生物化学 C

講義資料

第 10 章 脂質の代謝
10.1 はじめに
中鎖脂肪トリアシルグリセロール

長鎖脂肪トリアシルグリセロール

膵リパ－ゼ2-アシルグリセロール

1,2-ジアシルグリセロール
膵リパ－ゼ1-アシルグリセロール

管腔内消化

イソメラ－ゼ
膵リパ－ゼ

ミセル

小腸上皮

ATP再エステル化

ＣｏＡアシルＣｏＡ

ＣｏＡATP

リンパ管

キロミクロン門脈

図 1 脂質の消化と取り込み

10.2 脂肪酸の異化代謝
10.2.1 脂肪酸の分解（β酸化）アシル-CoA脱水素①FAD
FADH22,3-トランスエノイル-CoA
H2O
水の付加 ②L-3-ヒドロキシアシル-CoA
NAD+脱水素③NADH+ H+3-オキソアシル-CoA

アシル-CoA シンターゼ＋ CoA脂肪酸

ATPAMP+ PPi

HS-CoA

アシル-CoA

加硫分解 ④チオラーゼ

カルニチン

アセチル-CoA
炭素数が２つ少ないアシル-CoA

カルニチン
ミトコンドリアのマトリックスへ①～④の繰り返し

アシル-カルニチン

図 3 脂肪酸の分解（β酸化）図 2 カルニチンを介する脂肪酸の取り込み
13β酸化の反応①～③は TCA 回路の反応⑦～⑨と類似している。

H

切れない

●脂肪酸の酸化による ATP 生成

O

C C
C C
H
H2H
NAD+ NADH+ H+H2O

FAD FADH2

活性メチレン

OH H

H
C C

H H
C C
H H

●β酸化と TCA 回路の反応の類似点

この結合が炭素数 16 のパルミチン酸 C15H31COOH の場合：

なるβ-酸化のサイクル数は 16÷2－1=7 回+

C15H31CO-CoA + 7CoA + 7FAD + 7NAD + 7H2O → 8CH3CO-CoA + 7FADH2 + 7NADH + 7H
⇒全部で+ATP が発生。
ATP

最初、パルミチン酸に CoA を結合させるのに ATP をATP

ATP

2 分子（ATP→AMP は ATP 2 モルに相当）使ったのでこれを引くと、1 モルのパルミチン酸から合計ATP が生じることになる。

10.2.2 ケトン体
脂肪酸の異化代謝（β酸化）の亢進→アセチル-CoA の濃度上昇→ケトン体の生成（肝臓の脂肪組織からの脂肪酸の動員→β酸化→アセチル-CoA

インシュリン欠乏による糖尿病
飢餓状態（グルコースの枯渇）
脂肪酸の動員+2 アセチル-CoA

内）

CoA

脳は脂肪酸を利用できない
アセトアセチル-CoAケトン体が代償エネルギーケトン体合成（肝臓）

ケトン体

アセチル-CoACoAβ-ヒドロキシ-β-メチルグルタリル-CoA

アセト酢酸

β-ヒドロキシ酪酸

アセトン
アセチル-CoA

図 4 ケトン体
アセトンはエネルギー源ではない・ケトン体は水溶性なので，CO2アセト酢酸で運ばれ，全ての組織に取アセトン

NADH + H+り込まれる。細胞内で再びアセチル-CoA に再生され，ATP 合

NAD+成に使われる。
・健康な状態でもβ-ヒドロキシ酪酸は大部分の末梢組織（脳、骨、骨格筋、心筋）でエネルギー源として利用。
・とくに、心筋や用が優先。

はグルコースよりもケトン体の利β-ヒドロキシ酪酸

アセチル-CoA からステロイドホルモンを合成する臓器

・ケトン体の過剰生産→血液中のケトン体濃度上昇→pH 低下→ケトー

図 5 ケトン体の生成

シス(ketosis)…糖尿病の診断指標

10.3 脂肪酸の生合成●脂肪酸の分解と合成の比較
脂肪酸の生合成は基本的にβ酸化の逆反応。
しかし，いくつか重要な違いがある（表 1）。
表１ 脂肪酸の異化・同化代謝の差異
異化代謝
名称
場所
ATP の効果
ADP
クエン酸の効果
出発化合物
補酵素
アシル基担体β酸化
マトリックス
抑制促進
アシル-CoANAD+, FAD
CoA
-ヒドロキシアシル化合物
L型*acyl carrier protein というタンパク質

