アミノ酸

アミノ酸とは、広義には、アミノ基とカルボキシ基の両方の官能基を持つ有機化合物の総称である。一方、狭義には、生体のタンパク質の構成ユニットとなる「α-アミノ酸」を指す。分子生物学など、生体分子をあつかう生命科学分野においては、遺伝暗号表に含まれるプロリンを、便宜上アミノ酸に含めることが多い。

天然には約500種類ほどのアミノ酸が見つかっているが、宇宙由来のものとしても1969年に見つかったマーチソン隕石からグリシン、アラニン、グルタミン酸、β-アラニンが確認されている。全アミノ酸のうち22種がタンパク質の構成要素であり、真核生物では21種から、ヒトでは20種から構成される。動物が体内で合成できないアミノ酸を、その種にとっての必須アミノ酸と呼び、動物種によって異なるが、ヒトでは9種類のアミノ酸は食事により摂取しなければならない。

必須でないアミノ酸も、摂取バランスによっては代謝異常や欠乏を起こすことがある。非天然のアミノ酸はキラルビルディングブロック、複雑な分子の構造解析、分子スキャフォールド、さらには人工タンパク質の合成などにも利用されている。

有毒な種類のアミノ酸もあり、例えば毒キノコに含まれている場合がある。毒性のあるアミノ酸の場合、神経毒としての作用を発揮する。

必須アミノ酸とタンパク質が密接に関わっているため、便宜的にアミノ酸を三大栄養素のタンパク質の代わりとすることもある。

1. 構造
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α-アミノ酸とは、カルボキシ基が結合している炭素にアミノ基も結合しているアミノ酸であり、RCHCOOH という構造を持つ。Rが水素  であるグリシン以外のα-アミノ酸では、α炭素へのアミノ基やカルボキシ基などの結合様式が立体的に2通り可能で、それぞれ、D型、L型の光学異性体として区別される。生体のタンパク質はα-アミノ酸のポリマーであるが、基本的にL型のものだけが構成成分となっている。D型は天然では細菌の細胞壁の構成成分や老化組織、ある種の神経細胞などに存在が見出されている。生体のタンパク質はほとんどの場合、Rで表記した側鎖の違いによる20種類のアミノ酸からなる。個々のアミノ酸はこの側鎖の性質によって、親水性・疎水性、塩基性・酸性などの性質が異なる。

2. 分類
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側鎖による分類分枝鎖アミノ酸、芳香族アミノ酸、含硫アミノ酸代謝物による分類糖原性アミノ酸、ケト原性アミノ酸アミノ基の位置による分類α-アミノ酸 例：アラニンβ-アミノ酸 例：β-アラニンγ-アミノ酸 例：γ-アミノ酪酸δ-アミノ酸 例：[1]光学異性による分類D-アミノ酸、L-アミノ酸栄養学上の分類2005年米国医学研究所発行の書籍によれば以下のように分類している。 必須アミノ酸ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、フェニルアラニン、トレオニン、トリプトファン、バリン条件付き必須アミノ酸体内の代謝だけでは必要量を十分には賄えないことがあるアミノ酸。アルギニン、システイン、グルタミン、グリシン、プロリン、チロシン非必須アミノ酸アラニン、アスパラギン酸、アスパラギン、グルタミン酸、セリン

3. タンパク質を構成するもの
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一部の特殊なものを除き、ヒトのタンパク質は5種類の元素  から構成される20種類のアミノ酸が結合して作られている。これらのアミノ酸にはそれぞれ一文字表記、または三文字表記のアルファベットからなる略号が付与されており、一次構造の記述に使用される。

それぞれのアミノ酸は、構造によって異なる酸・塩基性を持つ。構造内に2つのカルボキシル基を持つアミノ酸は酸性を、2つ以上のアミノ基を持つアミノ酸は塩基性を、その他のアミノ酸はほぼ中性を示す。また、それぞれのアミノ酸は等電点が実験的に決定されており、電気泳動などの分離時に意味を持つ。

