解糖系とクエン酸回路

解糖系とクエン酸回路は、グルコース由来の炭素を酸化し、ATPと還元型電子キャリアとしてエネルギーを捕捉する中心的な異化経路です。

Definition

解糖系は、1つのグルコースを2つのピルビン酸に変換し、ATPとNADHを正味で生成する細胞質経路です。クエン酸回路は、アセチルCoAのアセチル基を二酸化炭素に酸化し、NADH、FADH2、およびGTPを生成するミトコンドリア経路です。

Scope

このトピックでは、グルコースからピルビン酸までの解糖系の10の反応、ピルビン酸からアセチルCoAへの酸化的脱炭酸、およびクエン酸回路の8つの反応について扱います。これには、それらの正味のエネルギー収量、主要な調節段階、およびエネルギー産生経路と生合成前駆体供給経路としての役割が含まれます。

Core questions

• 解糖系のエネルギー投資期とエネルギー回収期とは何ですか？
• ピルビン酸はどのようにクエン酸回路と連結していますか？
• クエン酸回路の1回転あたりの正味の生成物は何ですか？
• どの段階が、なぜ調節されていますか？

Key theories

クエン酸回路

クレブスは、アセチル単位を酸化しながらオキサロ酢酸を再生する一連の環状反応を解明し、細胞が炭素燃料を完全に酸化し、下流のATP合成のために電子キャリアを還元する方法を説明しました。

Mechanisms

解糖系では、グルコースがリン酸化され、2つの3炭素単位に分割されます。これらは酸化され、脱リン酸化されてピルビン酸となり、基質レベルのリン酸化によって正味2つのATPと2つのNADHを生成します。ピルビン酸デヒドロゲナーゼはピルビン酸をアセチルCoAに変換します。クエン酸回路では、アセチルCoAがオキサロ酢酸と縮合します。連続する酸化と脱炭酸により、2つの二酸化炭素分子が放出され、1回転あたり3つのNADH、1つのFADH2、および1つのGTPが生成され、同時にオキサロ酢酸が再生されます。

Clinical relevance

これらの経路は、化学および代謝工学で研究される代謝反応ネットワークの典型的な例であり、その中間体は生合成にも供給されます。この扱いは記述的であり、処方的なものではありません。

History

解糖系は、1930年代にエンブデン、マイヤーホフ、パルナスによって解明され、この経路は彼らの名にちなんで呼ばれることもあります。クレブスは1937年にクエン酸回路を発表し、燃料がどのように二酸化炭素に完全に酸化され、還元された補因子にエネルギーが保存されるかという全体像を完成させました。

Key figures

• Hans Krebs
• Gustav Embden
• Otto Meyerhof
• Jakub Karol Parnas

Seminal works

• krebs1937
• nelson2021

Frequently asked questions

解糖系は酸素を必要としますか？

いいえ。解糖系自体は嫌気性であり、酸素なしでピルビン酸、ATP、NADHを生成しますが、ピルビン酸の運命とNADHの再酸化は酸素が利用可能かどうかに依存します。

クエン酸回路はなぜ「回路」と呼ばれるのですか？

その最終反応が開始分子であるオキサロ酢酸を再生するため、経路が別のアセチル基を受け入れ、継続的に進行できるためです。