biochem 100615 最近の更新履歴 Dr Hishiki's classroom (日紫喜研究室)

全文

(1)

第9 回  アミ ノ 酸代謝( 1 )

日紫喜  光良

(2)

アミ ノ 酸、 ペプチド 、 タ ンパク 質

アミ

ンパク 質中に存在する2 種類のアミ

非タ ンパク 質性のアミ

ペプチド ンパク

アミ 結合( ペプチド 結合)

ジスルフ 結合

(3)

アミ ノ 酸の分類

脂肪族アミ

中性アミ

グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、ロイシン、セリン、レオニン、 アスパラギン、グルタミン

酸性アミ

アスパラギン酸、グルタン酸

塩基性アミ

シン、アルギニン

含硫アミ

システイン、チオニン

芳香族アミ

ニルアラ ニン、 チロシン

異環アミ

プト

スチジン

必須アミノ酸

(4)

L- アラ ニン (Ala, A)

CH3

H2N H

COOH

S 配置

L体

(5)

アスパラ ギン( Asn, N

COOH

H2N H

CH2-CO-NH2

(6)

システイ ン( Cys, C

COOH

H2N H

CH2-SH

S

(7)

グルタ ミ ン( Gln, Q

COOH

H2N H

CH2-CH2-CO-NH2

(8)

グリ シン( Gly, G

NH2-CH2-COOH

(9)

イ ソ ロイ シン( Ile, I

COOH

H2N H

CH

CH3 CH2-CH3

必須アミ ノ 酸

(10)

ロイ シン( Leu, L

COOH

H2N H

CH2-CH-(CH3)2

(11)

メ チオニン( Met, M

S

CHO

H2N H

CH2-S-CH3

(12)

フ ェ ニルアラ ニン( Phe, F

COOH

H2N H

CH2

必須アミ ノ 酸

(13)

プロリ ン( Pro, P

COOH

H HN

CH2-CH2-CH2

(14)

セリ ン( Ser, S

COOH

CH2-OH

H2N H

(15)

ト レオニン( Thr, T

COOH

H2N H

OH H

CH3

必須アミ ノ 酸

(16)

ト リ プト フ ァ ン( Trp, W

H2N

COOH

H

CH2

N

必須アミ ノ 酸

(17)

チロシン( Tyr, Y

COOH

H2N H

CH2

OH

(18)

バリ ン( Val, V

COOH

H2N H

CH(CH3)2

必須アミ ノ 酸

分岐鎖アミノ酸

(19)

アスパラ ギン酸( Asp, D

COOH

H2N H

CH2-COOH

酸性アミ ノ 酸

(20)

グルタ ミ ン酸( Glu, E

H2N H

COOH

CH2-CH2-OH

酸性アミ ノ 酸

(21)

アルギニン( Arg, R

COOH

H2N H

CH2-CH2-CH2-NH-CNH-NH2

塩基性アミ ノ 酸

(22)

ヒ スチジン( His, H

COOH

H2N H

CH2

N N

H

塩基性アミ ノ 酸

(23)

リ シン( Lys, K

COOH

H2N H

CH2-CH2-CH2-NH2

塩基性アミ ノ 酸

(24)

非タ ンパク 質性のアミ ノ 酸の例

γ - アミ ノ 酪酸( G A B A )

(25)

ペプチド の形成: アミ ド 結合

カルボキシル基

アミノ基

N末端:結合していないアミ

C

(26)

ペプチド ( タ ンパク 質) の表記

バリン

イソロイシン

グリシン アルギニン プロリン アルギニン

ヒスチジン グルタミン グリシン

(カツオ節ペプチド) N末端

C末端

IVGRPRHQG

(27)

アミ ノ 酸配列の検索方法( 例)

タンパク質の名前(の一部)

NCBI Entrez

(http://www.nncbi.nlm.nih.gov/) Geneを検索

疾患の名前(の一部)

NCBI EnrezからOMIMを検索

遺伝子を特定

Allelic Variantsを特定 遺伝子の情報

EMBL Ensembleデータ ベースへのリンクをたど り、Transcriptを特定

(28)

ペプチド 鎖どう し の固定: ジスルフ ィ ド 結合

イ ンスリ ン

システイ ンの -SH どう し がジスルフ ィ ド 結合

ペプチド鎖内:ループを形成 ペプチド鎖間:互いに固定

B19番のシステイ

A鎖:21残基

(29)

アミ ノ 酸代謝( 1 ) : 概要

窒素の処理

アミ 酸代謝

(30)

