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 グルタミンとグルタミン酸

 骨格筋細胞で、グルタミン酸(glutamic acid:Glu、塩は、glutamate)は、グルタミン(glutamine:Gln)と、相互に、変換される。
 小腸では、グルタミンや、グルタミン酸は、代謝燃料として、重要な役割を果たしている。
 小腸では、グルタミン酸、グルタミン、アスパラギン酸は、吸収された細胞内で、分解(異化:catabolize)され、その結果、アンモニア、アラニン、シトルリンcitrulline)、プロリン(proline)、二酸化炭素、乳酸が、生成される。
 食事中(食餌中)のグルタミン、グルタミン酸、アスパラギン酸は、小腸で吸収され、小腸粘膜で、代謝されるが、殆んど、(門脈)血中に入ること(腸以外の組織で利用されること)はない。
 グルタミンやグルタミン酸は、代謝燃料として、小腸上皮細胞や腸管付属リンパ節細胞に、エネルギーを供給して、急性胃腸炎からの回復を、促進すると考えられる。
 小腸の絨毛突起(じゅう毛突起)には、栄養を吸収する際に、腸内の細菌が、体の中(血液中Iに入り込まないように、生体中の免疫細胞の約半分が、集合している。点滴を長期間行い、経口摂取さないで絶食させると、絨毛の高さが短くなり、全身の免疫力も低下してしまう。経口摂取で投与されたグルタミンは、小腸上皮細胞や腸管付属リンパ節細胞に、エネルギーを供給して、急性胃腸炎からの回復を、促進すると考えられる。
 1.グルタミン酸脱水素酵素
 グルタミン酸(Glu)は、グルタミン酸脱水素酵素(グルタミン酸デヒドロゲナーゼ:glutamate dehydrogenase:GDH、または、GLDH)によって、アンモニア(NH3)とα-ケトグルタル酸(2-オキソグルタル酸)から生成される。
 肝臓では、GDHによって、アンモニアが処理され、グルタミン酸が生成される。
 アンモニア(NH4+)+α-ケトグルタル酸⇔L-グルタミン酸(Glu)

 この反応は可逆的で、アンモニアとα-ケトグルタル酸から、グルタミン酸を生合成するのとは逆に、グルタミン酸を異化(nitrogen liberation)して、アンモニアとα-ケトグルタル酸とに分解する異化反応も、GDHにより起こなわれる(運動時など)。しかし、平衡定数は、グルタミン酸を生合成する側に偏っている。
 GDHは、グルタミン酸を生合成する際には、NADP+補酵素に使用し、グルタミン酸を異化する際には、NAD+を補酵素に使用する(NADH2+が生成される)。
 GDHによる、グルタミン酸の異化反応により、アミノ基(窒素)を集めたグルタミン酸から、尿素回路にアンモニアが供給されるだけでなく、TCA回路にα-ケトグルタル酸が、電子伝達系にNADH2+が、供給される。
 ATPやGTPは、GDHによるグルタミン酸合成を促進し、ADPやGDPは、GDHによる異化反応(グルタミン酸分解)を促進させる。このようにして、ATP濃度が高い時(呼吸鎖によるエネルギー生成が十分な時)は、グルタミン酸のα-ケトグルタル酸への異化(アンモニアの生成)は、制限される。他方、エネルギー生成が不足している時(ADP濃度が高い時)は、グルタミン酸のα-ケトグルタル酸への異化は、促進させられる。

 GDHにより生成されたグルタミン酸は、他のアミノ酸合成の際に、アミノ基を供与する。
 植物や細菌では、GDHにより、グルコースブドウ糖)とアンモニアから、多量のアミノ酸の合成が可能。
 GDHの大部分は、肝臓ミトコンドリア内(マトリックス)に存在する:GDHは、肝臓内に広く存在する。GDH(GLDH)は、肝小葉中心部の肝細胞(肝中心静脈-肝静脈周囲の肝細胞)に、限局して、存在する。血清中GDHは、肝炎、アルコール性肝障害、閉塞性黄疸など、肝細胞障害(肝細胞壊死)で、上昇する。
 GDH(GLDH)は、多くは、肝臓(ミトコンドリア内)に存在する。GDHは、腎臓(尿細管細胞)、心筋、脳、腸のミトコンドリア内にも存在している。