同化代謝
生合成
細胞質促進
抑制
促進
マロニル-CoANADP+ACP*D型

-酸化と異なり脂肪酸の生合成は……
1.
で行われる。
2. アセチル-CoA を直接利用するのではなく，一旦，-CoA がつくられ，CO2 を放出してアセチル基が脂肪酸の鎖に転移する。理由は，加硫分解の平衡
3-オキソアシル-CoA ＋ CoA

アシル-CoA ＋ アセチル-CoAが大きく右に偏り，アセチル-CoA はエネルギー的に不利。
3. 補酵素としてを利用する。
4. アシル基は，4'-ホスホパンテテインを補因子として結合したアシルキャリアプロテイン(ACP)の SH 基にチオエステル結合する。
 -酸化の S(L)-3-ヒドロキシアシル-CoA に相当するものは，
R(D)-3-ヒドロキシアシル-ACP である。
14

●脂肪酸生合成の開始
脂肪酸の生合成はクエン酸が TCA 回路に使われるか，脂肪酸の生合成にATPTCA 回路

イソクエン酸活性化使われるかは， イソクエン酸デヒドロゲナーゼ の活性クエン酸の蓄積抑制

イソクエン酸デヒドロゲナーゼにより促進される。

また，ミトコンドリアを出たクエン酸は次の経路によって細胞質脂肪酸合成に必要な NADPH2+の約 40%を供給する（残りの 60%はクエン酸経路から供給される）。

クエン酸シンターゼ

クエン酸

リンゴ酸 DHNAD

アセチル-CoA+CoA-SH

NADH + H+

ピルビン酸+NADP

NADPH + H

長鎖脂肪酸

活性化

ATP クエン酸
リアーゼ

リンゴ酸酵素

リンゴ酸

オキサロ酢酸

アセチル-CoA

クエン酸

ADP

（ADP により活性化，ATP により阻害）により調節される。

オキサロ酢酸

オキサロ酢酸抑制（フィードバック阻害）

アセチル CoAカルボキシラーゼ+●脂肪酸の生合成動物の場合，脂肪酸合成はパルミトイル（C16）-ACP までで終わる。パルミトイル-ACP は加水分解されてパルミチン酸が生成する。

CO2アセチル-CoA

ADP+ PiATP

マロニル-CoA

図 6 脂肪酸の生合成の開始

アセチル CoAカルボキシラーゼ②アセチル-CoA
ACP-SH①

CO2
ATP

マロニル-CoAADP ACP-SH+ Pi③CoA-SH

パルミトイル-ACP
H2OACP-SH
アセチル-ACP

マロニル-ACP④CO26 サイクル④～⑦の繰り返し
ACP-SH

アセトアセチル-ACP⑤NADPH + H+NADP

⑦ブチリル-ACP
NADP+
NADPH + H++

パルミチン酸 （C16）

細胞質でつくられた脂肪酸は，さらにミトコンド
リアや小胞体で炭素数を増すことができる。
パルミチン酸→C18→C20→C22→C24
これは β-酸化の逆反応を利用する。ただし，
FADH2 ではなく NADPH を使う。

⑥D--ヒドロキシブチリル-ACP

H2O

クロトニル-ACP

図 7 脂肪酸の生合成●細菌や葉緑体の脂肪酸合成酵素
反応②～⑦を触媒する大腸菌や葉緑体の酵素は 7 つの酵素が会合体をつくり，さらに，その二量体で機能する。
ACP に結合した 4’-ホスホパンテテイン基にアシル基やマ

