シキミ酸経路

シキミ酸経路（しきみさんけいろ、英: shikimic acid pathway）は、多くの微生物や植物において、特定の重要な有機化合物を生合成するために利用される代謝経路です。この経路の主な機能は、植物や微生物の生存に不可欠な芳香族アミノ酸、すなわちチロシン、フェニルアラニン、およびトリプトファンの合成です。

動物はこの経路を持たないため、これらの芳香族アミノ酸を自ら合成することができず、食事から摂取する必要があります。一方、植物や微生物はこの経路を通じてこれらのアミノ酸を de novo（ゼロから）合成します。

また、シキミ酸経路は芳香族アミノ酸の合成にとどまらず、間接的に多くの二次代謝産物の生合成にも関与しています。例えば、植物の色や香りを司るフラボノイドや、モルヒネ（チロシン由来）やキニーネ（トリプトファン由来）のような薬理活性を持つアルカロイドなど、多様な化合物の出発物質や中間体を提供します。

経路の出発点と主な流れ

シキミ酸経路は、解糖系の代謝中間体であるホスホエノールピルビン酸（PEP）と、ペントースリン酸経路の生成物であるエリトロース-4-リン酸（E4P）との間で起こる縮合反応から始まります。この最初の反応を触媒するのは、7-ホスホ-2-デヒドロ-3-デオキシアラビノヘプトン酸アルドラーゼ（DAHPシンターゼ）と呼ばれる酵素です。この反応により、7-ホスホ-2-デヒドロ-3-デオキシアラビノヘプトン酸（DAHP）が生成されます。

続く一連の反応では、DAHPがいくつかのステップを経て3-デヒドロキナ酸、3-デヒドロシキミ酸へと変換されます。これらの反応には、それぞれ3-デヒドロキナ酸シンターゼや3-デヒドロキナ酸デヒドラターゼといった酵素が関与します。3-デヒドロシキミ酸は、シキミ酸デヒドロゲナーゼの働きによりシキミ酸に変換されます。

さらに、シキミ酸はシキミ酸キナーゼによってリン酸化され、3-ホスホシキミ酸となります。この3-ホスホシキミ酸に再びホスホエノールピルビン酸が結合し、3-ホスホ-5-エノイルピルビルシキミ酸が生成されます。この反応は、5-エノールピルビルシキミ酸-3-リン酸シンターゼ（EPSPシンターゼ）という重要な酵素によって触媒されます。このEPSPシンターゼは、有名な除草剤であるラウンドアップ（グリホサート）の作用標的として知られています。

最終的に、3-ホスホ-5-エノイルピルビルシキミ酸からリン酸が除去され、コリスミ酸シンターゼによってコリスミ酸が合成されます。このコリスミ酸が、シキミ酸経路の中心的な中間体であり、ここから芳香族アミノ酸や他の多くの化合物の生合成へと経路が分岐します。

コリスミ酸からの分岐：芳香族アミノ酸の合成

コリスミ酸は、酵素コリスミ酸ムターゼによってプレフェン酸に変換される経路と、アントラニル酸に変換される経路に分岐します。

フェニルアラニンとチロシン：プレフェン酸は、プレフェン酸デヒドロゲナーゼによってフェニルピルビン酸に、またはプレフェン酸デヒドラターゼによって4-ヒドロキシフェニルピルビン酸に変換されます。これらのオキソ酸は、アミノ基転移反応（アミノトランスフェラーゼ、特にチロシンアミノトランスフェラーゼが関与）を経て、それぞれフェニルアラニンおよびチロシンとなります。

トリプトファン：コリスミ酸は、アントラニル酸シンターゼによってアントラニル酸に変換されます。アントラニル酸は、ホスホリボシル化、異性化、脱炭酸などの複数のステップを経てインドール環構造を持つ中間体となり、最終的にトリプトファンシンターゼの作用によりセリンと結合してトリプトファンが合成されます。

このように、シキミ酸経路は微生物や植物の代謝において中心的な役割を果たしており、基本的な構成成分である芳香族アミノ酸の供給源であると同時に、多様な生理活性物質の生合成の基盤となっています。動物には存在しないため、農業分野ではこの経路の酵素を標的とした除草剤などが開発されています。

シキミ酸経路