 血清中のGDH(GLDH)は、ミトコンドリア障害を伴なう肝細胞障害時に、上昇する。
 血清中のGDH/ALT値(GLDH/ALT比)は、急性肝炎<慢性肝炎<肝硬変<鬱血肝(うっ血肝)の順に高くなる。GDHは肝静脈周囲に、ALTは門脈周囲に、それぞれ、多く存在すると言う。急性肝炎の多くは門脈周囲の肝細胞に障害が起こるが、慢性肝炎や肝硬変に進行すると門脈域から線維化が起こり、ALTはあまり上昇しなくなる。鬱血肝は、肝静脈周囲の肝細胞に障害が起こる。
 血清中のGDH/OTC値(GLDH/OCT比)>0.6の場合は、肝小葉中心部の肝細胞障害(アルコール性肝障害、薬剤性肝障害)のことが多く、血清中のGDH/OTC値(GLDH/OCT比)<0.6の場合には、門脈周囲の肝細胞障害(ウイルス性肝障害)のことが多い(GDHは、肝小葉中心部の肝細胞に多く存在し、OTCは、門脈周囲の肝細胞に多く存在する)。
 GDHには、ヒトでは、少なくとも、GDH1とGDH2と言う、2種類のタイプが存在する。
 GDH1は、全ての組織に発現していて、GTPにより抑制され、ADPにより刺激される。GDH1の遺伝子は、GLUD1(グルタミン酸脱水素酵素遺伝子1)であり、染色体10q23.3に存在する。GLUD1が変異し、GTPによりGDH1が抑制されず、GDHの活性が亢進すると、高インスリン血性高アンモニア血症症候群が起こる。GDHの活性亢進の為、膵β細胞では、グルタミン酸からα-ケトグルタル酸への酸化反応が促進し、ATP産生が促進し、ATP/ADP比が上昇し、K依存性ATPチャネルが閉鎖し、電位依存性Ca2+チャネルが刺激され、インスリン放出が促進させられ、高インスリン血症になる(低血糖を来たす)。また、筋肉では、GDHによるα-ケトグルタル酸のグルタミン酸への還元反応が障害され、グルタミン合成酵素によるグルタミン酸とアンモニアから、グルタミンを生成する反応が低下し、高アンモニア血症になる。
 GDH2は、神経組織、精巣組織、網膜にのみ発現している。GDH2の遺伝子は、GLUD2であり、X染色体に存在する。 

 2.グルタミン酸合成酵素
 グルタミン(Gln)は、グルタミン酸合成酵素(glutamate synthase)によって、α-ケトグルタル酸(2-オキソグルタル酸)と反応し、2分子のグルタミン酸に変換される。
 L-グルタミン(Gln)+α-ケトグルタル酸→2L-グルタミン酸(Glu)

 この反応では、NADH2+が、消費される。

 アラニン、AMPは、glutamine synthetaseの活性を抑制する(α-ケトグルタル酸を節約して、TCA回路を機能させる)。

 3.グルタミン合成酵素とグルタミナーゼ
 1).グルタミン合成酵素
 グルタミン合成酵素(glutamine synthetase、glutamine synthase:GS)は、グルタミン酸とアンモニアを結合させ、グルタミン(Gln)を生成する。
 L-グルタミン酸(Glu)+アンモニア(NH4+)→L-グルタミン(Gln)

 この反応には、ATP、Mg2+が必要。
 この反応は、特に、脳でのアンモニアの解毒や、腎臓でのアンモニア排泄に、重要。
 グルタミン合成酵素は、ミトコンドリアに存在し、腎組織に最も多く含まれている。

 グルタミン合成酵素は、グルタミン(Gln)を生成する。グルタミンは、ヒトを含めた動物の血液中で、主要なアミノ酸。
 生体は、神経毒性があり、血液をアルカリ化させるアンモニアを、毒性のないグルタミンと言うアミノ酸として、各組織(脳、骨格筋など)から各組織(腎臓、小腸など)へ輸送する:グルタミンは、末梢組織から、主に、腎臓へ、アンモニアを輸送する。

 グルタミン合成酵素は、アンモニアをグルタミン酸と結合させ、グルタミンにすることで、神経毒性のあるアンモニアを、無毒化させる。
 肝硬変など慢性肝不全では、門脈体循環短絡路(portacarval shunt)により、門脈血中のアンモニアが、肝臓を経ないで、直接、体循環(静脈血)に、入る。そのような場合、骨格筋では、グルタミン合成酵素の活性が高まり、血液(動脈血)中のアンモニアを、無毒化させる(肝臓、大脳皮質、小脳では、グルタミン合成酵素の活性が、低下する)。

 2).グルタミナーゼ
 グルタミナーゼ(glutaminase:GA)は、グルタミンを、グルタミン酸とアンモニアとに分解(deamidation)する。

 グルタミナーゼには、腎臓型グルタミナーゼ(KGA)と、肝臓型グルタミナーゼ(LGA)の2種類が存在する。腎臓型グルタミナーゼは、腎臓、小腸、白血球、脳などに広く存在し、肝臓型グルタミナーゼは、肝臓にのみ存在する。

