グリセロールリン酸シャトル

グリセロール-3-リン酸シャトルは骨格筋と脳で使用されているメカニズムであり^{[1] 、}解糖の副産物であるNADHからNAD ⁺を再生します。NADHは、解糖中に細胞質で生成された電子を貯蔵する還元当量です。NADHは、酸化リン酸化経路に入るためにミトコンドリアに輸送される必要があります。しかし、ミトコンドリア内膜はNADHを透過せず、NAD +の^輸送システムのみが含まれています。組織の種類に応じて、グリセロール-3-リン酸シャトル経路またはリンゴ酸-アスパラギン酸シャトル経路のいずれかを使用して、細胞質NADHからミトコンドリアに電子を輸送します。^[2]

シャトルは、順番に作用する2つのタンパク質で構成されています。細胞質グリセロール-3-リン酸デヒドロゲナーゼ（cGPD）は、電子対をNADHからジヒドロキシアセトンリン酸（DHAP）に移動させてグリセロール-3-リン酸（G3P）を形成し、解糖によるエネルギー生成に必要なNAD ^+を再生します。^[3]次に、ミトコンドリアグリセロール-3-リン酸デヒドロゲナーゼ（mGPD）は、 FADによるG3Pの酸化を触媒し、細胞質でDHAPを再生して、ミトコンドリアマトリックスでFADH _{2を形成します。}^[4]哺乳類では、ミトコンドリア膜を横切って還元当量を輸送するその活性は、リンゴ酸-アスパラギン酸シャトルに次ぐものです。

歴史

グリセロールリン酸シャトルは、クロバエの飛翔筋におけるミトコンドリア水素化物輸送の主要経路として最初に特徴づけられました。^[5]^{[6]当初、このシステムは}、グリセロール-3-リン酸脱水素酵素1（GPD1）よりも乳酸脱水素酵素の活性が優勢であるため、哺乳類では不活性であると考えられていましたが^[5]^{[7] 、哺乳類の}褐色脂肪組織と膵臓β島でGPD1とGPD2の高い活性が実証されました。^[8]^[9]^[10]^[11]

反応

このシャトルでは、細胞質グリセロール-3-リン酸デヒドロゲナーゼ1（GPD1またはcGPD）と呼ばれる酵素が、次の反応のように 1分子のNADHをNAD ^{+に酸化することにより、}ジヒドロキシアセトンリン酸（2）をグリセロール3-リン酸（1）に変換します。

グリセロール-3-リン酸は、内膜結合型ミトコンドリアグリセロール-3-リン酸脱水素酵素2（GPD2またはmGPD）によってジヒドロキシアセトンリン酸に戻されます。このとき、酵素に結合したフラビンアデニンジヌクレオチド（FAD）の1分子がFADH ₂に還元されます。次に、 FADH _2はコエンザイムQを還元し（ユビキノンをユビキノールに）、その電子が酸化的リン酸化に入ります。^[12]この反応は不可逆的です。^{[13]これらの電子は}電子伝達系の複合体Iをバイパスするため、グリセロール-3-リン酸シャトルは複合体IによるNADHの酸化に比べてエネルギー効率が低くなります。^[14]

