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

第９ 回  アミ ノ 酸代謝（ １ ）

日紫喜  光良

アミ ノ 酸、 ペプチド 、 タ ンパク 質

• ^{アミ ノ 酸}

– ^{タ ンパク 質中に存在する２ ０ 種類のアミ ノ 酸}

– ^{非タ ンパク 質性のアミ ノ 酸}

• ^{ペプチド と タ ンパク 質}

– ^{アミ ド 結合（ ペプチド 結合）}

– ^{ジスルフ ィ ド 結合}

アミ ノ 酸の分類

• ^{脂肪族アミ ノ 酸}

– ^{中性アミ ノ 酸}

• ^{グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、セリン、トレオニン、} アスパラギン、グルタミン

– ^{酸性アミ ノ 酸}

• ^{アスパラギン酸、グルタミン酸}

– ^{塩基性アミ ノ 酸}

• ^{リシン、アルギニン}

– ^{含硫アミ ノ 酸}

• ^{システイン、メチオニン}

• ^{芳香族アミ ノ 酸}

– ^{フ ェ ニルアラ ニン、 チロシン}

• ^{異環アミ ノ 酸}

– ^{ト リ プト フ ァ ン}

– ^{ヒ スチジン}

–

必須アミノ酸

L- ^{アラ ニン} (Ala, A)