 腎臓は、正常な酸塩基平衡状態では、血漿中のグルタミンを殆んど取り込まない(注1)。しかし、代謝性アシドーシスの状態では、1回、腎臓を血液が流れる間に、血漿中のグルタミンの1/3が取り込まれ、近位尿細管(proximal convoluted tubule)のミトコンドリア内に輸送され、グルタミナーゼや、GDHにより、分解される。代謝性アシドーシスの状態では、近位尿細管の尿細管腔側の(apical)のNHE(Na+/H+ exchanger)が活性化され、尿中へのH+排泄が、増加する。H+排泄と交換に再吸収されるNa+は、血管側基底膜側:basal)のNa+-HCO3-共輸送系で、血液中に、取り込まれる。
 グルタミンは、腎臓で、グルタミナーゼ(glutaminase)により分解され、アンモニア(NH3)が分離し、尿中のH+と結合して、NH4+として、尿中に排泄される(注2)。なお、腎臓では、グルタミナーゼ(glutaminase)によりアンモニア(NH3)が生成されるので、腎臓から出る腎静脈血中のアンモニア濃度は、腎動脈血中のアンモニア濃度より高い。また、グルタミンのグルタミナーゼによる分解(deamidation)により生成されたグルタミン酸は、さらに、GDHにより、α-ケトグルタル酸と、アンモニアとに分解(deamination)される。α-ケトグルタル酸は、リンゴ酸に変換され、ミトコンドリア外に輸送され、糖新生により、グルコースが生成される。
 慢性の代謝性アシドーシスでは、動脈血中のグルタミン濃度は、正常の70%に低下する。腎臓では、グルタミナーゼ、GDHPEPCKNHENa+-HCO3-共輸送系の遺伝子の発現が、増加する。
 3〜5日間以上の慢性アシドーシスでは、グルタミナーゼの活性が増大し、アンモニア生成量が、徐々に増加する。

 肝臓型グルタミナーゼは、アンモニアによって、活性化される。
 肝臓型グルタミナーゼの活性は、糖尿病、飢餓、高蛋白食で上昇し、低蛋白食では、低下する。

 肝臓では、グルタミン合成酵素と、グルタミナーゼの両者は、別の細胞区画(different cellular segments)に含まれている:グルタミン合成酵素は、肝静脈周囲(perivenous)の細胞に存在し、グルタミナーゼは、門脈周囲(periportal)の細胞に存在する。肝臓は、グルタミン合成酵素によりグルタミンを産生したり、グルタミナーゼにより、グルタミンを消費する(注3)。

 尿素回路の酵素は、グルタミナーゼを含む、門脈周囲の肝細胞に、存在する。
 肝臓では、グルタミンをグルタミナーゼで分解して、グルタミン酸やアンモニアを生成する。グルタミン酸は、尿素回路で使用されるアスパラギン酸の前駆体となり、アンモニアは、尿素回路で、尿素に代謝される。

 また、肝臓では、アンモニアをグルタミン合成酵素でグルタミンにして、腎臓に輸送する。腎臓では、グルタミンを、グルタミナーゼにより分解し、さらに、グルタミン酸をGDHにより分解しアンモニアを生成させ、アンモニアイオン(NH4+)を腎臓から排泄させる。
 グルタミン酸とグルタミンは、グルタミン合成酵素とグルタミナーゼにより、相互に変換される。


 4.グルタミン酸は、窒素の異化にも、同化にも重要な中間体
 グルタミン酸は、グルタミンを合成してアンモニアを処理する際(アミノ酸同化)にも、アンモニアを尿素回路へ供給する際(アミノ酸異化)にも、中間体として、関与する。


