酸化的燐酸化と光リン酸化の違い

アデノシン三リン酸（ATP）は、生体の生存と機能に不可欠な因子であり、ATPは生命の普遍的なエネルギー通貨として知られている。生体内でATPが生成される方法はいくつかある。酸化的リン酸化と光リン酸化は、細胞内のほとんどのATPを生産する生体系の2大メカニズムである。酸化的リン酸化はATP合成時に分子状酸素を利用し、ミトコンドリア膜付近で行われ、光リン酸化は太陽光をエネルギー源としてATPを生産し、葉緑体の小胞体膜で行われる。酸化的リン酸化と光リン酸化の大きな違いは、酸化的リン酸化では酸素に電子が移動することでATPが作られるのに対し、光リン酸化では太陽光がATPを作る原動力となることである。

カタログ

1. 概要と主な違い 2. 酸化的リン酸化とは 3. 光リン酸化とは 4. 酸化的リン酸化と光リン酸化の類似点 5. 横並びの比較 - 表形式での酸化的リン酸化と光リン酸化 6. まとめ

酸化的リン酸化は何ですか？

酸化的リン酸化は、酸素の存在下で酵素を使ってATPを生産する代謝経路である。好気性生物における細胞呼吸の最終段階である。酸化的リン酸化には、電子輸送鎖とケミオスモシスという2つの主要なプロセスがあります。電子輸送系では、多くの酸化還元中間体を含む酸化還元反応を促進し、電子供与体から電子受容体への電子の移動を促進させる。真核生物では、酸化的リン酸化はミトコンドリア内膜のさまざまなタンパク質複合体で行われている。原核生物では、これらの酵素は細胞の膜間隙に存在する。

酸化的リン酸化に関わるタンパク質は、互いにリンクしている。真核生物では、電子輸送系に5つの主要なタンパク質複合体が存在する。酸化的リン酸化の最終的な電子受容体は酸素である。電子を受け取り、水に還元される。したがって、酸化的リン酸化によってATPを生成するためには、酸素が存在する必要がある。

図01：酸化的リン酸化

電子が鎖を流れるときに放出されるエネルギーは、ミトコンドリア内膜のプロトン輸送に使われる。この位置エネルギーは、最後のタンパク質複合体であるATP合成酵素に導かれ、ATPを生産する。ATPの生産は、ATP合成酵素複合体で行われる。ADPへのリン酸基の付加を触媒し、ATPの生成を促進する。電子移動の際に放出されるエネルギーを使ってATPを生産することをケミオスミシスという。

光リン酸化は何ですか？

光合成において、太陽光のエネルギーを使ってADPをATPにリン酸化することを光リン酸化といいます。このとき、太陽光がさまざまなクロロフィル分子を活性化し、高エネルギーの電子供与体を生成し、低エネルギーの電子受容体に受け渡される。このように、光エネルギーには、高エネルギーの電子供与体と低エネルギーの電子受容体の両方が生成されることが含まれています。エネルギー勾配の発生により、電子はドナーからアクセプターへ、周期的・非周期的に移動する。電子は電子輸送系を移動する。

光合成のリン酸化は、環状光リン酸化と非環状光リン酸化の2つに分けられる。環状光リン酸化は、葉緑体の特定の場所、小胞膜のような膜で起こります。環状光リン酸化は、酸素やNADPHを生成しない。この環状経路は、光化学系Iと呼ばれるクロロフィル色素複合体に電子を流し始めるものである。光化学系Iからは、高エネルギー電子が増強される。電子は不安定なため、より低いエネルギー準位にある電子受容体に受け入れられることになる。いったん起動した電子は、H+イオンをフィルム上に送り込みながら、電子受容体から別の電子受容体に移動し、プロトン起電力を発生させる。このプロトン運動力によってエネルギー勾配が生じ、ATP合成酵素を使ってADPからATPが作られる。

図02：光リン酸化

非環状型の光リン酸化では、2つのクロロフィル色素複合体（光化学系Iと光化学系II）が関与する。これは基板で発生します。水の光分解時には、最初の光化学系の光分解反応で生成された2個の電子を保持する光化学系IIで分子を発生させる。光エネルギーは光化学系IIで1個の電子に励起され、連鎖反応を経て、最終的に光化学系IIのコア分子に伝達される。電子は電子受容体から次の電子受容体へとエネルギー勾配を保ちながら移動し、最終的に酸素分子に受容される。このとき、酸素とNADPHが同時に生成される。

酸化的燐酸化と光リン酸化の共通点

• この2つのプロセスは、生体内のエネルギー移動において重要である。
• どちらも酸化還元中間体を利用するものである。
• いずれのプロセスも、プロトンダイナミクスの発生が、膜を介した水素イオンの移動につながる。
• 両プロセスで発生したエネルギー勾配を利用して、ADPからATPが生成される。
• どちらのプロセスもATP合成酵素を使ってATPを生成する。

酸化的燐酸化と光リン酸化の違い

概要 - 酸化的燐酸化 vs. 光リン酸化

ATPは生体内でさまざまな方法で生産されている。酸化的リン酸化と光リン酸化は、細胞内のほとんどのATPを生産する2大メカニズムである。真核生物では、酸化的リン酸化はミトコンドリア内膜内のさまざまなタンパク質複合体で行われる。電子供与体から電子受容体へ電子を移動させるために、多くの酸化還元中間体が関与している。最後に、電子移動の際に放出されたエネルギーを使って、ATP合成酵素によってATPが作られる。太陽光のエネルギーを使ってADPをATPにリン酸化する過程を光リン酸化という。光合成の過程で発生する。光リン酸化は、大きく分けて環状光リン酸化と非環状光リン酸化の2つの方法で起こる。酸化的リン酸化はミトコンドリアで、光リン酸化は葉緑体で行われる。これが、酸化的リン酸化と光リン酸化の違いである。

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引用

1. "光リン酸化（環状および非環状）"。光リン酸化（環状と非環状）｜パソコン修理はクイックガレージのTutorvista.com2018年1月13日にアクセスしました。ここでは、2. "酸化的リン酸化の生物学（論文）" を紹介します。カーン・アカデミー2018年1月13日にアクセスしました。ここに掲載 2. "酸化的リン酸化|生物学(論文)".カーン・アカデミー2018年1月13日にアクセスしました。