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アミノ酸の炭素骨格の異化

 

アミノ酸を異化するとき、アミノ基と炭素骨格部分で別々に異化される。アミノ基の代謝については「タンパク質・アミノ酸の異化」で述べた。ここでは炭素骨格の異化について述べる。

 

アミノ酸を代謝するときの最初の反応は、アミノ基の除去である場合が多い。つまり、アミノ基転移反応によるアミノ酸から窒素の除去が最初の反応なのである。

 

　糖原生とケト原生
炭素骨格を異化すると、糖質または脂質生合成の基質が生成する。代謝されたCが糖に入るのを糖原生、脂質へ入るのをケト原生という。

 

糖原生での最終産物はオキサロ酢酸やフマル酸などのクエン酸回路で必要な物質である。それに対し、ケト原生での最終産物はアセチル-CoAである。アセチル-CoAは脂質の原料である。

 

下の表にどのアミノ酸が糖原生かケト原生かを示す。

 

　

 

　・アルパラギン(Asn)とアスパラギン酸(Asp)
アスパラギンとアスパラギン酸の炭素骨格部分はオキサロ酢酸を生成する。アスパラギンはアスパラギナーゼによって触媒されてアスパラギン酸となる。アスパラギン酸はトランスアミナーゼによって触媒されてオキサロ酢酸となる。オキサロ酢酸はクエン酸回路で利用される。

 

　　　　トランスアミナーゼ
　　　　　　　　 ↓
　Asn → Asp → オキサロ酢酸 → クエン酸回路へ
　　　　↑
　　アスパラギナーゼ

 

　・グルタミン(Gln)とグルタミン酸(Glu)
グルタミンとグルタミン酸はα-ケトグルタル酸を生成する。グルタミンはグルタミナーゼによってグルタミン酸となり、グルタミン酸はトランスアミナーゼによってα-ケトグルタル酸となる。α-ケトグルタル酸はクエン酸回路で利用される。

 

　　　　トランスアミナーゼ
　　　　　　　　 ↓
　Gln → Glu → α-ケトグルタル酸 → クエン酸回路へ
　　　　↑
　　グルタミナーゼ

 

　・プロリン(Pro)とアルギニン(Arg)
プロリンとアルギニンはグルタミン酸(α-ケトグルタル酸)を生成する。アルギニンはグルタミン酸を生成する過程の途中でアルギナーゼによってオルニチンを生成する。

 

　Pro →→ グルタミン酸 → α-ケトグルタル酸

 

　Arg → オルニチン →→ グルタミン酸 → α-ケトグルタル酸
　　　　↑
　　アルギナーゼ

 

　・ヒスチジン(His)
ヒスチジンはグルタミン酸(α-ケトグルタル酸)を生成する。ヒスチジンはヒスチダーゼによってウロカニン酸を生成する。その後、いくつかの反応を得てグルタミン酸となる

 

　His → ウロカニン酸 →→ グルタミン酸 → α-ケトグルタル酸
　　　　↑
　　ヒスチダーゼ

 

　・チロシンとフェニルアラニン
フェニルアラニンはフェニルアラニンヒドロキシラーゼによってチロシンに変換される。その後、下に示した経路を通ってフマル酸とアセト酢酸が生成される。

 

Phe(フェニルアラニン)
　↓ フェニルアラニンヒドロキシラーゼ(フェニルケトン尿症)
Try(チロシン)
　↓ チロシントランスアミナーゼ(チロシン血症Ⅱ)
p-ヒドロキシフェニルピルビン酸
　↓
ホモゲンチジン酸
　↓ ホモゲンチジン酸オキシダーゼ(アルカプトン尿症)
マレイルアセト酢酸
　↓
　↓
フマリルアセト酢酸
　↓ フマリルアセト酢酸ヒドラーゼ(チロシン血症Ⅰ)
フマル酸 アセト酢酸

 

フェニルアラニンヒドロキシラーゼが働くには補酵素としてビオプテリンが必要である。また、これらフェニルアラニン(チロシン)の代謝経路に異常があると、さまざまな病気を発症することになる。

 

※フェニルケトン尿症
フェニルアラニンヒドロキシラーゼが欠損していると、フェニルケトン尿症になる。この酵素が欠損している患者はフェニルアラニンをチロシンに変換することができない。

 

そのため、フェニルアラニン代謝は代わりの代謝経路としてフェニルピルビン酸、フェニル酢酸、フェニル乳酸、フェニルアセチルグルタミンが生成される。これらのフェニルケトンが乳幼児期に蓄積すると精神遅滞を引き起こす。

 

※アルカプトン尿症
この病気もフェニルケトン尿症と同じように、先天的な酵素代謝異常である。アルカプトン尿症はホモゲンチジン酸オキシダーゼの欠損によって起こる。

 

　・リシン(Lys)
「アミノ酸を代謝するときの最初の反応は、アミノ基の除去である場合が多い」と前述したが、リシンの窒素はアミノ基転移反応を受けない。つまり、リシンのNH₃を代謝する酵素がないのである。

 

　

 

そのため、リシンの分解は面倒なステップを踏まなくてはならない。

 

　・トリプトファン(Trp)
トリプトファンはトリプトファンオキシゲナーゼによって異化が始まる。

 

多くの動物ではビタミンの一種であるニコチン酸はトリプトファンから生成される。そのため、食物からニコチン酸を摂取する必要はない。

 

しかし、トリプトファン代謝はビタミンB₆に依存しており、ビタミンB₆が欠如するとニコチン酸を合成できなくなる。そのため、NAD とNADP の合成障害が起きてしまう。

 

　Trp → …………→ニコチン酸 → NAD 、NADP
　　　　↑
　　トリプトファンオキシゲナーゼ

 

　・メチオニン(Met)
メチオニンはS-アデノシルメチオニン(SAM)、S-アデノシルホモシステイン、ホモシステインを得てプロピオニル-CoAとなる。S-アデノシルメチオニン(SAM)はCH₃供与体として働くことができ、メチル基が移動するとS-アデノシルホモシステインとなる。

 

　Met → SAM → S-アデノシルホモシステイン → ホモシステイン →→ プロピオニル-CoA

 

ホモシステインはそのまま代謝されてプロピトニル-CoAとなるが、メチオニンシンターゼと補酵素である葉酸によってメチオニンとなることもある。

 

　S-アデノシルホモシステイン → (メチオニンシンターゼ 葉酸) → Met

 

　・分岐鎖アミノ酸の異化(ロイシン、バリン、イソロイシン)

 

ロイシン(Leu)、バリン(Val)、イソロイシン(Ile)
　↓　①脱アミノ化(トランスアミナーゼ)
対応するα-ケト酸
　↓　②CoAエステルの生成、分岐鎖α-ケト酸デヒドロゲナーゼ( 〃 デカルボキシラーゼ)
CO₂ 対応するアシル-CoAチオエステル
　↓　③不飽和化
対応するα,β-不飽和アシル-CoAチオエステル

↓Val	↓Leu	↓Ile
スクシニル-CoA	β-ヒドロキシ-β-メチル グルタリル-CoA	プロピオニル-CoA アセチル-CoA ↓ メチルマロニル-CoA ↓ スクシニル-CoA

 

※メープルシロップ尿症
分岐鎖α-ケト酸デヒドロゲナーゼ(分岐鎖α-ケト酸デカルボキシラーゼ)に異常があると、メープルシロップ尿症を引き起こす。この病気は血漿中のロイシン、バリン、イソロイシンとそれに対応するα-ケト酸の濃度が上昇する。

 

その結果、尿や汗はメープルシロップのような特有の甘いにおいを発するようになる。