 グルタミン酸は、窒素を異化する窒素排泄(nitrogen elimination)の経路と、窒素同化の経路(anabolic pathways)とで、主要な中間体(prominent intermediate)となる。
 グルタミン酸は、窒素排泄の経路では、窒素を供給し(nitrogen donor)、肝臓のGDHで酸化的脱アミノ化され、アンモニアを生成する。逆に、グルタミン酸は、窒素同化の経路では、窒素を供給され(nitrogen acceptor)、グルタミン合成酵素(glutamine synthase)により、グルタミンに変換(convert)される。グルタミンは、腎臓の尿細管細胞に輸送され、グルタミナーゼやGDH(glutamate dehydrogenase)により脱アミノ化される。
 この、腎臓で、グルタミンが、グルタミナーゼやGDHによる脱アミノ化される際に、アンモニアが産生(生成)され、アンモニウムイオン(NH4+)として尿中に排泄される。アンモニウムイオンの排泄は、尿をアルカリ化し、尿のpHを正常(pH4〜pH8)に維持する。腎臓で生成されるアンモニア(NH3)は、アミノ酸の脱アミノ反応により生成されるが、約50%は、グルタミンに由来する。その他、グリシン、アラニン、セリンなどからも、アンモニアが生成される。
 末梢組織、腸管内、肝臓(GDHによる)で、アンモニアが多量に産生されると、神経毒性や、アルカローシスが、現れる。
 GDHとグルタミン合成酵素(glutamine synthatase)は、総ての微生物(organisms)に存在し、アンモニアをグルタミン酸やグルタミンに変換するのに有用。

 5.小腸のグルタミンとグルタミン酸
 小腸では、グルタミンや、グルタミン酸は、代謝燃料(metabolic fuels)として、重要な役割を果たしている。

 食事中(食餌中)のグルタミン、グルタミン酸、アスパラギン酸は、小腸で吸収され、小腸粘膜で、代謝されるが、殆んど、(門脈)血中に入ること(腸以外の組織で利用されること)はない。小腸(rat)では、動脈血中のグルタミンの25-33%を取り込む。この量は、体全体のグルタミン消費量の30%に相当する。グルタミンと対照的に、動脈血中のグルタミン酸やアスパラギン酸は、小腸では、それ程、取り込まれない。しかし、腸管内(食餌由来)のグルタミン酸やアスパラギン酸は、小腸粘膜で、グルタミン同様に、代謝される。小腸の空腸では、腸管内腔(食餌由来)のグルタミンの66%、グルタミン酸の98%、アスパラギン酸の99%以上が、吸収され、小腸粘膜で、代謝される。従って、食餌(食事)で摂取した、多くのグルタミン、そして、殆んど総てのグルタミン酸やアスパラギン酸は、血中に入ること(腸以外の組織で利用されること)はない(注4)。グルタミン酸やアスパラギン酸は、食餌のうまみ成分。グルタミン酸やアスパラギン酸は、食餌のうまみ成分。アミノ酸でも、グルタミン酸ナトリウム塩やイノシン酸ナトリウム塩は、うまみ(うま味)成分であり、アラニン、グリシン、セリンは、あまみ(甘味)成分(注5)。

 グルタミンは、小腸の粘膜グルタミナーゼにより、グルタミン酸と、アンモニアとに分解される。

 小腸で、グルタミンの窒素は、37.9%がアンモニアに、27.6%がシトルリンに、24.4%がアラニンに、7.2%がプロリン(proline)に、代謝される。小腸では、グルタミン酸やアスパラギン酸の窒素は、アミノ基転移に使用され、ほとんど、アンモニアに、代謝されない。
 小腸で、腸管内(食餌由来)のグルタミンの炭素は、56%が二酸化炭素に、16%が乳酸に、4%がアラニンに、2.4%がグルコースに代謝される。グルタミン酸の炭素は、64%が二酸化炭素に、16%が乳酸に、3.3%がアラニンに、代謝される。アスパラギン酸の炭素は、51%が二酸化炭素に、20%が乳酸に、8%がアラニンに、10%がグルコースに代謝される。
 小腸で産生される二酸化炭素は、38%が、動脈血中から取り込まれたグルタミンに由来し、39%が、腸管内(食餌由来)のグルタミンとグルタミン酸とアスパラギン酸に由来し、6%が、腸管内(食餌由来)のグルコースに由来する。このように、小腸粘膜では、グルコースよりも、アミノ酸の方が、代謝燃料になる。

 腸管組織には、GDHも、BCAT(branched-chain aminotransferase)も、存在する
 グルタミン酸は、GDHにより、脱アミノ化されるか、BCATによりアミノ基転移される:グルタミン酸が、GDHにより、脱アミノ化(分解)されると、α-ケトグルタル酸(AKG)と、アンモニアとが、生成される。グルタミン酸が、BCATによりアミノ基転移されると、BCKA(branched-chain {alpha}-keto acid)にアミノ基が渡され、α-ケトグルタル酸(AKG)と、相応するBCAA(branched-chain amino acid)が、生成される。
 このように、グルタミン酸が、GDHやBCATにより分解され、α-ケトグルタル酸(AKG)が生成される。生成されたα-ケトグルタル酸(AKG)は、(腸管粘膜で)TCA回路で代謝され、燃料(エネルギー源)となる。また、GDHによりグルタミン酸が分解される時、NADH2+が生成され、呼吸鎖で、ATPが生成される。このように、グルタミン酸や、グルタミン酸を生成するグルタミンは、腸管粘膜で、代謝燃料(metabolic fuels)として利用される。