CH3

H2N _H

COOH

S ^配置

Ｌ体

アスパラ ギン（ _{Asn, N} ）

COOH

H2N ^H

CH2-CO-NH2

システイ ン（ _{Cys, C} ）

COOH

H2N H

CH2-SH

S

グルタ ミ ン（ _{Gln, Q} ）

COOH

H2N _H

CH2-CH2-CO-NH2

グリ シン（ _{Gly, G} ）

NH2-CH2-COOH

イ ソ ロイ シン（ _{Ile, I} ）

COOH

H2N H

CH

CH3 ^CH2-CH3

必須アミ ノ 酸

ロイ シン（ _{Leu, L} ）

COOH

H2N H

CH2-CH-(CH3)2

メ チオニン（ _{Met, M} ）

S

CHO

H₂N ^H

CH₂-S-CH₃

フ ェ ニルアラ ニン（ _{Phe, F} ）

COOH

H2N _H

CH2

必須アミ ノ 酸

プロリ ン（ _{Pro, P} ）

COOH

H HN

CH2-CH2-CH2

セリ ン（ _{Ser, S} ）

COOH

CH2-OH

H2N ^H

ト レオニン（ _{Thr, T} ）

COOH

H2N ^H

OH H

CH3

必須アミ ノ 酸

ト リ プト フ ァ ン（ _{Trp, W} ）

H2N

COOH

H

CH2

N

必須アミ ノ 酸

チロシン（ _{Tyr, Y} ）

COOH

H2N H

CH2

OH

バリ ン（ _{Val, V} ）

COOH

H2N H

CH(CH3)2

必須アミ ノ 酸

分岐鎖アミノ酸

アスパラ ギン酸（ _{Asp, D} ）

COOH

H2N H

CH2-COOH

酸性アミ ノ 酸

グルタ ミ ン酸（ _{Glu, E} ）

H2N H

COOH

CH2-CH2-OH

酸性アミ ノ 酸

アルギニン（ _{Arg, R} ）

COOH

H2N H

CH2-CH2-CH2-NH-CNH-NH2

塩基性アミ ノ 酸

ヒ スチジン（ _{His, H} ）

COOH

H2N H

CH2

N N

H

塩基性アミ ノ 酸

リ シン（ _{Lys, K} ）

COOH

H2N _H

CH2-CH2-CH2-NH2

塩基性アミ ノ 酸

非タ ンパク 質性のアミ ノ 酸の例

γ _- アミ ノ 酪酸（ Ｇ Ａ Ｂ Ａ ）

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ノ基}

C

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

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

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

B^鎖19^{番のシステイン}

Ａ鎖：₂₁残基

アミ ノ 酸代謝（ １ ） ： 概要

• ^{窒素の処理}

• ^{アミ ノ 酸代謝}

アミ ノ 酸代謝の特徴

• ^{蓄積できない}

• ^{必要以上のアミ ノ 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 し て排出}

体を構成するたんぱく 質の量

• ^{７ ０ ｋ ｇ の男性でおよそ１ ２ ｋ ｇ}

• ^{「 アミ ノ 酸プール」 への主要な供給源}

• ^{１ 日におよそ４ ０ ０ ｇ のタ ンパク が分解さ れ、 同}

じ 量が合成さ れている

– ^{アミ ノ} 酸プールは定常状態にある

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/ ^日

400g/ ^日

食餌から の

タ ンパク 質

平均 _100g/ 日

（₀∼_600g/日）

非必須アミ ノ

酸の合成

変動する

含窒素物質の合成

∼ _30g/ 日

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

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

食餌から のタ ンパク 質の消化

胃

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

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

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}

小腸から のアミ ノ 酸と ペプチド の吸収

• ^{アミ ノ ペプチダーゼ}

• ^{アミ ノ 酸だけでなく 、 ジペプチド またはト リ ペプ}

チド も

• ^{門脈を通っ て肝臓へ運ばれる}

• ^{分岐鎖アミ ノ 酸は肝臓で処理さ れないで、 そ}

のまま血流にのっ て全身に運ばれる

細胞内へのアミ ノ 酸の取り 込み

• ^{血液中のアミ ノ 酸濃度は細胞内より も かなり}

低い。

• ^{細胞膜にはアミ ノ} 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

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

アミ ノ 酸の代謝のためには

• ^α - ^{アミ ノ 基の窒素を取り 除く こ と 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 ノ 基転移反応}

• ^{酸化的脱アミ ノ 基反応→アンモニアと アスパラ ギン}

酸を生成

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 ^{アミノ基のアクセプター}

アミ ノ 基ド ナーに対する酵素の特異性

A: ^{アラ ニンアミ ノ ト ラ ンスフ ェ ラ ーゼ（} ALT)

GPT ^{と も いう}

B: ^{アスパラ ギン酸アミ ノ ト ラ ンスフ ェ ラ ーゼ} (AST)

GOT ^{と も 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

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^{はピリドキサミンリン酸になる。グルタミン酸} 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

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

酸化的脱アミ ノ 反応

• ^{主に肝臓と 腎臓で起きる。}

• ^{グルタ ミ ン酸から アミ ノ 基を外す。}

– ^{アミ ノ} 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 ミ ン酸デヒ ド ロゲナーゼがおこ なう}

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)^{され、アンモニア}NH3^{をグルタミン酸から} 放出される。

NADPH

「酸化的脱アミノ化」

図１９．１１

グルタ ミ ン酸デヒ ド ロゲナーゼの調節

• ^{１ ． 基質・} 生成物の濃度関係による

– ^{タ 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

• ^{２ ． アロステリ ッ ク 調節}

– GPT ^{はグルタ ミ ン酸デヒ ド ロゲナーゼに結合し て}

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。

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

O

NH

グルタ ミ ン

グルタ ミ ン酸

グルタ ミ ナーゼ

タミン

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）

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 ミ 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）

尿素回路

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

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

尿素回路の反応

• ^{１ ． カ ルバモイ ルリ ン酸生成}

– ^{カ ルバモイ ルリ ン酸シンテタ ーゼＩ}

– ^{Ｎ −アセチルグルタ ミ ン酸を要する}

• ^{２ ． シト ルリ ン生成}

– ^{オルニチン＋カ ルバモイ ルリ ン酸}

• ^{３ ． アルギノ コ ハク 酸合成}

– ^{シト ルリ ン＋アスパラ ギン酸}

• ^{４ ． アルギノ コ ハク 酸の分解}

– ^{アルギニンと フ マル酸}

• ^{５ ．} アルギニンの分解によるオルニチンと 尿素の生

成

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

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

酸

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

尿素回路の調節

N-^{アセチルグルタミン酸} 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。

アンモニアの発生源（ １ ）

• ^{アミ ノ 酸から}

– ^{アミ ノ ト ラ ンスフ ェ ラ ーゼと グルタ ミ ン酸デヒ ド ロゲナーゼに}

よっ て

– ^{主に肝臓で}

• ^{グルタ ミ ンから}

– ^{グルタ ミ ナーゼと グルタ ミ ン酸デヒ ド ロゲナーゼによっ て}

– ^{主に腎臓で}

– ^{生成し たアンモニアは} NH4+ ^{と し て尿に分泌→酸・ 塩基}

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 ミ ジンの分解}

組織で発生し たアンモニアの輸送

• ^{尿素と し て}

• ^{グルタ ミ ンと し て}

– ^{グルタ ミ 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 + ^ア ンモニア

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

NH

^{グルタ ミ ン酸} _NH

3

グルタ ミ ンシ

ンテタ ーゼ

グルタ ミ ナーゼ

ATP

アンモニア代謝まと め _{:   (2)} グルタ ミ ンの生成

ADP + Pi

NH

グルタ ミ ン

グルタ ミ ン酸 _NH

3

H

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

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

酸

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

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 ^{と 、 き}

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 ラ ンスカ ルバモイ ラ ーゼ欠損症など}

– ^{知的発達障害}

– ^{タ ンパク 質の摂取制限}

– ^{アミ ノ 基と} 共有結合する物質の投与

•