アミ ノ 酸代謝の特徴

蓄積できない

必要以上のアミ 酸は分解・ 排出さ れる。

• 発生するアンモニアの処理が問題

尿素と て排出

(31)

体を構成するたんぱく 質の量

の男性でおよそ1

アミ 酸プール」 への主要な供給源

日におよそ4 のタ ンパク が分解さ れ、

じ 量が合成さ れている

アミ 酸プールは定常状態にある

(32)

アミ ノ 酸プールと アミ ノ 酸回転

アミ ノ 酸プール

体のタ ンパク 質

体のタ ンパク 質

400g/

400g/

食餌から の

タ ンパク 質

平均 100g/

0600g/日)

非必須アミ ノ

酸の合成

変動する

含窒素物質の合成

30g/

ポルフィリン、クレアチン、 神経伝達物質、プリン、ピリ ミジン、その他

変動する

グルコース、グリコーゲン

体重 70kg の男性で

およそ 12kg

90-100g

(33)

ユビキチン・ プロテアソ ームによるタ ンパク 質の分解

分解されるタン パクにユビキチ ンが結合

ユビキチンが結合したタ ンパク質をプロテアソー ムが認識して分解する

ユビキチン

プロテアソーム ユビキチン

図19.3

(34)

食餌から のタ ンパク 質の消化

膵臓

小腸 肝

ペプシン

ト リ プシン

キモト リ プシン

エラ スタ ーゼ

カルボキシペプチダーゼ

アミノペプチダーゼ

ジまたはトリペプチダーゼf

(35)

小腸のタ ンパク 質分解酵素

トリプシン

エンド ペプチダーゼ

キモトリプシン エラスターゼ

カルボキシペプチダーゼA

ト リ プシン ト リ プシン

ト リ プシン

図19.5

(36)

タ ンパク 質消化不全をおこ す疾患

慢性膵炎

嚢胞性線維症

(37)

小腸から のアミ ノ 酸と ペプチド の吸収

アミ ペプチダーゼ

アミ 酸だけでなく ジペプチド またはト ペプ

チド も

門脈を通っ て肝臓へ運ばれる

分岐鎖アミ 酸は肝臓で処理さ れないで、

のまま血流にのっ て全身に運ばれる

(38)

細胞内へのアミ ノ 酸の取り 込み

血液中のアミ 酸濃度は細胞内より かなり

低い。

細胞膜にはアミ 酸輸送システムがある。

それら に欠陥があると 小腸なら びに腎臓での

アミ ノ 酸吸収障害がおこ る

(39)

シスチン尿症

アミ ノ 酸輸送システムのあるも のは、 シスチ

ンなら びに2 塩基アミ ノ 酸( リ シン、 オルニチ

ン、 アルギニン) を輸送する。

こ のシステムの障害によっ て、 近位尿細

管でのシスチン、 オルニチン、 アルギニン、

リ シンの再吸収ができなく なる。

シスチンから 成る尿結石が尿管にで

きるこ と になる

(40)

アミ ノ 酸の代謝のためには

α - アミ 基の窒素を取り 除く が必要

取り 除かれた窒素は

他の化合物に取り 込まれて利用さ れる

排出さ れる

残っ た炭素骨格は、 代謝をう ける

アミ 基転移反応

酸化的脱アミ 基反応→アンモニアと アスパラ ギン

酸を生成

(41)

アミ ノ 基転移反応

α ーケト グルタ ル酸

グルタ ミ ン酸

α -アミノ酸

α - ケト 酸

アミ ノ ト ラ ンスフ ェ ラ ーゼ

アミノ基のドナー アミ基のアクセプタ

(42)

アミ ノ 基ド ナーに対する酵素の特異性

A: アラ ニンアミ ンスフ ーゼ( ALT)

GPT いう

B: アスパラ ギン酸アミ ンスフ ーゼ (AST)

GOT いう

オキサロ酢酸 アラニン

ピルビン酸

アラニンは、アミノ基が外れてピルビン酸になる

アスパラギン酸は、アミノ基が外れてオキサロ 酢酸になる

図19.8

グルタミン酸

グルタミン酸

-

α -ケトグルタル酸

(43)

アミ ノ 基転移酵素に対する

ピリ ド キサルリ ン酸の役割

ピリ ド キサルリ ン酸 (PPT) は、 ビタ ミ ン B6 から

生成さ れる。

PPT

グルタミン酸のアミノ基は、PPTに転移される。 PPTはピリキサミンリン酸になる。グルタン酸 はα -ケトグルタル酸になる

ピリドキサミンリン酸からアミノ基がオキサロ酢酸に 移され、アスパラギン酸ができる

図はASTの場合。

アミノトランスフェラーゼはPPTを必要とする。 図19.9

(44)