 GDHの反応は可逆的で、α-ケトグルタル酸(AKG)とアンモニアから、グルタミン酸を生成し、アンモニアを処理する。α-ケトグルタル酸(AKG)は、アンモニアを、GDHによりグルタミン酸に変換することで、腸内で生成(産生)されたアンモニアを、処理する(没収する:sequester)ことに、役立ち得る。しかし、動物(young pigs)を用いた実験結果では、α-ケトグルタル酸(AKG)を、経口投与しても、α-ケトグルタル酸(AKG)は吸収されるが、門脈中のアンモニア濃度は、低下しなかった。
 なお、食事(食餌)後に、食物の窒素(dietary nitrogen)は、腸(gut)から、アンモニアとして(血中に)放出される。そのアンモニアの内、かなりの量は、GDHにより、グルタミン酸が脱アミノ化され、生成されるアンモニアである。

 小腸では、グルタミン酸、グルタミン、アスパラギン酸は、吸収された細胞内で、分解(異化:catabolize)され、その結果、アンモニア、アラニン、シトルリン(citrulline)、プロリン(proline)、二酸化炭素、乳酸が、生成される。

 食事(食餌)で摂取されたグルタミン酸は、極一部しか、循環血中に現れず、アラニンに変換される。
 腸管粘膜で行われる、腸内(食事由来)のグルタミン酸代謝は、動脈血由来のグルタミン代謝より、盛んに行われる。
 腸の粘膜で行われるグルタミン代謝量は、体内のグルタミン代謝(turnover)の30%に相当する。

 御粥と、味噌汁(人参の上澄み入り) も、小腸の機能を高めるグルタミン酸を含んでいて、急性胃腸炎の幼若小児に食べさせる食品として、好ましい。
 欧米では、アミノ酸(グルタミン、アラニン、グリシン)、オリゴ糖、可溶性の線維成分、核酸などを入れたORSも、臨床で使用されていると言う。
 小腸の絨毛突起(じゅう毛突起)には、栄養を吸収する際に、腸内の細菌が、体の中(血液中Iに入り込まないように、生体中の免疫細胞の約半分が、集合している。点滴を長期間行い、経口摂取さないで絶食させると、絨毛の高さが短くなり、全身の免疫力も低下してしまう。経口摂取で投与されたグルタミンは、小腸上皮細胞や腸管付属リンパ節細胞に、エネルギーを供給して、急性胃腸炎からの回復を、促進すると考えられる。
 なお、グルタミンとアラニンを経口投与すると、アルコールの代謝(分解)が促進されるという。

 6.アミノ基転移酵素
 2-オキソ酸とは、2位炭素に、ケトン基を有する有機酸。2-オキソ酸には、オキサロ酢酸、ピルビン酸、α-ケトグルタル酸(2-オキソグルタル酸)などがある。
 グルタミン酸のアミノ基を、オキサロ酢酸にアミノ基転移する酵素は、AST(別名、GOT):
 グルタミン酸+オキサロ酢酸⇔2-オキソグルタル酸+アスパラギン酸
 グルタミン酸のアミノ基を、ピルビン酸にアミノ基転移する酵素は、ALT(別名、GPT):
 グルタミン酸+ピルビン酸⇔2-オキソグルタル酸+アラニン

 グルタミン酸(Glu)とグルタミン(Gln)は、糖原性アミノ酸であり、ミトコンドリア内で、m-AST(m-GOT)により、2-オキソグルタル酸(α-ケトグルタル酸になり、TCA回路クエン酸回路)に入る。

 トリプトファン(Trp)、アラニン(Ala)、AMPなどは、グルタミン合成を抑制する(glutamine synthetaseの活性を抑制する)。

 なお、アンモニウムイオン(NH4+)は、脳血液関門を通過しにくいが、アンモニア(NH3)は、脳神経細胞内に移行しやすい:NH4+は、難脂溶性だが、NH3は、脂溶性であり、細胞膜を通過し、細胞内に移行し、細胞障害毒性(神経毒性)を発揮する。

