アミノ酸の代謝分解

[thumb|right|500px|'''[クエン酸回路**（TCA回路）。アミノ酸は分解されるとクエン酸回路上の各物質またはその前駆体になる。]]
**アミノ酸の代謝分解*'（アミノさんのたいしゃぶんかい）とは、[[タンパク質]]を構成する個々の[[アミノ酸]]が分解され、[[クエン酸回路]]のおのおのの物質に転換されるまでの[[代謝経路]]である。

アミノ酸は最終的に[[二酸化炭素]]と[[水]]に分解されるか、[[糖]]新生に使用される。[[動物]]の[[代謝]]では、アミノ酸からの[[エネルギー]]供給は全体の10 - 15%である。

== 生じる代謝中間体によるアミノ酸の分類 ==
アミノ酸は、[[ピルビン酸]]、[[2-オキソグルタル酸]]、[[スクシニルCoA]]、[[フマル酸]]、[[オキサロ酢酸]]、[[アセチルCoA]]、[[アセト酢酸]]の7物質のうちのどれかに分解され、これらのうちどれになるかで分類される。

[[糖新生]]の中間体である[[ピルビン酸]]、[[2-オキソグルタル酸]]、[[スクシニルCoA]]、[[フマル酸]]、[[オキサロ酢酸]]を生じるアミノ酸は[[糖原性アミノ酸]]である。[[アラニン]]、[[アルギニン]]、[[アスパラギン]]、[[セリン]]、[[アスパラギン酸]]、[[システイン]]、[[グルタミン]]、[[グルタミン酸]]、[[グリシン]]、[[プロリン]]、[[メチオニン]]、[[バリン]]、[[ヒスチジン]]が該当する。

[[ロイシン]]と[[リシン]]は炭素骨格の分解でアセチルCoAかアセト酢酸を生じるので[[ケト原性アミノ酸]]である。動物はアセチルCoA及びアセト酢酸から糖を合成することはできない。

[[イソロイシン]]、[[チロシン]]、[[トリプトファン]]、[[トレオニン]]、[[フェニルアラニン]]は糖とケトン体の両方に変わることができるため糖原性アミノ酸、ケト原性アミノ酸の両方を兼ねるアミノ酸である。

== アラニン、グリシン、システイン、セリン、トレオニン ==
アラニンとグリシン、システイン、セリン、そしてトレオニンはピルビン酸に分解される。なお、トリプトファンはアラニンにも分解するためここにも分類される。

セリンは、[[セリンデヒドラターゼ]]によって脱水し、ピルビン酸を与える。この酵素はPLP酵素（[[脱アミノ|脱アミノ反応]]を参照）であり、PLP[[シッフ塩基]]を形成してα[[水素]]を解離させ、さらにβ[[ヒドロキシ基]]を脱離する。ここで生じた生成物は[[アミノアクリル酸]]で、これは非酵素的にピルビン酸と[[アンモニア]]に[[加水分解]]する。

システインは様々な経路でピルビン酸に分解される。システインの[[チオール基]]は[[硫化水素]]、[[亜硫酸]]イオン、硫酸イオン、[[チオシアン酸]]イオンなどで放出される。

グリシンは[[セリンヒドロキシメチルトランスフェラーゼ]]でセリンに変えられる。この酵素の補因子として[[5,10-メチレンテトラヒドロ葉酸]]（5,10-メチレンTHF）が用いられる。



== アスパラギン、アスパラギン酸 ==
アスパラギン酸は[[トランスアミナーゼ]]でアミノ転移されてオキサロ酢酸を生じる。アスパラギンは[[アスパラギナーゼ]]で加水分解されてアスパラギン酸に変換されてから同様にオキサロ酢酸に分解される。


== アルギニン、グルタミン、グルタミン酸、ヒスチジン、プロリン ==
アルギニン、グルタミン、ヒスチジン、プロリンはグルタミン酸に分解され、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2-オキソグルタル酸に酸化される。

グルタミンは[[グルタミナーゼ]]で加水分解されてグルタミン酸へ変換される。

ヒスチジンは、非酸化的[[脱アミノ]]の後、[[イミダゾール環]]が開環して[[N-ホルムイミノグルタミン酸|*N*-ホルムイミノグルタミン酸]]を生じ、ホルムイミノ基が[[テトラヒドロ葉酸]]（THF）に転移してグルタミン酸と[[5-ホルムイミノテトラヒドロ葉酸]]（5-ホルムイミノTHF）に分解される。