図 8 ACP の 4’-ホスホパンテテイン基ロニル基が結合する。4’-ホスホパンテテイン基は回転し，4’-ホスホパンテテイン基はタンパク質に結合している

次の反応を触媒する酵素にアシル基を提供する。このような酵素を4’-ホスホパンテテイン基(multi enzyme system)という。

③●哺乳類の脂肪酸合成酵素④ACP②

哺乳動物の脂肪酸シンターゼは巨大なタンパク質で，全ての触媒作用は同一のタンパク質上の異なる領域で遂行されるという多機能酵素(multifunctional enzyme)である。ヒトの⑤⑦⑥酵素は二量体タンパク質で，各サブユニットの ACP 領域の Ser 残基に 4'-ホスホパンテテイSHン基が共有結合している。ホスホパンテテインの SH 基に結合した脂肪酸は活性部位ドメイン②～⑦を順次巡ることによって，脂肪酸の鎖長が伸び，パルミチン酸になる。最後に，パルミチン酸は foot 領域のチオエステラーゼ(TE)で切り取られて遊離する。

SH⑤⑥⑦

図 9 細菌の脂肪酸合成酵素
図 10 哺乳類の脂肪酸合成酵素のドメイン構造15

●不飽和脂肪酸の合成動物の肝滑面小胞体において，NADH および O2 の存在下，パルミトイル-CoA とステアロイル-CoA は不飽和化される。
しかし，高等動物は二重結合を 2 つ以上もつリノール酸やリノレン酸などを合成できないので，これらは食物から補給する必要がある（ビタミン F）。

10.4 グリセリドの生合成●コレステロールとはトリアシルグリセロール（トリグリセリド）は小腸における吸収（図 1）の場合に起こるが，大部分のトリグリセリドは肝コレステロールは真核生物の生体膜の構成成分の臓の滑面小胞体で合成され，脂肪組織に貯蔵される。

1 つとして膜の流動性を調節する役割以外に、ステロイド，ビタミン D，などの生合成原料として重要な化合物である。コレステロールの生合成は，ホルモンや血中のコレステロール濃度で調節されている｡

ビタミン D

DHAP
NADH + H

コレステロール+ステロイドホルモン
胆汁酸

NAD+

●コレステロールはアセチル-CoA からつくられる
コレステロールは、アセチル-CoA からのケトン体合成の中間体である 3-ヒドロキシ-3-メチルグルタリル-CoAADP
グリセロリン酸を出発原料として、多くの反応段階を経て合成されATPグリセロールる。コレステロールは主に肝細胞のや細胞質でつくられるが、他に、小腸、副腎皮質、皮膚、大動脈、精巣でも合成される。

CoA-SH

コレステロール合成はヒドロキシメチルグルタリル-CoA レダクターゼの活性で調節される。この酵素の活性は高脂肪食で上昇し、飢餓時に減少する。
リゾホスファチジン酸

アセチル-CoACoA-SH

アセトアセチル-CoA
リン脂質，糖脂質の合成

ヒドロキシメチルグルタリル-CoA レダクターゼ

ホスファチジン酸

H2O3-ヒドロキシ-3-メチルグルタリル-CoA （C5）Pi

ジアシルグリセロール

スクアレン （C30）
CoA-SH

トリアシルグリセロール（トリグリセリド）

コレステロール

図 11 トリグリセリドの合成

図 12 コレステロールの合成
16

第 11 章 アミノ酸の代謝
11.1 はじめにタンパク質(計 14 kg)タンパク質分解400 g/日タンパク質合成
400 g/日アミノ酸プール

食物(80 g/日)

ヌクレオチド，ヘム，クレアチン，アミンの合成(計 600 g)

非必須アミノ酸(40 g/日)

脂肪，ケトン体

アミノ酸分解(120 g/日)

炭素骨格尿素(30 g/日)図１ タンパク質の代謝

グルコース（エネルギー）（左）アミノ酸の炭素はエネルギー源となる。
（右）アミノ酸は窒素源としても重要。

11.2 アミノ酸の分解
11.2.1 アミノ酸の脱アミノ化(a) アミノ基転移反応
ピリドキサールリン酸
(PLP)