 7.母乳中のグルタミン酸
 母乳中には、カゼイン、α-ラクトアルブミンなどの蛋白質の他に、グルタミン酸などの遊離アミノ酸や、尿素など、非蛋白態窒素成分が含まれている。
 母乳中の遊離アミノ酸濃度(mg/100ml)は、泌乳期により、変化する。母乳中の遊離アミノ酸濃度は、初乳より、成乳の方が、濃くなる。
 母乳中のグルタミン酸濃度や、グルタミン濃度は、初乳より、成乳の方が、濃くなる。
 母乳中のグルタミン酸や、タウリン(や、ホスホエタノールアミン)は、新生児の消化機能を補うエネルギー源となる。
 表1 泌乳期による遊離アミノ酸と尿素含量の変化(mg/100ml)
 泌乳期
 (日)
 初乳
 3〜5
 成乳
 31〜60
 成乳(後期)
 121〜240
 グルタミン酸   15.92   20.94   26.79
 グルタミン   0.31   3.66   8.27
 タウリン   5.93   4.22   3.76
 アラニン   2.06   2.12   3.07
 セリン   0.97   1.27   1.81
 スレオニン   1.26   1.02   1.46
 その他   15.00   8.98   10.10
 総遊離アミノ酸   41.45    42.21   55.26
 尿素   39.01   34.82   43.82
 総合計   81.06   77.52   99.63
 8.脳とグルタミン酸 
 グルタミン酸は、脳内の情報伝達に関与している。グルタミン酸は、興奮性神経伝達物質として機能する。
 脳神経細胞内では、グルタミン酸から、グルタミン酸脱炭酸酵素(glutamic acid decarboxylase:GAD)により、抑制性の神経伝達物質のGABA(γ-aminobutyric acid:ガンマ-アミノ酪酸)が、生成される。
 マウスの実験では、胎児は、脳内から不要になったグルタミン酸を排出出来ないと、グルタミン酸が、脳内に蓄積し、脳形成に障害を起こす(大脳皮質、海馬、扁桃体、小脳の形成が異常になる)と考えられている。

 9.その他
 ・グルタミン(glutamine:Gln)は、骨格筋、肺、脳、心筋などで生成され、消化管(粘膜上皮)、腎臓、肝臓、白血球、繊維芽細胞などで、エネルギー源として利用される。グルタミンは、肝臓(や腎臓)では、糖新生の基質としても利用される。
 グルタミンは、小腸や大腸の重要なエネルギー源となる。グルタミンは、腸管粘膜の萎縮を予防し、腸管からのbacterial translocationを防ぐ。
 グルタミンは、蛋白分解抑制作用(蛋白節約効果)がある。

 ・グルタミンは、腸管や腎臓での主要なエネルギー源(栄養素)となる。
 グルタミンは、筋組織(骨格筋細胞)で生成され(30g/日)、腸管や腎臓で利用される。
 表2 食品中のBCAA含量(可食部100g当たりの含量:五訂食品成分表2005より引用)
 食品名  蛋白質   分岐鎖アミノ酸(BCAA  芳香族アミノ酸(AAA)   BCAA/AAA比  その他
 Val  Leu  Ile  合計  Phe  Tyr  Trp  合計  mg比  Fischer比  Ala  Glu  Met
   g   mg  mg  mg  mg  mg  mg  mg  mg  ratio  ratio  mg  mg  mg
 糸引納豆   16.5   830  1300   760  2890   870   680  240  1790  1.615  2.528   680  3200  260
 木綿豆腐    6.8   380   600   370  1350   390   290  100   780  1.731  2.686   320  1300  100
 凍り豆腐   50.2  2900  4600  2800 10300  3000  2200  760  5960  1.728  2.679  2400  9700  790
 精白米    6.8   430   570   290  1290   370   280   99   749  1.722  2.702   390  1300  170
 食パン市販    8.4   400   660   340  1400   460   240   96   796  1759  2.687   270  3100  150
 うどん生    6.8   300   510   260  1070   370   200   75   645  1.659  2.522   260  2600  120
 ごま   19.8  1100  1500   840  3440  1000   770  370  2170*  1.585  2.643  1000  4000  720
 さんま生   20.6  1100  1600   950  3650   830   690  230  1730*  2.110  3.265  1200  2800  660
 まぐろ赤身生   28.3  1400  2100  1300  4800  1000   920  320  2220*  2.162  3.403  1500  3700  810
 豚ひき肉   18.2   870  1300   770  2940   650   500  200  1400*  2.100  3.467  1100  2500  440
 若鶏むね皮なし   22.9  1200  1900  1200  4300   960   820  280  2080*  2.067  3.278  1400  3700  660
 若鶏もも皮なし   18.0   920  1500   880  3300   740   620  210  1610*  2.050  3.291.  1100  2900  530
 鶏卵全卵生   12.3   830  1100   680  2610   640   500  190  1290*  2.023  3.114   700  1600  400
 牛乳生乳    2.9   190   280   150   620   140   110   38   288  2.153  3.369   93   560   75
 プロセスチーズ   22.7  1600  2300  1200  5100  1200  1300  290  2790  2.153  2.794   670  5000  580
 たらこ生   24.9  1600  2500  1500  5600  1000  1100  300  2400  2.333  3.642  1900  3200  560
 しじみ生    6.8   360   460   300  1120   280   220   90   590  1.898  3.048   540   830  180
 ほうれんそう生    3.3   120   170   95   385   120   88   53   263*  1.464  2.512   110   300   29
 *:芳香族アミノ酸(AAA)の項の合計量で、*印を上付きに表示した食品は、五訂食品成分表2005で、芳香族アミノ酸(AAA)の合計量が、フェニルアラニン(Phe)と、チロシン(Tyr)の数値を足した値と異なっている。

