การสังเคราะห์กรดอะมิโน

การสังเคราะห์กรดอะมิโนเป็นส่วนหนึ่งของการสร้าง (anabolic) ในเมแทบอลิซึมของกรดอะมิโน นั่นคือการสร้างกรดอะมิโนจากสารตั้งต้นที่ง่ายกว่า ซึ่งส่วนใหญ่มาจากวิถีเมแทบอลิซึมหลัก ในมนุษย์ ความสามารถนี้มีจำกัด ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมกรดอะมิโนบางชนิดจึงไม่จำเป็นและถูกสร้างขึ้นภายในร่างกาย ในขณะที่บางชนิดจำเป็นและต้องได้รับจากอาหาร

Definition

การสังเคราะห์กรดอะมิโนคือการสังเคราะห์กรดอะมิโนจากโครงสร้างคาร์บอนที่ได้จากเมแทบอลิซึมหลัก ร่วมกับหมู่อะมิโนที่ได้รับจากตัวพาไนโตรเจนอื่น ๆ ซึ่งในมนุษย์จะผลิตกรดอะมิโนที่ไม่จำเป็น ในขณะที่กรดอะมิโนจำเป็นจะต้องได้รับจากอาหาร

Scope

บทความนี้ครอบคลุมถึงวิธีการสังเคราะห์กรดอะมิโนที่ไม่จำเป็นจากสารตัวกลางของไกลโคไลซิสและวัฏจักรกรดซิตริก บทบาทของผู้ให้ไนโตรเจน เช่น กลูตาเมตและกลูตามีน และความแตกต่างระหว่างกรดอะมิโนจำเป็นและไม่จำเป็นในมนุษย์ การอ่านและการประกอบกรดอะมิโนเข้าเป็นโปรตีนจะกล่าวถึงในบทความเรื่องการแปลรหัส (translation) และการสลายตัวของกรดอะมิโนจะกล่าวถึงในบทความเรื่องการสลาย (catabolism)

Core questions

• โครงสร้างคาร์บอนใดที่ทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นสำหรับกรดอะมิโนที่ไม่จำเป็น?
• ไนโตรเจนถูกส่งมาอย่างไรในระหว่างการสังเคราะห์?
• ทำไมมนุษย์จึงสามารถสร้างกรดอะมิโนบางชนิดได้ แต่ไม่สามารถสร้างชนิดอื่นได้?

Key concepts

• กรดอะมิโนจำเป็นเทียบกับกรดอะมิโนไม่จำเป็น
• สารตั้งต้นจากไกลโคไลซิสและวัฏจักรกรดซิตริก
• กลูตาเมตและกลูตามีนในฐานะผู้ให้หมู่อะมิโน
• การทรานส์อะมิเนชันในทิศทางการสังเคราะห์
• ปฏิกิริยาอะมิเดชัน (การสังเคราะห์กลูตามีนและแอสพาราจีน)
• กรดอะมิโนจำเป็นแบบมีเงื่อนไข

Mechanisms

กรดอะมิโนที่ไม่จำเป็นถูกสร้างขึ้นจากสารเมแทบอไลต์หลักไม่กี่ชนิด ไพรูเวต ออกซาโลอะซีเตต และอัลฟา-คีโตกลูตาเรต จะถูกเปลี่ยนโดยกระบวนการทรานส์อะมิเนชัน (transamination) ในทิศทางการสังเคราะห์ ไปเป็นอะลานีน แอสปาร์เตต และกลูตาเมตตามลำดับ โดยกลูตาเมตมักทำหน้าที่เป็นผู้ให้หมู่อะมิโน 3-ฟอสโฟกลีเซอเรตจากไกลโคไลซิสเป็นสารตั้งต้นสำหรับซีรีน ซึ่งสามารถสร้างไกลซีนและซิสเตอีนได้ ปฏิกิริยาอะมิเดชัน (amidation) จะเพิ่มไนโตรเจนตัวที่สองเพื่อสร้างกลูตามีนจากกลูตาเมต และแอสพาราจีนจากแอสปาร์เตต โดยปฏิกิริยาหลังนี้เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์แอสพาราจีน ซินเทเทส (asparagine synthetase) ในทางตรงกันข้าม โครงสร้างคาร์บอนและเส้นทางการสังเคราะห์ของกรดอะมิโนจำเป็นไม่มีอยู่ในมนุษย์ ดังนั้นจึงต้องได้รับจากอาหาร ขอบเขตนี้อาจเปลี่ยนแปลงได้ภายใต้ความเครียดหรือในบางสภาวะ ทำให้เกิดกรดอะมิโนจำเป็นแบบมีเงื่อนไข (conditionally essential amino acids)

Clinical relevance

การพึ่งพาการได้รับกรดอะมิโนของเนื้อเยื่อบางชนิด รวมถึงความต้องการกรดอะมิโนจำเป็นจากอาหาร เป็นพื้นฐานของวิทยาศาสตร์โภชนาการและช่วยอธิบายว่าทำไมเนื้องอกบางชนิดที่ไม่สามารถสร้างกรดอะมิโนบางชนิดได้จึงไวต่อการขาดกรดอะมิโนเหล่านั้น บทความนี้อธิบายถึงชีวเคมีและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตัดสินใจด้านอาหารหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

เส้นทางการสังเคราะห์เป็นชีวเคมีที่ได้รับการยอมรับและรวบรวมไว้ในตำราและบทความทบทวนมาตรฐาน นี่เป็นหัวข้ออ้างอิงมากกว่าจะเป็นแนวทางปฏิบัติทางคลินิก

History

เส้นทางการสังเคราะห์กรดอะมิโนแต่ละชนิดได้รับการทำแผนที่ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 โดยอาศัยเอนไซม์วิทยาและพันธุศาสตร์จุลินทรีย์ รวมถึงการใช้มิวแทนต์ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์เพื่อจัดลำดับขั้นตอนของวิถี ซึ่งเป็นงานที่ระบุว่าโครงสร้างคาร์บอนและผู้ให้ไนโตรเจนใดที่ใช้ในการสร้างกรดอะมิโนแต่ละชนิด

Key figures

• David Greenberg
• Bernard Davis

Seminal works

• wu-2009
• lomelino-2017

Frequently asked questions

อะไรทำให้กรดอะมิโนจำเป็น?

กรดอะมิโนจะจำเป็นเมื่อร่างกายขาดวิถีการสังเคราะห์ในปริมาณที่เพียงพอ ดังนั้นจึงต้องได้รับจากอาหาร ส่วนกรดอะมิโนที่ไม่จำเป็นสามารถสร้างขึ้นภายในร่างกายจากสารเมแทบอไลต์อื่น ๆ ได้

โครงสร้างคาร์บอนสำหรับกรดอะมิโนที่ไม่จำเป็นมาจากไหน?

ส่วนใหญ่มาจากสารตัวกลางของไกลโคไลซิสและวัฏจักรกรดซิตริก เช่น ไพรูเวต ออกซาโลอะซีเตต อัลฟา-คีโตกลูตาเรต และ 3-ฟอสโฟกลีเซอเรต ซึ่งจะถูกเปลี่ยนเป็นกรดอะมิโนโดยการเพิ่มหมู่อะมิโน