスに戻され、膜貫通プロセスによってエネルギーが放出され、ATP 合成 (ATP シンターゼ) が促進されます。
調整する
酸化的リン酸化の速度は主に細胞のエネルギー要求 (呼吸制御) によって調節されます。
ATP消費量が増加するとADP濃度が高くなり、酸化的リン酸化が促進されます。
ATP/ADP 比は酸化的リン酸化の速度を制御する重要な要素です
甲状腺ホルモンの調節
甲状腺ホルモンはさまざまな組織の細胞膜上の Na-K-ATPase を活性化します
甲状腺機能亢進症(甲状腺機能亢進症)の患者は基礎代謝率が高い
阻害剤
呼吸鎖阻害剤
呼吸鎖の特定の部分での電子伝達をブロックして酸化を防ぎます。
ATP合成酵素阻害剤
ATP合成を阻害し、呼吸鎖における電子伝達に影響を与える
脱共役剤
電子輸送とATP生成の2つの共役プロセスを分離し、ATP合成のみを阻害し、電子輸送は阻害しない
非ミトコンドリア酸化経路
ミクロソーム酸化システム
モノオキシゲナーゼ系(混合機能性オキシダーゼ、ヒドロキシラーゼ)
触媒された O2 の 1 つの酸素原子が基質分子に付加され (ヒドロキシル化)、もう 1 つの酸素原子が H によって還元されて H2O (NADPH H からの H) になります。
ペルオキシソーム酸化システム
オキシソソーム: 動物の肝臓、腎臓、小腸の粘膜細胞に存在します。
H2O2の生成を触媒するさまざまな酵素が含まれており、H2O2を分解する酵素も含まれています。
ミトコンドリア病
ミトコンドリア遺伝子の変異
ミトコンドリアと活性酸素種
ミトコンドリアとアポトーシス
ミトコンドリアと老化