 ・アルギニン(arginine)は、準必須アミノ酸なので、高カロリー輸液(IVHなど)に際して、補給が必要。
 アルギニンは、蛋白分解抑制作用(蛋白節約効果)がある。
 アルギニンは、肝臓の尿素回路での尿素合成、一酸化窒素(NO)、ポリアミンの合成、免疫機能の増強、内分泌(ホルモン産生)の刺激に必要。
 アルギニンは、臓器修復促進作用がある。
 アルギニンは、血流改善作用がある(NO産生に必要)。
 アルギニンは、代謝されてグルタミンに変換される。

 ・グルタミン、アルギニン、BCAA(分岐鎖アミノ酸)、n-3系多価不飽和脂肪酸、核酸、食物繊維、亜鉛などの栄養素は、免疫機能を増強する作用がある(immunonutrition)。

 ・グルタミンは、腸管免疫能を増強させる。
 小腸の粘膜細胞の主要なエネルギー源であるグルタミンは、小腸粘膜を保護する(小腸の粘膜上皮を増殖させる)。
 グルタミンは、免疫担当細胞(マクロファージ、好中球、リンパ球など)の主要なエネルギー源ともなる。
 長期の飢餓(絶食)は、小腸粘膜上皮を萎縮させ、GALTなどによるバリア機能が低下させてしまう。その結果、腸管内腔の細菌や細菌菌体毒素(エンドトキシン)が、血液中に移行し易くなる(バクテリアルトランスロケーション)。
 長期の飢餓(絶食)に陥った患者には、GFO療法が有用と言われる。GFO療法では、グルタミン(G)9g/日、水溶性ファイバー(F)15g/日、オリゴ糖(O97.5g/日を、少量の水に溶解させ、3回に分けて、経口投与か経腸投与する。
 水溶性ファイバー、オリゴ糖は、ビフィズス菌(ビフィドバクテリウム属)、乳酸菌(ラクトバチルス属)など有用な腸内細菌を増加させ、バクテロイデス属など有害な腸内細菌を減少させる。水溶性ファイバーは、腸管の絨毛を進展させ、(腸内細菌による)短鎖脂肪酸(酪酸、酢酸など)を腸管内腔に増加させ、腸機能を高める。

 ・血中(動脈血中)にグルタミンやアルギニンなどのアミノ酸量(絶対量)が減少すると、腸管の各種消化酵素の生成が障害され、吸収障害が悪化する。

 ・グルタミン酸は、C(炭素)5個と、N(窒素)1個とから構成されているので、C/N比は、5と高く、糖質の生成に関与し、生殖生長的に作用する。
 アルギニンは、C(炭素)6個と、N(窒素)4個とから構成されているので、C/N比は、1.5と低く、根や葉を伸ばし、栄養成長的に作用する(アルギニンは低カロリー)。
 酵母菌(通性嫌気性菌)は、酸素をあまり消費せず(嫌気性環境でも)、長時間をかけてアミノ酸を合成するので、高カロリーなアミノ酸(C/N比が高いアミノ酸:プロリンなど)が合成される。
 納豆菌は、好気性環境で、短時間でアミノ酸を合成するので、低カロリーなアミノ酸(C/N比が低いアミノ酸:アルギニンなど)が合成される。
 注1:腎動脈中のグルタミンの20%は、糸球体で濾過され、近位尿細管の上皮細胞で再吸収される。その為、正常では、血漿中グルタミン濃度は、腎動脈と腎静脈とでは、差がない。

 注2:グルタミンが、グルタミナーゼにより分解され、生成されるグルタミン酸は、さらに、GDHにより分解され、α-ケトグルタル酸が、生成され、TCA回路で、エネルギー源になる(グルタミンの10〜30%は、TCA回路のエネルギー源となる)。また、グルタミン酸は、m-AST(m-GOT)によりアスパラギン酸(尿素回路で利用される)、ALTGPT)によりアラニンに、変換される。