アミノ酸

アミノ酸アミノトランスフェラーゼ

α-ケト酸(Vitamin B6)
炭素骨格代謝図 3 アミノ基転移

ピリドキサルリン酸のアルデヒド基は酵素のリシン残基の ε-アミノ基と縮合し、シッフ塩基を形成。

図 2 アミノ酸代謝の補酵素とビタミン

-ケトグルタル酸が最重要。
他にグリオキシル酸，オキサロ酢酸，ピルビン酸など。

図 4 アミノトランスフェラーゼの補酵素(PLP)

Asp + -ケトグルタル酸
Ala + -ケトグルタル酸
Tyr + -ケトグルタル酸
Leu + -ケトグルタル酸
Glu + グリオキシル酸
Ala + グリオキシル酸
Ser + ピルビン酸
-アミノ酪酸+ -ケトグルタル酸
Orn + -ケトグルタル酸

α-ケト酸（アミノ基受容体）

ピリドキサミンリン酸(PMP)

オキサロ酢酸 + Glu
アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ (AST)
ピルビン酸 + Glu
アラニンアミノトランスフェラーゼ (ALT)
4-ヒドロキシフェニルピルビン酸+ Glu チロシンアミノトランスフェラーゼ
-ケトイソカプロン酸 + Glu
分枝鎖アミノ酸アミノトランスフェラーゼ
-ケトグルタル酸 + Gly
グルタミン酸アミノトランスフェラーゼ
ピルビン酸 + Gly
アラニン-グリオキシル酸アミノトランスフェラーゼ
ヒドロキシピルビン酸 + Ala
セリン-ピルビン酸アミノトランスフェラーゼ
コハク酸セミアルデヒド + Glu -アミノ酪酸アミノトランスフェラーゼ
グルタミン酸セミアルデヒド + Glu オルニチンアミノトランスフェラーゼ

50 種以上の酵素が知られている。いく
つかの例を次に示す。GPT/ALT(Glutamate Pyruvate Transaminase)や GOT/AST (Glutamate
Oxaloacetate Transaminase)は肝機能の指標として有名な酵素である。

図 5 アミノトランスフェラーゼとその反応平衡移動の法則の応用(b) 酸化的脱アミノ反応
アミノ酸のアミノ基は，反応によって，アスパラギン酸(Asp)とグルタミン酸(Glu)に変えられ，にグルタミン酸デヒドロゲナーゼ送られる（Asp と Glu はミトコンドリア内膜を通れる）。

＋ NH3グルタミン酸は，ミトコンドリアにおいて，グルタミン酸デヒドロゲナーゼによって酸化的に脱アミノ化され，α-ケトグルタル酸になる。これを(Oxidative deamination)という。

NADH+ H+α-ケトグルタル酸

図 6 酸化的脱アミノ反応

α-ケトグルタル酸は TCA 回路の一員である。
遊離した NH3 は尿素回路によって直ちにグルタミン酸

NAD+H2Oに変換される。
17

この反応の平衡は大きく左に傾いている。従って，反応の進行は生じるアンモニアの消費による。

11.2.2 アミノ酸の脱アミノ体の分解
脱アミノ化されて生じる α-ケト酸は，(1) 糖の合成や(2) ケトン体や脂肪酸の合成に利用される。アミノ酸の代謝には回路が大きな関与をする。
●糖原性(glycogenic)アミノ酸： 主として糖新生による合成に利用される。

a) ピルビン酸を経てオキサロ酢酸になるもの: Ala, Gly, Ser, Thr, Cys, Trpb) スクシニル-CoA になり TCA 回路に入るもの: Ile, Met, Val

Ala, Gly, SerThr, Cys, Trp

ピルビン酸c) オキサロ酢酸になり TCA 回路に入るもの: Asp, Asne) フマル酸になり TCA 回路に入るもの: Phe, Tyr●ケト原性(ketogenic)アミノ酸： 主にアセトアセチル-CoA を経て，アセチル-CoA になる。

