高等動物はNH3を使ってグルタミンやグルタミン酸を合成しますが、動物の窒素源はすべて動植物由来の食用たんぱく質なので、植物によるグルタミン合成はもっとも重要です。
動物は食べたたんぱく質を消化酵素でアミノ酸に加水分解して吸収し、肝臓に送ります。ここで一部のアミノ酸は生合成などに使われ、残りは肝臓以外の組織に運ばれてたんぱく質になります。また、肝臓では必要以上のアミノ酸の窒素は尿素に、炭素骨格は糖や脂質代謝の中間体に変えられます。
植物は、有機窒素化合物の合成に無機窒素（NH3やNO₃⁻）だけを利用します。NH3からグルタミン、グルタミンからグルタミン酸を合成し、この両者がほかの全アミノ酸と有機窒素化合物に窒素を供給します。
アンモニア同化の主な経路のひとつは、生物界に広く存在するグルタミンシンテターゼという酵素によるグルタミンの合成です。
グルタミン酸+ATP+NH3→グルタミン+ADP+H3PO4
少なくとも植物では、グルタミンのアミド基（-C=ONH-）がほかのすべての窒素化合物の原材料となります。グルタミン酸以外の全アミノ酸は、アミノ基（-NH2）の転移でできます。あるアミノ酸のアミノ基が、アミノ基受容体に移ってアミノ酸になり、もとのアミノ酸は2-オキソ酸に変わります。アミノ基を転移する酵素アミノトランスフェラーゼは、いろいろ知られており、グルタミン酸型アミノトランスフェラーゼやアラニン型アミノトランスフェラーゼなどがあります。
動物は、進化の過程でたんぱく質構成アミノ酸の半数を合成できなくなりました。人は必須アミノ酸として、アルギニン、イソロイシン、トリプトファン、トレオニン、バリン、ヒスチジン、フェニルアラニン、メチオニン、リシン、ロイシンを必要とします。ほかのアミノ酸は体内で合成できます。
今日の世界の食糧問題のひとつは、必須アミノ酸を含む良質なたんぱく質をいかに供給するかです。世界人口の大部分は、穀類に依存し、良質なたんぱく質の摂取が不足しがちです。
動植物の窒素源
高等動物はNH3を使ってグルタミンやグルタミン酸を合成しますが、動物の窒素源はすべて動植物由来の食用たんぱく質なので、植物によるグルタミン合成はもっとも重要です。
動物は食べたたんぱく質を消化酵素でアミノ酸に加水分解して吸収し、肝臓に送ります。ここで一部のアミノ酸は生合成などに使われ、残りは肝臓以外の組織に運ばれてたんぱく質になります。肝臓では血漿のアルブミン、グロブリン、フィブリノーゲン、プロトロンビンなど血液たんぱく質が合成されます。
また、肝臓では必要以上のアミノ酸の窒素は尿素に、炭素骨格は糖や脂質代謝の中間体に変えられます。
植物は、有機窒素化合物の合成に無機窒素（NH3やNO₃⁻）だけを利用します。NH3からグルタミン、グルタミンからグルタミン酸を合成し、この両者がほかの全アミノ酸と有機窒素化合物に窒素を供給します。
アンモニアの同化とアミノ基の転移
アンモニア同化の主な経路のひとつは、生物界に広く存在するグルタミンシンテターゼという酵素によるグルタミンの合成です。
グルタミン酸+ATP+NH3→グルタミン+ADP+H3PO4
酵素は特異的でグルタミンだけが生じ、アスパラギン酸には作用しません。少なくとも植物では、グルタミンのアミド基（-C=ONH-）がほかのすべての窒素化合物の原材料となります。NH3が有機化合物に直接取り込まれる別の道は、カルバモイルリン酸の合成で、ごく一部の動物組織に限られます。
グルタミンはいろいろな有機窒素化合物の前駆体で、細菌のグルタミンシンテターゼは、いろいろな化合物で調整されるアロステリック酵素です。アロステリックとは、たんぱく質の機能がほかの化合物によって調節されることです。グルタミンに由来するトリプトファン、ヒスチジン、グリシン、アラニン、グルコサミン、カルバモイルリン酸、AMPなどが、グルタミンシンテターゼをフィードバック阻害します。
グルタミン酸以外の全アミノ酸は、アミノ基（-NH2）の転移でできます。あるアミノ酸のアミノ基が、アミノ基受容体に移ってアミノ酸になり、もとのアミノ酸は2-オキソ酸に変わります。アミノ基を転移する酵素アミノトランスフェラーゼは、いろいろ知られており、グルタミン酸型アミノトランスフェラーゼやアラニン型アミノトランスフェラーゼなどがあります。グルタミン酸型アミノトランスフェラーゼは、グルタミン酸をアミノ基供与体として、いろいろな2-オキソ酸をアミノ化する反応、逆にいろいろなアミノ酸からアミノ基を2-オキソ酸に移す反応を触媒します。アラニン型アミノトランスフェラーゼは、アラニンとピルビン酸に特異的で、ほかのアミノ酸とのアミノ基転移を触媒します。
