脱アミノ

脱アミノ（Deamination）とは

脱アミノとは、分子からアミノ基（-NH2）を取り除く化学反応のことで、生化学において非常に重要な役割を果たしています。特に、タンパク質を構成するアミノ酸の代謝において、脱アミノは必須のプロセスです。人体では、この反応は主に肝臓で行われ、アミノ酸が分解される際に生じるアンモニアを無毒化し、体外に排出するための重要なステップとなります。

アミノ酸の脱アミノ

アミノ酸の脱アミノは、通常、まずアミノ基が別の分子に転移されることから始まります。この反応を触媒するのがアミノトランスフェラーゼと呼ばれる酵素群です。具体的には、アミノ酸のαアミノ基は2-オキソグルタル酸に転移され、アミノ酸は対応するαケト酸に変換されます。この時、2-オキソグルタル酸はグルタミン酸になります。さらに、グルタミン酸に転移されたアミノ基はオキサロ酢酸に転移し、グルタミン酸は再び2-オキソグルタル酸に戻ります。そして、オキサロ酢酸はアスパラギン酸に変換されます。

アミノ転移のメカニズム

アミノ転移反応は、酵素にアミノ基が転移する第一段階と、そのアミノ基がアミノ受容体に転移する第二段階の2段階で進行します。アミノトランスフェラーゼは、ピリドキサール-5'-リン酸（PLP）という補酵素を含んでおり、このPLPがアミノ基の受け渡しに重要な役割を果たします。PLPのアルデヒド基がアミノ基を受け取ると、ピリドキサミン-5'-リン酸（PMP）に変化します。さらに、PLPは酵素内のリシン側鎖のアミノ基と結合し、シッフ塩基を形成します。

第一段階

まず、アミノ酸のアミノ基が酵素-PLPシッフ塩基の炭素原子に攻撃し、イミノ転移（シッフ塩基転移）が起こります。これにより、アミノ酸-PLPシッフ塩基（アルドイミン）が形成され、同時にリシンの側鎖アミノ基が遊離されます。遊離したアミノ基は、活性部位の塩基として機能します。次に、リシン側鎖のアミノ基がアミノ酸-PLPシッフ塩基のα水素を引き抜き、カルボアニオン中間体が生成され、αケト酸-PMPシッフ塩基（ケトイミン）に互変異性化します。最後に、αケト酸-PMPシッフ塩基が加水分解され、PMPとαケト酸が生成します。

第二段階

第二段階では、第一段階の逆反応が起こります。αケト酸からアミノ酸が合成され、酵素が再生されます。この段階で、主に2-オキソグルタル酸（またはオキサロ酢酸）が用いられ、グルタミン酸（またはアスパラギン酸）が合成されます。このように、アミノ酸から取り外されたアミノ基は、ほぼグルタミン酸またはアスパラギン酸のアミノ基となります。なお、グルタミン酸とアスパラギン酸は、アスパラギン酸トランスアミナーゼによって相互変換されます。

酸化的脱アミノ

アミノ転移によって生成されたグルタミン酸は、ミトコンドリア内でグルタミン酸デヒドロゲナーゼ（GDH）によって酸化的脱アミノを受けます。この反応では、グルタミン酸のα炭素がニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NAD+）またはニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（NADP+）によって酸化され、中間体の2-イミノグルタル酸が生成されます。その後、この中間体が加水分解されて、2-オキソグルタル酸とアンモニアが生成されます。このアンモニアは、尿素回路で尿素に変換され、最終的に尿として排出されます。

フラビンアデニンジヌクレオチド（FAD）を利用する脱アミノ

腎臓では、D-アミノ酸オキシダーゼという酵素が、フラビンアデニンジヌクレオチド（FAD）を補酵素として、D-アミノ酸を酸化し、α-ケト酸とアンモニアに分解します。この際、還元されたFADは酸素で酸化されます。しかし、D-アミノ酸は細菌の細胞壁にしか存在しないため、この酵素の生理学的な役割はまだ不明な点が多く残っています。

脱アミノの意義

脱アミノは、アミノ酸の代謝において非常に重要な役割を果たしています。この反応を通じて、アミノ酸からアミノ基が除去され、炭素骨格は糖新生や脂肪酸合成などのエネルギー生成経路に利用されます。また、アミノ基はアンモニアとして遊離し、尿素回路で無毒化された後、体外に排出されます。これにより、体内の窒素バランスが保たれ、正常な生理機能が維持されます。