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基質レベルのリン酸化；クエン酸回路の反応と制御；クエン酸の供給源；ピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体

Substrate-level phosphorylation; reactions and control of the citric acid cycle; sources of citrate; the pyruvate dehydrogenase complex — L I

🧠 は「アセチルCoAを完全酸化して（NADH・FADH₂）を稼ぐ回転盤」で、PDH複合体が入口の関所、と読む。 でピルビン酸→アセチルCoA、回路でとGTP（）を作る。PDHc・IDH・KGDHが調節点。回路は分解と合成が交わる。

基質レベルのリン酸化

は、酸素もも使わず、高エネルギー中間体から直接ADP（またはGDP）にリン酸を渡してATP（GTP）を作る反応。

  • 解糖：、の2か所。
  • ：succinyl-CoA → succinate（ / succinyl-CoA synthetase / succinate thiokinase）で GTP（またはATP）を生成。

💡 にはGTP型とATP型がある。 GTP産生型（SUCLG2）とATP産生型があり、組織で使い分ける。ヒト脳ではSUCLA2がニューロンに特異的に発現。でGTP↔ATP変換もされる。

ピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体

PDHc は、解糖の産物ピルビン酸を不可逆的にアセチルCoAへ変換し、の入口を作る。

ピルビン酸+CoA-SH+NAD+→Acetyl-CoA+CO2+NADH\text{ピルビン酸} + \text{CoA-SH} + \text{NAD}^+ \rightarrow \text{Acetyl-CoA} + \text{CO}_2 + \text{NADH}

⭐ PDHが活性 = TCAのアセチルCoAはグルコース（or乳酸）由来。PDHが不活性 = ・ケトン体由来。 PDHのが「今どの燃料を燃やしているか」を示す。では不活性化してピルビン酸を糖新生に回す。

PDHcの調節

調節 内容
リン酸化/ がリン酸化して不活性化、がして活性化
産物（アセチルCoA・NADH）が阻害、基質・ADPが活性化
Ca²⁺ PDP1を活性化（筋）
PDK4の発現はインスリン（FOXO経由で抑制）、絶食で誘導

💡 PDKによるリン酸化＝不活性化（enzyme_2の逆パターンに注意）。 アセチルCoA・NADHが多い（＝エネルギー・脂肪酸が十分）とPDKが働きPDHを止める。ピルビン酸・ADPが多い（＝糖を燃やしたい）とPDKが抑えられPDHが働く。

クエン酸回路の反応

アセチルCoA（C2）が（C4）としてクエン酸（C6）を作り、2回ので2 CO₂を放出しながらに戻る。1回転で 3 NADH・1 FADH₂・1 GTP・2 CO₂ を生む。

flowchart TD
  A["アセチルCoA（C2）"] --> B["クエン酸（C6）<br>citrate synthase（CS）"]
  B --> C["イソクエン酸"]
  C --> D["α-<span class='jp-term jp-term-diagram' title='alpha-ketoglutarate (α-KG)'>ケトグルタル酸</span>（C5）<br>IDH：NADH＋CO₂"]
  D --> E["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='succinyl-CoA'>スクシニルCoA</span>（C4）<br>KGDHC：NADH＋CO₂"]
  E --> F["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='succinic acid'>コハク酸</span> succinate<br>SUCL：GTP（基質レベル）"]
  F --> G["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='fumarate'>フマル酸</span><br>SDH：FADH₂（複合体II）"]
  G --> H["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='malate'>リンゴ酸</span>"]
  H --> I["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='oxaloacetate'>オキサロ酢酸</span> OAA<br>MDH：NADH"]
  I --> B

調節される3酵素

酵素 特徴
（CS） 入口の
NAD⁺依存、多くの組織で回路の、不可逆、Ca²⁺で活性化。PDHと構造は似るがキナーゼ/ホスファターゼによる調節はない
PDHcに類似、NADH・で阻害、Ca²⁺で活性化
  • は複合体IIとしてにも属し、FADH₂を生じる（回路と膜の接点）。

クエン酸の供給源と両向性

回路の中間体は分解だけでなく合成にも使われる（）。中間体が抜けると補充（）が必要。

  • アセチルCoAの供給源: ピルビン酸（PDH、糖・乳酸由来）、、ケトン体、アミノ酸。
  • : （pyruvate → OAA）、グルタミン酸→α-、→OAA など。
  • クエン酸は細胞質に出て脂肪酸合成のアセチルCoA源にもなる。

⭐ 低酸素ではKGDHCが回路の向きを左右する。 酸素不足時は回路が通常どおり回れず、が回路の方向を決める鍵になる（Chinopoulosの研究）。ゆえ、状況で回路の使われ方が変わる。

まとめ

  • は→でGTP（またはATP）を作る（酸素不要）。
  • PDHcはピルビン酸→アセチルCoA（不可逆）。PDKリン酸化で不活性化、PDP・Ca²⁺で活性化。PDH活性は「糖を燃やしているか」の指標。
  • TCA1回転で3 NADH・1 FADH₂・1 GTP・2 CO₂。
  • 調節点はCS・IDH（多くの組織の律速）・KGDHC。SDHは複合体IIも兼ねる。
  • 回路はで、抜けた中間体は（等）で補充。