中性アミノ酸は、カルボキシル基およびアミノ基以外に持つ特徴的な基によって、幾つかに分類される。主に、アルキル鎖を持つグリシン・アラニン・バリン・ロイシン・イソロイシン、ヒドロキシ基を持つセリン・トレオニン、硫黄を含むシステイン・メチオニン、アミド基を持つアスパラギン・グルタミン、イミノ基を持つプロリン、芳香族基を持つフェニルアラニン・チロシン・トリプトファンに分類され、タンパク質の持つ疎水性や立体配座はこれらの分類を考慮しながら考察される。

上に挙げた20種類のアミノ酸は、タンパク質合成時に遺伝情報に基づいて連結される。多くのタンパク質は上記の20種類のアミノ酸残基からなるが、ある種のタンパク質にはセレノシステイン残基、N-ホルミルメチオニン残基、ピロリシン残基、ピログルタミン酸残基などの特殊なものも含まれる。

上記のほかにタンパク質合成後に修飾を受けるアミノ酸残基も存在する。例えば以下のようなものである。

シスチン — システイン2分子が酸化されて生成する。
ヒドロキシプロリン、ヒドロキシリシン — ゼラチン、コラーゲンに含まれる。
チロキシン — 甲状腺タンパク質に含まれる。
//O//-ホスホセリン — カゼインなど、多くのリンタンパク質に含まれる。
デスモシン — エラスチンやコラーゲンに含まれる。タンパク質に含まれないアミノ酸として、以下のようなものも存在する。

β-アラニン — 筋肉中に存在する。
サルコシン — ある種の抗生物質に含まれる。//N//-メチルグリシンに相当する。
オルニチン — 尿素回路の中間体。
シトルリン — 尿素回路の中間体。
γ-アミノ酪酸 — 神経伝達物質。GABA とも呼ばれる。
オパイン — アグロバクテリウムのエネルギー源に利用される。
トリメチルグリシン —

4. その他のもの
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天然に産する広義のアミノ酸の中には、旨み成分や、薬物として作用するもの、そして毒となるものがある。

テアニン — 茶の旨み成分。
トリコロミン酸 — ハエトリシメジの旨み成分。
カイニン酸 — 海人草の薬用成分。
ドウモイ酸 — 記憶喪失性貝毒の毒成分。
イボテン酸 — テングタケなどの毒成分。
アクロメリン酸 — ドクササコの毒成分。

5. 合成
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5.1. ユーリー・ミラーの実験
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1953年、シカゴ大学のハロルド・ユーリーとスタンリー・ミラーは、アンモニア・メタン・水素の混合ガスと水の入った容器に電気火花を飛ばす実験を行い、グリシン・アラニン・アスパラギン酸などの各種アミノ酸が生成することを発見した。原始地球において、生命の素材となったアミノ酸が生成した過程の可能性を示した、有名な実験である。

5.2. 現代の実用的アミノ酸合成
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いわゆる異常アミノ酸の中にも重要な生理活性を持つものは数多く存在し、また医薬にもD体または非天然型のアミノ酸は数多く使われている。このためアミノ酸の合成は需要が高く、種々の方法が提案されている。

古くから用いられているアミノ酸の合成法としてストレッカー反応がある。アルデヒドとアンモニア・シアン化水素の3成分縮合によってα-アミノニトリルを合成し、この加水分解によりアミノ酸を得るというものである。

他にα-ハロカルボン酸とアミンの反応、グリシンのα位のアルキル化などによる方法も知られている。不斉合成に関しても様々な手法が提案されている。

工業的には、微生物を用いたアミノ酸発酵によって大量に合成されている。人工的に突然変異させた微生物株を、炭素源となる糖類や窒素源となる硫酸アンモニウムと共に培養することで、安価に目的のアミノ酸が合成できる。

6. 摂取状況
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米国米国医学研究所の書籍では以下のようになっている。



7. サプリメント
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近年はアミノ酸を含有するサプリメントが日本の消費者に一種の健康ブームを引き起こしており、健康食品、飲料メーカーなどが盛んに新製品を出している。しかし、そのアミノ酸の成分のバランスが人間に必要な量通りに研究され、配合されているかは不明確である。

8. 脚注
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9. 関連項目
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必須アミノ酸
アミノ酸の代謝分解
ニンヒドリン反応
コドン
ペプチド結合
スティックランド反応
メイラード反応