タンパク質とアミノ酸の代謝
タンパク質とアミノ酸の代謝は、20種類のタンパク質構成アミノ酸がどのように生成され、タンパク質に結合され、分解され、そしてそれらが運ぶ窒素がどのように処理されるかを司る代謝の分野である。これは、タンパク質合成の遺伝的指示を細胞のエネルギー経済および体内の窒素性老廃物の処理に結びつける。
Definition
タンパク質とアミノ酸の代謝は、アミノ酸とタンパク質の合成、アミノ酸の分解とアミノ窒素の転移および処理、そしてこれらの経路とエネルギー代謝および窒素排泄との統合から構成される。
Scope
この分野では、アミノ酸とそれらから構築されるタンパク質を扱う主要なプロセス、すなわち、それらの異化作用とアミノ基の転移、非必須アミノ酸の合成、翻訳におけるポリペプチドの集合、過剰な窒素の尿素への変換、および窒素とアンモニアの広範な処理について読者に概説する。これらは、臨床的ガイダンスではなく、参照生化学として扱われる。
Sub-topics
Core questions
- アミノ酸はどのように合成されるのか、また食事から摂取しなければならないものはどれか？
- アミノ酸のアミノ基が除去された後、その炭素骨格はエネルギーまたは生合成のためにどのように回収されるのか？
- 遺伝暗号はどのようにして特定のアミノ酸配列に翻訳されるのか？
- アミノ酸分解から放出される窒素は、どのようにして無毒で排泄可能な形に変換されるのか？
Key concepts
- 必須アミノ酸と非必須アミノ酸
- アミノ基転移反応と酸化的脱アミノ反応
- 遺伝暗号と翻訳
- 窒素平衡
- 尿素サイクル
- 糖原性アミノ酸とケトン原性アミノ酸
Mechanisms
アミノ酸は代謝の岐路に位置する。そのアミノ基は、主にアミノ基転移反応を介して、グルタミン酸などのいくつかのキャリアに集められ、そこから窒素はアンモニアとして放出され、哺乳類では排泄のために尿素に変換される。その炭素骨格は、グルコース前駆体（糖原性）またはアセチルCoAおよびケトン体前駆体（ケトン原性）として中心的な経路に供給される。反対に、非必須アミノ酸はこれらの同じ中間体から構築され、20種類すべてが転移RNAにチャージされ、翻訳中にメッセンジャーRNAテンプレートから読み取られてタンパク質を形成する。
Clinical relevance
これらの経路を理解することは、臨床医が窒素処理障害やアミノ酸代謝の先天性代謝異常をどのように解釈し、栄養とタンパク質ターンオーバーがどのように評価されるかの基礎となる。この項目は、経路がどのように機能するかを記述する参照概説であり、個々の診断や治療の決定の根拠となるものではない。
Evidence & guidelines
ここに要約されている生化学は、標準的な参考書やレビューで確立された教科書的知識である。尿素サイクル障害など、これらの経路が臨床診療と交差する箇所については、専門家によるコンセンサスガイドラインが存在し、ここでは扱わず、関連するトピック項目で記述されている。
History
この分野は、19世紀から20世紀にかけての窒素排泄とタンパク質化学の研究から発展した。1932年のハンス・クレブスとクルト・ヘンゼライトによる尿素サイクルの記述は、最初の代謝サイクルと窒素処理の枠組みを提供した。1960年代の遺伝暗号の解読は、アミノ酸配列と核酸テンプレートを結びつけ、数十年にわたる酵素学は個々のアミノ酸の合成と分解を解明した。
Key figures
- Hans Krebs
- Kurt Henseleit
- Marshall Nirenberg
Related topics
Seminal works
- wu-2009
- rennie-tipton-2000
Frequently asked questions
- 必須アミノ酸と非必須アミノ酸の違いは何ですか？
- 非必須アミノ酸は体内で他の代謝産物から合成できますが、必須アミノ酸は十分な量を体内で作ることができないため、食事から摂取する必要があります。
- アミノ酸が分解されるとき、窒素はどうなりますか？
- アミノ基は転移され、最終的にアンモニアとして放出されます。哺乳類では、このアンモニアは尿素サイクルを通じて尿素に変換され排泄されることで、毒性のあるアンモニアのレベルが低く保たれます。