タンパク質は消化によって最終的に主にアミノ酸まで分解され、一部はジペプチドやトリペプチドとして吸収される。タンパク質の消化を行う酵素は、消化管を傷つけないように(1)の状態で分泌され、必要に応じて活性化される。
小腸では(2)の吸収が行われ、主に(3)輸送によって細胞内へ取り込まれる。また、小腸の刷子縁では消化と吸収が同時に行われる(4)が起こる。吸収されたアミノ酸は(5)を通って肝臓へ運ばれる。
アミノ酸には分岐鎖アミノ酸(BCAA)があり、(6)3種類が含まれる。BCAAは肝臓ではなく主に(7)で代謝される。筋肉でエネルギー源として利用されることが特徴である。
アミノ酸は(8)性アミノ酸と(9)原性アミノ酸に分類される。糖原性アミノ酸は分解されて糖新生によりグルコースを生成する。一方、ケト原性アミノ酸は(10)やケトン体の材料となる。純粋なケト原性アミノ酸はロイシンとリシンの2種類である。
アミノ酸の分解では、脱アミノ反応と脱炭酸反応が重要である。脱アミノ反応では(11)が外れ、(12)とアンモニアが生成される。2-オキソ酸とは、カルボキシル基の隣のα位にケト基を持つ有機酸のことである。
脱炭酸反応ではカルボキシ基から二酸化炭素(CO₂)が外れ、モノアミンが生成される。
つまり、「脱アミノ」といえば(13)と(14)
「脱炭酸」といえば(15)と覚える。
糖代謝では、解糖系によって(16)が分解され、最終的にピルビン酸が生成される。糖原性アミノ酸からグルコースを作る経路は糖新生である。また、α-ケト酸の一部はクエン酸回路にも利用され、α-ケトグルタル酸やオキサロ酢酸などが関与する。
アミノ酸の分解によって生じるアンモニアは有害であるため、肝臓で尿素へ変換される。この経路を尿素回路(オルニチン回路)という。尿素回路は肝臓のミトコンドリアと細胞質で行われ、尿素1分子の合成には(17)分子のATPが必要である。
尿素に含まれる2つの窒素のうち、1つはアンモニア由来、もう1つはアスパラギン酸由来である。尿素回路の最後ではアルギニンが分解され、尿素とオルニチンが生成される。
アミノ酸はタンパク質合成だけでなく、生理活性物質の合成にも利用される。
(18)からはセロトニン、メラトニン、ナイアシンが合成される。
ヒスチジンからはヒスタミンが合成される。
グルタミン酸からは抑制性神経伝達物質である(19)が作られる。
グリシンはヘムやクレアチンの合成に利用される。システインはグルタチオンやタウリンの合成に関与し、リシンはカルニチンの材料となる。
BCAA
→(20)
→ 主に骨格筋で代謝
純粋なケト原性アミノ酸
→ ロイシン・リシン
脱アミノ反応
→ アミノ基が外れる
→ (21)+(22)
脱炭酸反応
→ CO₂が外れる
→ (23)生成
尿素回路
→ 肝臓で行われる
→ ATP3分子使用
→ アンモニア+アスパラギン酸から窒素を得る
→ アルギニンから尿素生成
代表的なアミノ酸と生体物質
→ トリプトファン:セロトニン・メラトニン・ナイアシン
→ ヒスチジン:ヒスタミン
→ (24):GABA
→ グリシン:ヘム・クレアチン
→ システイン:グルタチオン・タウリン
→ リシン:カルニチン