ミトコンドリアシャトル

ミトコンドリアシャトルは、ミトコンドリア内膜を介して還元剤を輸送する生化学的輸送システムです。NADHもNAD+も膜を通過できませんが、FADや[QH 2 ]などの膜を通過できる分子を還元することで、その_電子を電子伝達系に届けることができます。

ヒトにおける2つの主要なシステムは、グリセロールリン酸シャトルとリンゴ酸-アスパラギン酸シャトルです。リンゴ酸/ α-ケトグルタル酸アンチポーターは電子を輸送し、アスパラギン酸/グルタミン酸アンチポーターはアミノ基を輸送します。これにより、ミトコンドリアは機能に必要な基質を効率的に受け取ることができます。^[1]

シャトル

ヒトにおいて、グリセロールリン酸シャトルは主に褐色脂肪組織に存在します。これは、褐色脂肪組織におけるグリセロールリン酸の変換効率が低いため、褐色脂肪の主な役割の一つである熱を発生させるからです。グリセロールリン酸シャトルは主に乳児に見られますが、成人でも腎臓周辺や首の後ろに少量存在します。^[2]リンゴ酸-アスパラギン酸シャトルは、体の他の多くの部位に存在します。

名前	ミトコンドリアへ	ETCへ	細胞質へ
グリセロールリン酸シャトル	グリセロール3-リン酸	QH ₂ (~1.5 ATP )	ジヒドロキシアセトンリン酸
リンゴ酸-アスパラギン酸シャトル	リンゴ酸	NADH（約2.5 ATP）	オキサロ酢酸^[2] /アスパラギン酸

シャトルには、オキサロ酢酸など、膜内にタンパク質トランスポーターを持たない代謝物を輸送するために使用されるメカニズムのシステムが含まれています。

マラテシャトル

リンゴ酸シャトルにより、ミトコンドリアは代謝物を消費することなくNADHから電子を移動することができ、2 つの対向輸送体を使用して代謝物を輸送し、ミトコンドリアマトリックスと細胞質内のバランスを維持します。

細胞質側では、トランスアミナーゼ酵素を使用してアスパラギン酸からアミノ基を除去し、オキサロ酢酸に変換されます。次に、リンゴ酸脱水素酵素がNADH 補因子を使用してオキサロ酢酸をリンゴ酸に還元します。リンゴ酸はトランスポーターの存在により膜を越えて輸送できます。

リンゴ酸がマトリックス内に入ると、オキサロ酢酸に戻り、アスパラギン酸に変換されてミトコンドリア外へ輸送され、循環が継続されます。オキサロ酢酸が膜を通過する際に電子が輸送され、外環として知られています。内環の主な機能は電子の移動ではなく、代謝物の再生です。

グリセロールリン酸シャトル

オキサロ酢酸からアスパラギン酸へのアミノ基転移は、グルタミン酸を介して行われます。グルタミン酸はアスパラギン酸と共にアンチポーターを介して輸送されるため、アスパラギン酸が細胞外へ排出されると、グルタミン酸が細胞内へ輸送されます。マトリックス中のグルタミン酸はα-ケトグルタル酸に変換され、リンゴ酸と共にアンチポーターを介して輸送されます。細胞質側では、アスパラギン酸がオキサロ酢酸に戻る際に、 α-ケトグルタル酸もグルタミン酸に戻ります。

がん治療への応用

ほとんどの癌細胞は、急速に増殖するために、体内の代謝活動に変異を引き起こし、グルコース代謝を増加させます。細胞の代謝活動を亢進させ、正常細胞を腫瘍細胞に変化させる変異は、がん遺伝子と呼ばれます。癌細胞は他の多くの細胞とは異なり、脆弱性がほとんどありませんが、リンゴ酸シャトルのアミノ基転移を阻害する実験では、グルコース代謝が遅くなるため、増殖が遅くなることが示されました。^[3]

参照

ミトコンドリアキャリア

注釈と参考文献

^ Garrett, Reginald H. (2016年2月11日).生化学. Grisham, Charles M. (第6版). ボストン, MA. ISBN 978-1-305-57720-6. OCLC 914290655.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
^ ab Silva, Pedro. 「発酵と呼吸の背後にある化学ロジック」Wayback Machineで2008年9月17日にアーカイブ、フェルナンド・ペソア大学、2002年1月4日。2009年4月2日閲覧。
^ Ilic, Nina; Birsoy, Kıvanç; Aguirre, Andrew J.; Kory, Nora; Pacold, Michael E.; Singh, Shambhavi; Moody, Susan E.; DeAngelo, Joseph D.; Spardy, Nicole A.; Freinkman, Elizaveta; Weir, Barbara A. (2017年4月25日). 「PIK3CA変異腫瘍はオキソグルタル酸脱水素酵素に依存する」. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 114 (17): E3434 – E3443 . Bibcode :2017PNAS..114E3434I. doi : 10.1073/pnas.1617922114 . ISSN 1091-6490. PMC 5410781 . PMID 28396387。

[1] Garrett, Reginald H. (2016年2月11日).生化学. Grisham, Charles M. (第6版). ボストン, MA. ISBN 978-1-305-57720-6. OCLC 914290655.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)

[ufp-2] Silva, Pedro. 「発酵と呼吸の背後にある化学ロジック」Wayback Machineで2008年9月17日にアーカイブ、フェルナンド・ペソア大学、2002年1月4日。2009年4月2日閲覧。

[3] Ilic, Nina; Birsoy, Kıvanç; Aguirre, Andrew J.; Kory, Nora; Pacold, Michael E.; Singh, Shambhavi; Moody, Susan E.; DeAngelo, Joseph D.; Spardy, Nicole A.; Freinkman, Elizaveta; Weir, Barbara A. (2017年4月25日). 「PIK3CA変異腫瘍はオキソグルタル酸脱水素酵素に依存する」. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 114 (17): E3434 – E3443 . Bibcode :2017PNAS..114E3434I. doi : 10.1073/pnas.1617922114 . ISSN 1091-6490. PMC 5410781 . PMID 28396387。