アセト酢酸Asp アセチル-CoAAsnd) -ケトグルタル酸になり TCA 回路に入るもの: Arg,Glu, Gln, His,Pro

Ile
Tyr, Phe, Lys,Leu, Trp

オキサロ酢酸や脂肪酸の合成に利用される。

a) アセト酢酸やアセチル-CoA だけになるもの: Leu, Lys

リンゴ酸b) 糖新生にも使われるがアセチル-CoA もつくるもの: Phe, Tyr, Ile, Trp, Thr
フマル酸
グルコース

Glu, Gln,Arg, His, Pro

TCA回路

-ケトグルタル酸

グルコース 6-リン酸

Phe
Tyr

スクシニル-CoAIle, MetVal

図 7 アミノ酸骨格の代謝と TCA 回路

Ala SerCys Gly
Thr Trp赤は糖原性アミノ酸，青はケト原性アミノ酸

ホスホエノールピルビン酸

ピルビン酸

乳酸

CO2

CO2

アセチル CoAAsn
Asp

アセトアセチル CoA

クエン酸

オキサロ酢酸Phe
TyrLeuLys

イソクエン酸

リンゴ酸

アセト酢酸

CO2Glnフマル酸

2-オキソグルタル酸

Glu
コハク酸CO2Pro
HisArg

スクシニル CoAPhe
Tyr
D-メチルマロニル CoAValMetIle

図 8 アミノ酸の代謝と糖新生やケトン体合成の関連

11.2.3 尿素回路
アンモニアは生体にとって有毒である。このアンモニアを尿素に変えて無毒化する経路が尿素回路（Urea cycle）または回路とも呼ばれる代謝経路である。

各組織で生成したアンモニアの窒素はグルタミン（Gln）またはアラニン（Ala）として血流で肝臓に運ばれる（グルコース・アラニン回路）。肝臓において，これらのアミノ酸はアミノ基転移でグルタミン酸に変換された後，酸化的脱アミノでアンモニアが遊離する。アンモニアは尿素回路で尿素に変えられる。
Asp

アンモニア

CO2オキサロ酢酸

ATP

尿素
オルニチン 回路

TCA回路
フマル酸尿素図 9 グルコース・アラニン回路

図 10 尿素回路と TCA 回路のかかわり
18

肝臓のミトコンドリア
マトリックス内

カルバモイルリン酸シンターゼ

NH3＋

カルバモイルリン酸 オルニリン①CO2（HCO3－） 2ATPトランス
カルバモイラーゼ

2ADP + Pi②オルニチン
Pi

シトルリン

オルニチン

尿素

シトルリン

細胞質
アルギナーゼ⑤ATPH2O

アスパラギン酸

アルギニノコハク酸シンターゼ

AMP + PPi

アルギニン

アルギニノコハク酸リアーゼ

アスパラギン酸はミトコン
ドリア内膜を通過できる③

アルギニノコハク酸
アスパラギン酸④
オキサロ酢酸フマル酸*

TCA 回路リンゴ酸

リンゴ酸はミトコンド
リアに取り込まれる

リンゴ酸

図 11 尿素回路

フマラーゼ
細胞質の酵素

肝臓の尿素回路の全体の反応（①～⑤）は次のようになる。アンモニアの処理には実質ATP を必要とする。

2NH3 + CO2 + 3 ATP + 2 H2O → NH2CONH2 + 2ADP + 2Pi + AMP + PPi
尿素の２つの NH2 基のうち１つはアンモニア由来で、もう１つは由来である。カルボニル基の炭–素と酸素はそれぞれ，（正しくは HCO3 ）と水（H2O）からきている。

ミトコンドリアでつくられる ATP の 10 数％が尿素回路で消費される。腎臓は③～⑤の酵素をもつので，血中のシトルリンを尿素に変換できる。尿素回路の酵素群の活性は，高タンパク食摂取時や飢餓時（筋肉タンパク質の分解が起こる）に，一斉に上昇する。
●尿素回路以外のアンモニア除去系

