酸素がない時の呼吸

質問

酸素がない時、電子伝達系がとまるからクエン酸回路でできたNADH2が使えないので、クエン酸回路も止まると習いました。
そうだとすると、酸素がない時はピルビン酸→アセチルCoAの反応もNADH2ができるからとまると思うのですが、問題集には酸素がなくてもピルビン酸→アセチルCoAの反応は起こると書いてありました。
本当なんでしょうか？

回答No.3

geneticist12

＞酸素がない時はピルビン酸→アセチルCoAの反応もNADH2ができるからとまると思うのですが、問題集には酸素がなくてもピルビン酸→アセチルCoAの反応は起こると書いてありました。

考えてみたのですが、やはり「止まる」ように思います。
嫌気条件になると、動物ならピルビン酸→乳酸、酵母ならピルビン酸→エタノールという反応系をとる、ということはピルビン酸→アセチルCoAの反応系は抑止されていると考えるのが妥当なのではないでしょうか。
また、ピルビン酸→アセチルCoAを司る、ピルビン酸脱水素酵素複合体は、NADHやATPの濃度上昇がシグナルになって、リン酸化を受け不活性化するという調節がかかっていたと思いますが、無酸素条件で起こるミトコンドリア内のNADH濃度上昇はそれに当てはまりそうです。

その問題集が言っているのが、無酸素状態になった場合に逆反応がおこるか否かということを言っているのなら納得なのですが。
すなわち、ピルビン酸→アセチルCoAは不可逆反応であるので、無酸素条件になってNADHなどの反応産物が蓄積しても逆行が起こらない。それにたいしてクエン酸回路の中には多くの可逆反応が含まれ、反応産物が蓄積すると逆行が起こるので、見かけ上、正反応が起こらなかったように見える、というような、、、

お礼

ご回答ありがとうございます。
問題文には逆反応の話は一言も書いてなかったので、正反応のことのみだと思います。
やはりとまるのですよね。
これでスッキリしました。
ありがとうございました。

回答No.2

neko_noko

No1です。

＞ピルビン酸→アセチルCoAの反応ではNADH2ができるため

確かにそうですね。見落としていました。
本当の所どうなのかは不明ですが、電子伝達系をもう少し詳しく見ると、
電子伝達系は大きく5つの酵素反応でADP→ATPを作っているようです。
NADH2→NADという反応はその初期段階で起きるようで、
ここで得られるエネルギーでプロトン濃度勾配を作っています。
一方O2を使用するのは4つ目の酵素のようです。
このことから、
・4つ目の酵素の反応は酸素が必要なので、酸素がない場合ここでストップして最後まで系が完了しない。
・ただし、酸素がなくても電子伝達系の3つ目の酵素の段階までは進行する。
このことが正しければ、NADの供給は止まらないことになります。

その場合、理論上はプロトンの汲み出しは延々と続くので、濃度勾配が大きくなり、
細胞自体への他の影響が出るかもしれません。
電子伝達系自体も途中の段階で停止することで一連の反応そのものが、停止するかもしれません。
なので、実際にこうなるかどうかは不明なのですが…

答えが出ているわけではないですが、代謝の全体像を理解するのに役立ちそうなページを載せておきます。
「クエン酸（TCA）回路」、「呼吸鎖」あたりが参考になりそうです。
興味があれば他のページもご覧下さい。

参考URL：

http://www.sc.fukuoka-u.ac.jp/~bc1/Biochem/index2.htm

お礼

ご回答ありがとうございます。
電子伝達系の３つ目の酵素までは無酸素条件化でも進行すると思うのですが、次々とNADH2はできてくるわけで、そうするとたくさんの電子は３つ目の酵素でたまってしまうことになってしまうのですが、それはおかしいような気がします。たしか、電子伝達系の電子の流れはFe2+とFe3+を行き来することで電子が流れると聞いたことがあるので、電子がたまるというのはありえないのではないのでしょうか？

回答No.1

neko_noko

NADとNADH2に着目すると見えてきそうです。
クエン酸回路ではNAD→NADH2への反応が起きます。
一方、電子伝達系では、NADH2→NADへと酸化して電子のやり取りを行い、H+濃度勾配を作っています。
NADとNADH2は循環しているので、酸素がなくなってNADH2→NADの反応が起きないと、クエン酸回路で使用するNADが作られません。
なので、酸素がないとクエン酸回路も止まるのだと思われます。
一方、ピルビン酸→アセチルCoAの反応のピルビン酸は、内部循環ではなく、外部（主に解糖系）から供給されるものです。
なので、酸素がなくても解糖系さえ動いていれば原料のピルビン酸が尽きることはなく、反応は起きるのでしょう。

補足

ご回答ありがとうございます。

ピルビン酸→アセチルCoAの反応ではNADH2ができるため、ピルビン酸があったとしても、無酸素条件化でNADが不足してくると反応がおきないような気がするのですが…。