アミノ酸の合成
動物もNH3をグルタミンに取り込む場合がありますが、その窒素はたんぱく質やアミノ酸として摂取したものです。動物が自身で合成できないアミノ酸を含むたんぱく質を栄養として摂取しなければならないことは昔から知られています。
動物は、進化の過程でたんぱく質構成アミノ酸の半数を合成できなくなりました。人は必須アミノ酸として、アルギニン、イソロイシン、トリプトファン、トレオニン、バリン、ヒスチジン、フェニルアラニン、メチオニン、リシン、ロイシンを必要とします。ほかのアミノ酸は体内で合成できます。
フェニルアラニン、チロシン、トリプトファンの場合、合成できないのはベンゼン環です。植物や微生物はシキミ酸経路などでベンゼン環を合成することができますが、動物はできません。ただ、フェニルアラニンがあれば、酵素によりチロシンをつくることができます。バリン、ロイシン、イソロイシンの場合は、枝分かれした炭化水素鎖がつくれないので、必須アミノ酸として摂取しなければなりません。
グルタミン酸の炭素骨格から誘導されるアミノ酸としては、グルタミン、プロリン、アルギニン、オルニチンがあります。アスパラギン酸の炭素骨格から誘導されるアミノ酸は、アスパラギン、リシン、メチオニン、トレオニン、イソロイシンです。ピルビン酸からは、アラニン、ロイシン、バリン、イソロイシンです。ホスホエノールピルビン酸からは、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファンです。3-ホスホグリセリン酸からは、セリン、グリシン、システインです。微生物などは、ぶどう糖や酢酸などからたんぱく質の合成に必要な全アミノ酸を合成します。
細菌や高等植物は、システインの硫黄を転移して、メチオニンを合成します。動物は細菌や高等植物と異なり、必須アミノ酸のメチオニンからシステインを合成します。
今日の世界の食糧問題のひとつは、必須アミノ酸を含む良質なたんぱく質をいかに供給するかです。糖類は、お米、トウモロコシ、小麦、キャッサバなど主な穀類から供給されますが、良質なたんぱく質の供給は難しいです。動物性たんぱく質は、必須アミノ酸をすべて含むので、肉や魚の消費国では問題ありません。植物性たんぱく質でもマメ類であれば問題ありません。しかし、世界人口の大部分は、穀類に依存し、良質なたんぱく質の摂取が不足しがちです。トウモロコシやお米のたんぱく質だけであるとリシンが不足します。
まとめ
高等動物はNH3を使ってグルタミンやグルタミン酸を合成しますが、動物の窒素源はすべて動植物由来の食用たんぱく質なので、植物によるグルタミン合成はもっとも重要です。
動物は食べたたんぱく質を消化酵素でアミノ酸に加水分解して吸収し、肝臓に送ります。ここで一部のアミノ酸は生合成などに使われ、残りは肝臓以外の組織に運ばれてたんぱく質になります。また、肝臓では必要以上のアミノ酸の窒素は尿素に、炭素骨格は糖や脂質代謝の中間体に変えられます。
植物は、有機窒素化合物の合成に無機窒素（NH3やNO₃⁻）だけを利用します。NH3からグルタミン、グルタミンからグルタミン酸を合成し、この両者がほかの全アミノ酸と有機窒素化合物に窒素を供給します。
アンモニア同化の主な経路のひとつは、生物界に広く存在するグルタミンシンテターゼという酵素によるグルタミンの合成です。
グルタミン酸+ATP+NH3→グルタミン+ADP+H3PO4
少なくとも植物では、グルタミンのアミド基（-C=ONH-）がほかのすべての窒素化合物の原材料となります。グルタミン酸以外の全アミノ酸は、アミノ基（-NH2）の転移でできます。あるアミノ酸のアミノ基が、アミノ基受容体に移ってアミノ酸になり、もとのアミノ酸は2-オキソ酸に変わります。アミノ基を転移する酵素アミノトランスフェラーゼは、いろいろ知られており、グルタミン酸型アミノトランスフェラーゼやアラニン型アミノトランスフェラーゼなどがあります。
動物は、進化の過程でたんぱく質構成アミノ酸の半数を合成できなくなりました。人は必須アミノ酸として、アルギニン、イソロイシン、トリプトファン、トレオニン、バリン、ヒスチジン、フェニルアラニン、メチオニン、リシン、ロイシンを必要とします。ほかのアミノ酸は体内で合成できます。
今日の世界の食糧問題のひとつは、必須アミノ酸を含む良質なたんぱく質をいかに供給するかです。世界人口の大部分は、穀類に依存し、良質なたんぱく質の摂取が不足しがちです。