1) 酸アミド生成……全組織。主としてグルタミン(Gln)を生成する。
NH3 + Glu → Gln + H2O(グルタミナーゼ)NH3 + Asp → Asn + H2O(アスパラギナーゼ)

2) ケト酸との反応……肝臓が主。グルタミン酸(Glu)を生成する。
NH3 + -ケトグルタル酸 → Glu + H2O(グルタミン酸デヒドロゲナーゼ)

3) クレアチンの生成……最初は腎臓。次に肝臓。クレアチンはArgや組織での ATP 貯蔵物とみなせる。
尿へOrn
グアニジノ酢酸

Gly
腎臓

S-アデノシルメチオニン

ここは可逆的！
クレアチン

自発的クレアチンリン酸

クレアチニン

肝臓
ATPADP筋肉，神経組織

Pi

図 12 クレアチンリン酸の合成と分解4) 直接排泄……腎臓だけ。脱アミノ後，尿中に直接排泄する。尿のアンモニアの約 40%を占める。

19

11.2.4 アミノ酸の脱炭酸
アミノ酸は脱炭酸により一級アミンを生じる。動物でもこれらの反応は見られるが，微生物では特に発達している。反応には PLP を必要とする場合が多い。生成するアミンは強い生理活性をもつものが多く，”生理活性アミン(biogenicamine)”と呼ばれる。アドレナリン，ノルアドレナリン，ドーパミン，-アミノ酪酸 (GABA)，セロトニン，ヒスタミンなどはアミノ酸由来のホルモン，神経伝達物質である。

5-OH-Trp

Glu

His
CO2

ヒスタミン

CO2

セロトニン

CO2

-アミノ酪酸

3,4-ジヒドロキシフェ
ニルアラニン (DOPA)
CO2

11.3 アミノ酸の生合成

ドーパミン

ノルアドレナリン

アドレナリン

図 13 脱炭酸による生理活性アミンの生成

次の 8 種のアミノ酸はヒト体内で合成できないか，されても必要量だけまかなえないので食物から摂取する必要がある。
これらをアミノ酸という。［”トロリーバス不明”と憶える］。幼児ではこれに His と Arg が加わる。

表 1 必須アミノ酸

GlyPhe, Trp……芳香族アミノ酸
Val, Leu, Ile, Thr……分岐鎖アミノ酸
Met……含硫アミノ酸
Lys……長鎖塩基性アミノ酸

Ser
Cys

3-ホスホグリセリン酸
ピルビン酸

Phe
Ala
TyrAsp●非必須アミノ酸の生合成

これらのアミノ酸はいずれも生合成過程が長いものが多く，

Asn

オキサロ酢酸TCA
回路

Pro
α-ケトグルタル酸

食物から摂取することができる環境にある高等動物は，それらの合成からの負担を回避するようになったものであろう。アGlu

GlnArg

ミノ酸合成はアミノ酸の分解経路と関連している。
動物では，非必須アミノ酸は４つの中間体から合成される。
1. オキサロ酢酸→Asp, Asn
2. ピルビン酸→Ala
3. α-ケトグルタル酸→Glu, Gln, Pro, Arg
4. 3-ホスホグリセリン酸→Ser, Cys, Gly

図 14 アミノ酸の生合成
ピルビン酸群

オキサロ酢酸群

アミノ酸からつくられる窒素化合物(1) Heme は Gly とスクシニル-CoA からつくられる。

α-ケトグルタル酸群 （省略）
3-ホスホグリセリン群 （省略）

Ｔｙｒの合成Phe は酸化されて Tyr に変る。この酵素の欠損はフェニルケトン尿症を引き起こす。

(2) 生理活性アミン(3) グルタチオン： H-Glu(Cys-Gly-OH)-OH(4) ヌクレオチドとヌクレオチド系補酵素(5) テトラヒドロ葉酸(THF)

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