参照

参考文献

^ ブランコ、アントニオ; ブランコ、グスタボ (2017-01-01)、ブランコ、アントニオ; ブランコ、グスタボ (編)、「第 9 章 - 生物学的酸化: 生体エネルギー」、医療生化学、アカデミックプレス、pp. 177– 204、doi :10.1016/b978-0-12-803550-4.00009-4、ISBN 978-0-12-803550-4、 2023-05-14取得
^ Bhagavan, NV (2002-01-01)、Bhagavan, NV (ed.)、「第14章 - 電子輸送と酸化リン酸化」、Medical Biochemistry (第4版)、サンディエゴ: Academic Press、pp. 247– 274、doi :10.1016/b978-012095440-7/50016-0、ISBN 978-0-12-095440-7、 2023-05-14取得
^ 「GPD1 グリセロール-3-リン酸脱水素酵素1 [ホモサピエンス (ヒト)] – 遺伝子 – NCBI」。www.ncbi.nlm.nih.gov 。 2021年5月3日閲覧。
^ 「GPD2 グリセロール-3-リン酸脱水素酵素2 [ホモサピエンス (ヒト)] – 遺伝子 – NCBI」。www.ncbi.nlm.nih.gov 。 2021年5月3日閲覧。
^ ab Estabrook RW、 Sacktor B (1958年10月)。「飛翔筋ミトコンドリアのα-グリセロリン酸酸化酵素」。The Journal of Biological Chemistry。233 ( 4): 1014– 9。doi : 10.1016/ S0021-9258 (18)64696-4。PMID 13587533。
^ Sacktor B、Dick A (1962年10月)。 「飛翔筋におけるミトコンドリア外還元ジホスホピリジンヌクレオチドの酸化における水素輸送経路」。The Journal of Biological Chemistry。237 ( 10): 3259– 63。doi : 10.1016/S0021-9258(18)50156-3。PMID 13975951。
^ Boxer GE、Shonk CE（1960年1 月）。「腫瘍中の可溶性DPN結合型αグリセロリン酸脱水素酵素の低レベル」。Cancer Research。20：85-91。PMID 13803504 。
^ Ohkawa KI, Vogt MT, Farber E (1969年5月). 「ラット褐色脂肪組織におけるミトコンドリアαグリセロリン酸脱水素酵素の異常な高活性」. The Journal of Cell Biology . 41 (2): 441–9 . doi :10.1083/jcb.41.2.441. PMC 2107766. PMID 5783866 .
^ Houstek J、Cannon B、Lindberg O (1975)。「グリセロール-3-リン酸シャトルとハムスター褐色脂肪組織の中間代謝におけるその機能」。ヨーロッパ生化学ジャーナル。54 ( 1 ) : 11– 18。doi : 10.1111 / j.1432-1033.1975.tb04107.x。PMID 168075。
^ Ratner PL、Fisher M、Burkart D、Cook JR、Kozak LP (1981年4月)。「マウス組織におけるsn-グリセロール-3-リン酸デヒドロゲナーゼ発現の制御におけるmRNAレベルと細胞局在の役割」。The Journal of Biological Chemistry。256 ( 7): 3576– 9。doi : 10.1016/ S0021-9258 (19)69647- X。PMID 6782104 。
^ Koza RA、Kozak UC、Brown LJ、Leiter EH、MacDonald MJ、Kozak LP (1996 年 12 月)。「マウス FAD 結合グリセロール-3-リン酸脱水素酵素の配列および組織依存性 RNA 発現」。生化学および生物物理学のアーカイブ。336 (1): 97– 104。doi :10.1006/abbi.1996.0536。PMID 8951039 。
^ ストライアー、ルバート; バーグ、ジェレミー・マーク; ティモツコ、ジョン・L. (2007). 生化学. サンフランシスコ: WH フリーマン. ISBN 978-0-7167-8724-22007年5月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。
^ Shen W, Wei Y, Dauk M, et al. (2006年2月). 「グリセロール-3-リン酸デヒドロゲナーゼのNADH/NAD+比の調節への関与は、シロイヌナズナにおけるミトコンドリアグリセロール-3-リン酸シャトルの証拠となる」. Plant Cell . 18 (2): 422– 41. doi :10.1105/tpc.105.039750. PMC 1356549. PMID 16415206 .
^ ムラーチェク、トマーシュ;ドラホタ、ズデニク。 Houštěk、Josef (2013-03-01)。「哺乳動物組織におけるミトコンドリアのグリセロール-3-リン酸デヒドロゲナーゼの機能と役割」。Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - 生体エネルギー学。1827 (3): 401–410 . doi : 10.1016/j.bbabio.2012.11.014。ISSN 0005-2728。PMID 23220394。

外部リンク

http://chemistry.elmhurst.edu/vchembook/601glycolysissum.html 2020-06-24にWayback Machineでアーカイブ（解糖系の文脈でシャトルについて説明しています）

[1] ブランコ、アントニオ; ブランコ、グスタボ (2017-01-01)、ブランコ、アントニオ; ブランコ、グスタボ (編)、「第 9 章 - 生物学的酸化: 生体エネルギー」、医療生化学、アカデミックプレス、pp. 177– 204、doi :10.1016/b978-0-12-803550-4.00009-4、ISBN 978-0-12-803550-4、 2023-05-14取得

