生物

【薬剤師国家試験OK!】β酸化を図で分かりやすく解説

 

薬学生
β酸化ってどんな反応?
クエン酸回路とどう関わってる?
なにがポイント??

本記事の内容

β酸化の概要~覚え方まで図で分かりやすく解説
勉強のポイントは3つ

β酸化の概要~覚えるべきポイントまで図で分かりやすく解説

 脂質はエネルギーの産生と貯蔵に関わる重要な物質です。

 

脂肪酸からエネルギーを得るための手段がβ酸化です。

β酸化はマトリックス内で起こります。
生成されたNADHとFADH₂、アセチルCoAがクエン酸回路、電子伝達系に入りATPを産生する仕組みです。

クエン酸回路と、電子伝達系を理解しているとβ酸化の理解が簡単です。

3つのポイントを中心に勉強しよう

勉強する際のポイントは

  • 脂肪酸のマトリックス内への侵入方法
  • β酸化の反応と何が生成されるか
  • クエン酸回路と電子伝達系と連携してエネルギー作る

この3つを中心にβ酸化を解説していきます。

 

まずは脂肪酸を切り離す

 そもそも、β酸化を起こすには脂肪酸が必要です。

 

脂肪酸は体内で、グリセロールとともにトリアシルグリセロール(TG)を構成しています。
トリアシルグリセロール(TG)は脂肪組織内で脂肪酸の貯蔵手段です。

脂肪酸をエネルギーとして利用するには、リパ-ゼを使って加水分解で切り離します。

ここからスタート、脂肪酸を活性化

β酸化は、脂肪酸の活性化からスタートです。

脂肪酸の活性型はアシルCoAです。
アシルCoAになるにはアシルCoAシンテターゼという酵素が必要です。

脂肪酸に補酵素Aがくっつくとできます。

 

マトリックス内に移動するには足(カルニチン)が必要

β酸化はマトリックス内で起こります。

 

活性化されたアシルCoAはβ酸化をするのにマトリックス内に移動する必要があります。

 

アシルCoAは外膜は通れますが、内膜を通ることができません
そのためカルニチンという助っ人が必要になります。

 

アシルCoAはアシルカルニチンになり内膜を通れるようになります。

マトリックスに移動したアシルカルニチンはアシル基をCoA-SHにうつすことでアシルCoAに戻ります

β酸化はCを2個ずつ切っていく反応

ポイントは

  • 炭素が2コずつ切れる
  • NADH、FADH₂、アセチルCoAができる

 

β酸化は、カルボキシ基末端からC を2個ずつ切っていく反応です。
β位の炭素が酸化的開裂を起こすのでβ酸化と呼ばれます。

 

β酸化は4段階で成り立ちます。

  1. 酸化(FAD)
  2. 水和
  3. 酸化(NAD⁺)
  4. 開裂

β酸化を1回転させるとFADH₂とNADHが1分子ずつとアセチルCoAができます。

脂肪酸自体は2C短くなります。

短くなった脂肪酸は次サイクルでβ酸化を受けます。

できたFADH₂とNADHは電子伝達系へ、

アセチルCoAはクエン酸回路へ入りATPを作り出します

 

β酸化から得られるエネルギーはた~くさん

ステアリン酸を例にどれくらいのATPができるのか見てみます。

β酸化でのATP供給源は2つ

  • NADH,FADH₂→電子伝達系
  • アセチルCoA→クエン酸回路→電子伝達系

 

炭素数18のステアリン酸がβ酸化を受けると、β酸化は8回転(9ではない!)します。

8回転すると

NADH 8個
FADH₂ 8個
アセチルCoA 9個

 

9モルのアセチルCoAがクエン酸回路に入ると、

9FADH₂と27NADH、9GTP(ATP)ができます。
(クエン酸回路では1molのアセチルCoAから1FADH₂、3NADH、1GTPができる)

 

ここまででできた(β酸化由来+クエン酸回路由来)NADHとFADH₂の量は

  • FADH₂→8(β酸化)+9(クエン酸回路)=17
  • NADH→8(β酸化)+27(クエン酸回路)=35

 

これが電子伝達系に伝わると

  • 17FADH₂×1.5=25.5ATP
  • 35NADH×1.5=87.5ATP

これにクエン酸回路でえた9GTP(ATP)を加えると

合計で122ATPもできる計算になります。
(実際にはアシルCoAへの活性化時に2ATPを消費しているので120ATP)

 

グルコース(C6)1モルでは32ATPが得られます。
ステアリン酸と炭素数を等しくするためにグルコース3分子で考えても

32×3=96が得られる計算です。

同じ炭素数でも脂肪酸のほうが多くのATPがを得られます。

脂肪酸が以下に優れたエネルギー貯蔵物であるかがわかりますね。

まとめ

まとめ

  • 脂肪酸はカルニチンの助けを借りてマトリックスへ入る
  • β酸化は4段階でNADHを、FADH₂、アセチルCoAを作る
  • クエン酸回路と電子伝達系と連携してエネルギー作る

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