主な違い – 基質レベルリン酸化と酸化的リン酸化の違い
生体内で起こるリン酸化反応には、基質レベルリン酸化と酸化的リン酸化があります。
リン酸化とは、ある化合物から別の化合物へリン酸基を転移させることを指します。
一般に「リン酸化」というと、ATPの生成のことを指します。
生物はATPの形でエネルギーを利用する。
真核生物において、ATPを生成するオルガネラはミトコンドリアです。
しかし、ATPの一部は細胞質内でも生産される。
基質レベルリン酸化と酸化的リン酸化の大きな違いは、基質レベルリン酸化が、結合反応で得られたエネルギーを使ってADPを直接リン酸基でリン酸化するのに対し、酸化的リン酸化は、酸化されたNADHとFADH2からATPを生産することである。
基質レベルのリン酸化とは？
基質レベルリン酸化とは、リン酸化の一種で、基質からADPにリン酸基を転移させるものを指す。
また、グアノシン二リン酸（GDP）にリン酸基を付加してグアノシン三リン酸（GTP）を形成することもできる。
結合反応により基質から直接リン酸基を除去し、ADPまたはGDPに移行させる。
図1に基質レベルのリン酸化の反応例を示す。
図1：基質レベルリン酸化反応
基質レベルのリン酸化は、解糖系とクレブス回路で起こる。
解糖は、好気性呼吸と嫌気性呼吸の最初のステップです。
解糖では、2つの基質レベルのリン酸化反応が起こり、4つのATP分子が生成される。
解糖の基質レベルのリン酸化に関与する酵素は、ホスホグリセリン酸キナーゼとピルビン酸キナーゼの2つです。
クレブス回路は好気性呼吸でのみ起こる。
クレブス回路では、ミトコンドリアマトリックスで基質レベルのリン酸化が起こる。
クレブスサイクルでも2つの基質レベルのリン酸化反応が起こる。
ホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼとコハク酸CoAリガーゼがクレブスサイクルの基質レベルのリン酸化に関与する2つの酵素です。
クレブスサイクルでは、基質レベルのリン酸化により、2ATPが生成されます。
ATPの他に6NADHと2FADH2が生成され、その還元電位が好気性呼吸における酸化的リン酸化によるATP生成に利用される。
酸化的リン酸化とは？
酸化的リン酸化とは、電子伝達鎖から放出されるエネルギーを用いてATPを生成するリン酸化の一種を指す。
真核生物ではミトコンドリアの内膜に存在する。
原核生物では、酸化的リン酸化は細胞膜で行われる。
解糖、クレブスサイクル、脂肪酸サイクルで生成されたNADHやFADH2などの高エネルギー分子は、電子伝達鎖で再び酸化される。
それらの分子が放出するエネルギーは、酸化的リン酸化でATPの生成に利用される。
酸化的リン酸化は、好気性呼吸でのみ起こる。
グルコース1分子あたり26ATPが生成される。
図2に酸化的リン酸化の様子を示す。
図2：酸化的リン酸化の様子
酸化的リン酸化に関与する酵素は、ATP合成酵素、チトクロム還元酵素、チトクロムC酸化酵素、NADH-Q還元酵素です。
基質レベルのリン酸化と酸化的リン酸化の類似性
- 基質レベルリン酸化も酸化的リン酸化も、ADPにリン酸基を付加するものです。
- 基質レベルのリン酸化も酸化的リン酸化も酵素が関与している。
- 基質リン酸化も酸化的リン酸化もミトコンドリア内で起こりうる。
基質レベルのリン酸化と酸化的リン酸化の違い
定義
基質レベルのリン酸化。
基質レベルのリン酸化とは、基質からADPにリン酸基を転移させるタイプのリン酸化を指す。
酸化的リン酸化。
酸化的リン酸化とは、電子伝達鎖から放出されるエネルギーを利用してATPを生成するリン酸化の一種である。
所在地
基質レベルのリン酸化。
基質レベルのリン酸化：細胞質およびミトコンドリアマトリックスで起こる。
酸化的リン酸化。
酸化的リン酸化はミトコンドリアの内膜で起こる。
メカニズム
基質レベルのリン酸化。
結合反応により基質から直接リン酸基が除去され、ADPに移行する。
酸化的リン酸化。
電子輸送系で放出されたエネルギーからリン酸基が付加される。
相関関係
基質レベルのリン酸化。
基質のリン酸化は、直接リン酸化です。
酸化的リン酸化。
酸化的リン酸化は間接的なリン酸化です。
発生状況
基質レベルのリン酸化。
基質レベルのリン酸化は、解糖系とクレブスサイクルで起こる。
酸化的リン酸化。
酸化的リン酸化：電子伝達系で起こる。
補酵素の酸化／還元
基質レベルのリン酸化。
基質レベルのリン酸化では、NADとFADが還元される。
酸化的リン酸化。
酸化的リン酸化：NADH+とFADH+が酸化され、リン酸化される。
正味のATP生産量
基質レベルのリン酸化 基質レベルのリン酸化では、4つのATPが生成される。
酸化的リン酸化。
酸化的リン酸化で34ATPが産生される。
酸化還元電位
基質レベルのリン酸化。
基質レベルリン酸化では、基質の酸化還元電位の変化が少ない。
酸化的リン酸化。
酸化的リン酸化では、基質の酸化還元電位の変化が大きい。
酸化レベル
基質レベルのリン酸化。
基質レベルのリン酸化では、基質の一部が酸化される。
酸化的リン酸化。
酸化的リン酸化：電子供与体の完全な酸化が起こる。
結論
生体内でATPを生成する方法には、基質レベルのリン酸化と酸化的リン酸化があります。
ATPは細胞の仕組みで使われるエネルギー分子の主要な形態です。
基質レベルリン酸化は、解糖系とクレブスサイクルで起こる。
酸化的リン酸化は、電子輸送鎖で起こる。
基質レベルのリン酸化は、リン酸基が直接ADP分子に転移する直接型のリン酸化です。
酸化的リン酸化は、電子伝達鎖で解放されたエネルギーをATPの生成に利用する間接的なリン酸化方法です。
基質レベルリン酸化と酸化的リン酸化の主な違いは、ATPを生成するメカニズムです。