肝障害と 血中アミ ノ 基転移酵素活性

アミ ノ 基転移酵素の多く は肝細胞の

中に存在する。

細胞が傷害をう けると 、 肝細胞中の

アミ ノ 基転移酵素が血中に放出さ れ

る。

肝臓特異性は ALT(GPT) のほう が高

い。

感度と し ては、 AST(GOT) のほう が

高い( 細胞中の量が多いので) 。

ALT

ビリ ルビン

(45)

酸化的脱アミ ノ 反応

主に肝臓と 腎臓で起きる。

グルタ ン酸から アミ 基を外す。

アミ 基の窒素はアンモニアになる。

• アンモニアは肝臓で尿素を生成する原料になる

炭素骨格はα - ケト グルタ ル酸になる

グルタ ン酸デヒ ロゲナーゼがおこ なう

(46)

グルタ ミ ン酸デヒ ド ロゲナーゼ

グルタミン酸

α -ケトグルタル酸 グルタミン酸デヒドロゲナーゼを介して、NAD+は還元

(NADHになる)れ、アンモニアNH3をグルタン酸から 放出される。

NADPH

「酸化的脱アミノ化」

図19.11

(47)

グルタ ミ ン酸デヒ ド ロゲナーゼの調節

基質・ 生成物の濃度関係による

ンパク 質を含む食餌を摂取し たあと は、 肝臓で

のグルタ ミ ン酸の濃度が高いので、 アミ ノ 基を外

す方向にすすむ

アロステリ 調節

– GPT はグルタ ン酸デヒ ロゲナーゼに結合し

反応を阻害し 、 ADP は結合し て反応を促進する

• 細胞中のエネルギーレベルが低いと きは、 アミ ノ 酸を

こ わし て代謝経路に投入するこ と を促進する。

(48)

各組織から 肝臓へのアンモニアの輸送 (1)

グルタ ミ ン酸と アンモニアを反応さ せ、 グルタ ミ ンにし て

血中に放出( 多く の細胞で)

ATP + NH3

ADP + Pi

グルタ ミ ン酸

グルタ ミ ン

グルタ ミ ンシンタ ーゼ

血中へ

肝臓では、 グルタ ミ ナーゼ

でグルタ ミ ンから アンモニア

血液から肝細胞へ

H

2

O

NH

3

グルタ ミ ン

グルタ ミ ン酸

グルタ ミ ナーゼ

血中グル

タミン

(49)

肝臓へのアンモニアの輸送 (2)

筋では、 グルタ ミ ン酸デヒ ド ロゲナーゼでアンモニアと α - ケト グ

ルタ ル酸から グルタ ミ ン酸を作り 、 さ ら にアラ ニンアミ ノ ト ラ ンス

フ ェ ラ ーゼでピルビン酸と 反応さ せてアラ ニンをつく る

α - ケト グルタ ル酸+アンモニア

グルタ ミ ン酸

グルタ ミ ン酸デ

ヒ ド ロゲナーゼ

ピルビン酸

アラ ニンアミ ノ ト ラ ンスフ ェ

ラ ーゼ

グルコース 解糖

(図19.13より)

(50)

アラ ニンから の糖新生

血液

肝臓では、 アラ ニンアミ ノ ト ラ ンスフ ェ ラ ーゼによっ て、 アラ

ニンと α - ケト グルタ ル酸から グルタ ミ ン酸と ピルビン酸をつ

く る。 ピルビン酸は糖新生によっ てグルコ ースになり 、 血液

に放出さ れ、 筋肉で利用さ れる。 グルタ ミ ン酸はグルタ ミ ン

酸デヒ ド ロゲナーゼによっ てα - ケト グルタ ル酸と アンモニア

を生じ る。

アラ ニン α - ケト グルタ ル酸

ピルビン酸 グルタ ン酸 アンモニア

グルコ ース

糖新生

アラ ニンアミ ノ ト ラ

ンスフ ェ ラ ーゼ

グルタ ミ ン酸デヒ

ド ロゲナーゼ

筋で利用 筋から

(図19.13より)

(51)

尿素回路

(52)

オルニチン

シト ルリ ン

ミ ト コ ンド リ ア

カ ルバモイ

ルリ ン酸

NH3

CO2

2 ATP

+

+

Pi

カルバモイ

ルリ ン酸シ

ンテタ ーゼ

I

オルニチント

ラ ンスカルバ

モイラ ーゼ

シトルリン

アスパラギン酸 アルギノコハク酸

アルギニン

オルニチン フマル酸

リンゴ酸

オキサロ酢酸

-

ATP利用)