 注3:肝臓は、循環血中(門脈血中)より、アンモニアとグルタミンを、取り込む。
 門脈周囲の細胞(periportal cells)内で、グルタミンは、グルタミナーゼにより分解され、その結果生成されるアンモニアは、循環血中を肝臓に流れて来たアンモニアと共に、尿素回路で、尿素に変換される。
 循環血中を肝臓に流れて来たアンモニアは、門脈周囲の細胞(periportal cells)内で処理されないと、肝静脈周囲の細胞(perivenous cells)で、グルタミン合成酵素により、グルタミンに変換される。
 従って、肝臓は、アンモニアを取り込んで、尿素を排泄するが、(門脈血中と肝静脈血中で)グルタミンの濃度は、ほとんど変化しない。
 注4:血漿中のアミノ酸濃度(μmol/L)は、下表の如く。
 バリン(Val)、ロイシン(Leu)、イソロイシン(Ile)、トレオニン(Thr)、メチオニン(Met)、フェニルアラニン(Phe)、トリプトファン(Trp)、リジン(Lys)は、必須アミノ酸。幼児では、ヒスチジン(His)も、必須アミノ酸。
 バリン(Val)、ロイシン(Leu)、イソロイシン(Ile)は、分岐鎖アミノ酸(BCAA)。フェニルアラニン(Phe)、チロシン(Tyr)、トリプトファン(Trp)は、芳香族アミノ酸(AAA)。肝不全(劇症肝炎や非代償性肝硬変)では、血漿アミノ酸濃度が変化して、BCAA(Val、Leu、Ile)濃度が低下し、AAA(Tyr、Phe、Trp)濃度や、メチオニン(Met)濃度が、増加する。
 表3 血漿中、髄液中のアミノ酸濃度
 アミノ酸  血漿  髄液
 酸性アミノ酸  グルタミン(Gln)  596〜896  420〜580
 グルタミン酸(Glu)  13〜61  4〜13
 アスパラギン酸(Asp)  <6  2〜6
 アスパラギン(Asn)  70〜140  <5
 中性アミノ酸  アラニン(Ala)  180〜528  12〜41
 バリン(Val)  152〜322  9〜20
 ロイシン(Leu)  98〜180  3〜15
 イソロイシン(Ile)  44〜105  1〜8
 グリシン(Gly)  130〜326  3〜18
 セリン(Ser)  83〜196  15〜34
 トレオニン(Thr)  80〜207  21〜41
 システイン(Cys)  26〜71  <2
 メチオニン(Met)  20〜44  <3
 フェニルアラニン(Phe)  45〜88  2〜9
 チロシン(Tyr)  47〜96  5〜21
 トリプトファン(Trp)  37〜79  <3
 塩基性アミノ酸  ヒスチジン(His)  60〜124  6〜20
 アルギニン(Arg)  62〜149  12〜29
 リジン(Lys)  106〜288  10〜28
 オルニチン(Orn)  32〜92  2〜8
 イミノ酸  プロリン(Pro)  109〜281  <3
 注5:舌が知覚する味覚には、甘味(あまみ:Sweatness:エネルギー源を識別)、酸味(さんみ:Sourness:エネルギー源、腐敗物、刺激物を識別)、塩味(えんみ:saltiness:ミネラルを識別)、苦味(にがみ:bitterness:毒物を識別)、旨味(うまみ:umami:蛋白合成材料を識別)の基本味がある。その他、舌は、辛味(からみ)、渋味(しぶみ)、えぐ味(えぐみ)、温度を知覚する。
 スクロース(ショ糖)、フルクトース(果糖)は、甘味として知覚される。
 L-アミノ酸(19種類)とグリシンは、旨味として知覚されるが、イノシン酸(IMP)やグアニル酸(GMP)は、旨味を増強させる。
 アミノ酸のL-グルタミン酸は、旨味として、L-アラニンは、甘味として、L-ロイシンは、苦味として、それぞれ、知覚される。
 甘味、苦味、酸味は、味細胞の異なる受容体に結合したG蛋白(Gαi2)を介して、ホスホリパーゼC系(PLC)を活性化させ、小胞体のCa2+チャネルからCa2+を放出させ、活動電位が生じる。

 参考文献

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 ・内科 61巻6号(1988-6) 61:1105.
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 ・Norman P. Curthoys (2001) Role of Mitochondrial Glutaminase in Rat Renal Glutamine Metabolism. he Journal of Nutrition 131:2491-2495.
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