アルギニンおよびプロリンは共に[[グルタミン酸 5-セミアルデヒド]]を経てグルタミン酸が生じる。


== メチオニン ==
メチオニンは始め、[[アデノシン三リン酸]](ATP)と反応して[[S-アデノシルメチオニン|*S*-アデノシルメチオニン]]（SAMもしくはAdoMet）に変わる。SAMは強いメチル基供与体であり、[[ホスファチジルエタノールアミン]]を[[ホスファチジルコリン]]にしたり、[[アドレナリン]]を[[ノルアドレナリン]]にしたりする。SAMは[[基質]]に[[メチル基]]を供与すると[[S-アデノシル-L-ホモシステイン|*S*-アデノシルホモシステイン]]となる。*S''-アデノシルホモシステインはアデノシンとホモシステインに加水分解され、そのうちホモシステインはメチル基が再生されてメチオニンに戻る経路とセリンと結合してシスタチオニンになる経路とに分かれる。

### メチオニン分解系の異常
ホモシステインの生成と分解のバランスが崩れることによって高ホモシステイン血症が起こる。高ホモシステイン血症は、出生時の乳児に新血管病、認識障害、神経管損傷（脊椎被裂と無脳症の原因）といった重大な疾患を引き起こさせる。高ホモシステイン血症は妊婦へのビタミンB6、B12、葉酸の摂取で予防することができる。

## 分枝鎖アミノ酸
### イソロイシンとバリン
イソロイシンとバリンの分解の始めの4ステップは共通の4酵素で反応する。

イソロイシン由来の3-ヒドロキシ-2-メチルブチリルCoAの分解経路ではプロピオニルCoAの他にアセチルCoAも生成する。

### ロイシン

### 分枝鎖アミノ酸分解系の異常
分枝α-ケト酸デヒドロゲナーゼ(BCKDH)が欠損することによってメープルシロップ尿症(英：Maple syrup urine disease,MSUD)が起こる。この名称は、酵素の欠損で過剰となった分枝α-ケト酸が尿に排出され、尿がメープルシロップのような芳香を呈することに由来する。メープルシロップ尿症は常染色体劣性遺伝病であり、生後すぐに治療しなければまもなく死に至る。

## リシン
リシンは、全部で11の反応でアセト酢酸とアセチルCoAに分解される。リシンには複数の代謝経路が存在するが、哺乳類の肝臓ではサッカロピンを中間体とした経路で行われる。全11の反応の内、反応4はPLP酵素による反応、反応5はα-ケト酸による酸化的脱炭酸、反応6,8,9はβ酸化、反応10,11はケトン体生成反応である。

### リシン分解系の異常
リシン分解系の最初の酵素が欠損してサッカロピンが合成されないと、高リシン血症、高リシン尿症となる。このため、哺乳類はサッカロピンを経る経路でリシンが分解されているということが解明された。

## トリプトファン
トリプトファンは16の反応でアラニンとアセト酢酸に分解する。1 - 5の反応はキヌレニン経路の一部分、10 - 16の反応はリシンの分解経路の5 - 11と同じである。また、反応5ではベンゼン環が開環する。

## フェニルアラニン、チロシン
フェニルアラニンはチロシンを経由してアセト酢酸とフマル酸に分解される。

### フェニルアラニン分解系の異常
フェニルアラニン分解系に異常があるとアルカプトン尿症またはフェニルケトン尿症(PKU)が発症する。アルカプトン尿症は、ホモゲンチジン酸1,2-ジオキシゲナーゼの欠損で引き起こされ、多量のホモゲンチジン酸が尿に混入する。ホモゲンチジン酸は空気酸化するため尿は黒色になる。一方、フェニルケトン尿症はフェニルアラニンが最初にヒドロキシル化されないことで起こる。これによって血中のフェニルアラニンの濃度が上昇し、フェニルアラニン血症を呈する。過剰となったフェニルアラニンは別の経路でフェニルピルビン酸に変換され、それが尿に排出される。

## 参考文献
* 『ヴォート生化学 第3版』　DONALDO VOET・JUDITH G.VOET 田宮信雄他訳　東京化学同人　2005.2.28

## 関連項目
*糖原性アミノ酸
*ケト原性アミノ酸
*グリシン開裂系