アルギナーゼ

肝だけがもつ 細胞質

尿素

H2O

アルギノ コ ハク 酸リ アーゼ

アルギノ コ ハク 酸シンタ ーゼ

(53)

尿素回路の反応

ルバモイ ルリ ン酸生成

ルバモイ ルリ ン酸シンテタ ーゼI

−アセチルグルタ ン酸を要する

シト ルリ ン生成

オルニチン+カ ルバモイ ルリ ン酸

アルギノ ハク 酸合成

シト ルリ ン+アスパラ ギン酸

アルギノ ハク 酸の分解

アルギニンと マル酸

アルギニンの分解によるオルニチンと 尿素の生

(54)

尿素回路の物質収支

アスパラ ギン酸 + NH3 + CO2 + 3ATP → 

尿素 + フ マル酸 + 2ADP + AMP + 2Pi +

PPi + 3H2O

(55)

アミ ノ 酸から 尿素までの窒素の流れ

アミノ酸

α -ケト酸

α -ケトグルタル酸 グルタミン酸

NAD+

NADH +

NH3

カルバモイル CO2

オルニチン

シトルリン アルギノコハク

アルギニン フマル酸

グルタミン酸

α -ケト酸

アスパラ ギン酸

オキサロ酢酸

尿素

(56)

尿素回路の調節

N-アセチルグルタン酸 酢酸

グルタミン酸

アセチルCoA

アルギニン

図19.16

グルタ ミ ン酸から 生成さ れる N- アセチルグルタ ミ ン酸が、

カ ルバモイ ルリ ン酸シンテタ ーゼ I を活性化。

タンパク質を多く含む食事 は、グルタミン酸もアルギ ニンも供給するので、尿素 合成速度が上昇。

(57)

アンモニアの発生源( 1 )

アミ 酸から

アミ ンスフ ーゼと グルタ ン酸デヒ ロゲナーゼに

よっ て

主に肝臓で

グルタ ンから

グルタ ナーゼと グルタ ン酸デヒ ロゲナーゼによっ

主に腎臓で

生成し たアンモニアは NH4+ て尿に分泌→酸・ 塩基

(58)

アンモニアの発生源( 2 )

腸内細菌の作用

アミ ンの分解

プリ ン・ ピリ ジンの分解

(59)

組織で発生し たアンモニアの輸送

尿素と

グルタ ンと

グルタ ンシンテタ ーゼ

肝、 筋、 神経

グルタ ミ

ンシンテ

タ ーゼ

グルタミン酸

ATP + ンモニア

(60)

アンモニア代謝まと め :(1) アンモニアの発生

食餌

体のタ ンパク 質

アミ ノ 酸

α - ケト 酸

α - ケト グルタ ル酸

グルタ ミ ン酸 NAD(P)+

NAD(P)H

アミ ノ ト ラ ンス

フ ェ ラ ーゼ

グルタ ミ ン酸デヒ

ド ロゲナーゼ

NH

3

NH

3

グルタ ン酸 NH

3

グルタ ミ ンシ

ンテタ ーゼ

グルタ ミ ナーゼ

ATP

図19.19より

(61)

アンモニア代謝まと め :(2) グルタ ミ ンの生成

ADP + Pi

NH

3

グルタ ミ ン

グルタ ミ ン酸 NH

3

H

2

O

グルタ ミ ンシ

ンテタ ーゼ

グルタ ミ ナーゼ

ATP

他の窒素含有化合物の合成

血液中に放出

(62)

アンモニア代謝まと め :(3) 尿素回路( 肝)

NADH +

NH3

カルバモイル リン酸

CO2 オルニチン

シトルリン アルギノコハク

アルギニン フマル酸

アスパラ ギン酸

尿素

他の組織で発生し、処理されたアンモニア

グルタ ミ ン酸 + オキサロ酢酸

(63)

高アンモニア血症

正常では、 血中のアンモニアは 5-10 μ mol/L

わめて低濃度

• 高アンモニア血症→意識障害、 死亡

後天的

肝不全

急性: ウイ ルス性肝炎、 肝動脈の梗塞、 肝毒性物質

慢性: 門脈シャ ント の形成←慢性肝炎、 肝硬変、 胆道閉塞

門脈血が肝臓を通らず静脈に流れる

先天的

オルニチント ンスカ ルバモイ ーゼ欠損症など

知的発達障害

ンパク 質の摂取制限

アミ 基と 共有結合する物質の投与

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参照