[2] Bhagavan, NV (2002-01-01)、Bhagavan, NV (ed.)、「第14章 - 電子輸送と酸化リン酸化」、Medical Biochemistry (第4版)、サンディエゴ: Academic Press、pp. 247– 274、doi :10.1016/b978-012095440-7/50016-0、ISBN 978-0-12-095440-7、 2023-05-14取得

[3] 「GPD1 グリセロール-3-リン酸脱水素酵素1 [ホモサピエンス (ヒト)] – 遺伝子 – NCBI」。www.ncbi.nlm.nih.gov 。 2021年5月3日閲覧。

[4] 「GPD2 グリセロール-3-リン酸脱水素酵素2 [ホモサピエンス (ヒト)] – 遺伝子 – NCBI」。www.ncbi.nlm.nih.gov 。 2021年5月3日閲覧。

[Estabrook1958-5] Estabrook RW、 Sacktor B (1958年10月)。「飛翔筋ミトコンドリアのα-グリセロリン酸酸化酵素」。The Journal of Biological Chemistry。233 ( 4): 1014– 9。doi : 10.1016/ S0021-9258 (18)64696-4。PMID 13587533。

[Sacktor1962-6] Sacktor B、Dick A (1962年10月)。 「飛翔筋におけるミトコンドリア外還元ジホスホピリジンヌクレオチドの酸化における水素輸送経路」。The Journal of Biological Chemistry。237 ( 10): 3259– 63。doi : 10.1016/S0021-9258(18)50156-3。PMID 13975951。

[Boxer1960-7] ^ Boxer GE、Shonk CE（1960年1 月）。「腫瘍中の可溶性DPN結合型αグリセロリン酸脱水素酵素の低レベル」。Cancer Research。20：85-91。PMID 13803504 。

[Ohkawa1969-8] Ohkawa KI, Vogt MT, Farber E (1969年5月). 「ラット褐色脂肪組織におけるミトコンドリアαグリセロリン酸脱水素酵素の異常な高活性」. The Journal of Cell Biology . 41 (2): 441–9 . doi :10.1083/jcb.41.2.441. PMC 2107766. PMID 5783866 .

[Houstek1975-9] Houstek J、Cannon B、Lindberg O (1975)。「グリセロール-3-リン酸シャトルとハムスター褐色脂肪組織の中間代謝におけるその機能」。ヨーロッパ生化学ジャーナル。54 ( 1 ) : 11– 18。doi : 10.1111 / j.1432-1033.1975.tb04107.x。PMID 168075。

[Ratner1981-10] Ratner PL、Fisher M、Burkart D、Cook JR、Kozak LP (1981年4月)。「マウス組織におけるsn-グリセロール-3-リン酸デヒドロゲナーゼ発現の制御におけるmRNAレベルと細胞局在の役割」。The Journal of Biological Chemistry。256 ( 7): 3576– 9。doi : 10.1016/ S0021-9258 (19)69647- X。PMID 6782104 。

[Koza1996-11] Koza RA、Kozak UC、Brown LJ、Leiter EH、MacDonald MJ、Kozak LP (1996 年 12 月)。「マウス FAD 結合グリセロール-3-リン酸脱水素酵素の配列および組織依存性 RNA 発現」。生化学および生物物理学のアーカイブ。336 (1): 97– 104。doi :10.1006/abbi.1996.0536。PMID 8951039 。

[Biochemistry-12] ストライアー、ルバート; バーグ、ジェレミー・マーク; ティモツコ、ジョン・L. (2007). 生化学. サンフランシスコ: WH フリーマン. ISBN 978-0-7167-8724-22007年5月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。

[inPlant-13] Shen W, Wei Y, Dauk M, et al. (2006年2月). 「グリセロール-3-リン酸デヒドロゲナーゼのNADH/NAD+比の調節への関与は、シロイヌナズナにおけるミトコンドリアグリセロール-3-リン酸シャトルの証拠となる」. Plant Cell . 18 (2): 422– 41. doi :10.1105/tpc.105.039750. PMC 1356549. PMID 16415206 .

[14] ムラーチェク、トマーシュ;ドラホタ、ズデニク。 Houštěk、Josef (2013-03-01)。「哺乳動物組織におけるミトコンドリアのグリセロール-3-リン酸デヒドロゲナーゼの機能と役割」。Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - 生体エネルギー学。1827 (3): 401–410 . doi : 10.1016/j.bbabio.2012.11.014。ISSN 0005-2728。PMID 23220394。