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生物学において、自己分解（より一般的には自己消化として知られる）とは、細胞自身の酵素の作用によって細胞が破壊される現象を指す。また、同じ酵素の別の分子による酵素の消化を指す場合もある。この用語は、ギリシャ語のαὐτο-「自己」とλύσις「分裂」に由来する。
自己分解は生きている成体生物ではまれであり、通常は壊死組織で、酵素が通常は基質として機能しない細胞成分に作用することによって起こります。これらの酵素は、健康な生きた組織で基質を提供する細胞内の能動的なプロセスが停止したために放出されます。自己分解自体は能動的なプロセスではありません。言い換えれば、自己分解は生きた細胞による栄養素の消化という能動的なプロセスに似ていますが、死んだ細胞は、よく主張されるように、また同義語の自己消化が示唆するように、能動的に自分自身を消化しているわけではありません。呼吸の失敗とそれに続く酸化的リン酸化の失敗が自己分解プロセスの引き金となります。[ 1 ]細胞の完全性を維持し、恒常性を維持するために必要な高エネルギー分子の利用可能性の低下とそれに続く欠如は、細胞の生化学的動作に大きな変化をもたらします。
分子状酸素は、最終的にアデノシン三リン酸の合成を担う酸化的リン酸化と呼ばれる一連の生化学反応の末端電子受容体として機能します。アデノシン三リン酸は、そうでなければ熱力学的に不利な細胞プロセスの主要なエネルギー源です。[ 2 ]細胞への分子状酸素の供給が失敗すると、代謝が嫌気性解糖にシフトし、グルコースがピルビン酸に変換されてアデノシン三リン酸が生成されます。これは、アデノシン三リン酸を生成する非効率的な手段です。[ 2 ]解糖は酸化的リン酸化よりもATP収量が少なく、細胞のpHを低下させる酸性副産物を生成します。これにより、自己分解に関与する多くの酵素プロセスが可能になります。
アデノシン三リン酸の合成が制限されると、ATP を利用してイオンや分子を細胞膜を介して輸送するエネルギー的に不利なプロセスを駆動する多くの細胞輸送機構が損なわれます。たとえば、細胞の膜電位はナトリウム-カリウム ATPaseポンプによって維持されています。ポンプの機能不全は、細胞内にナトリウムイオンが蓄積し、カリウムイオンがイオンチャネルを介して失われるため、膜電位の喪失につながります。膜電位の喪失は、浸透圧によって駆動されるカルシウムイオンの細胞内への移動を促進し、続いて水の細胞内への移動が起こります。[ 3 ]水分保持、イオン変化、および細胞の酸性化は、リソソームやペルオキシソームなどの膜結合細胞内構造を損傷します。[ 1 ]
リソソームは膜で囲まれた細胞小器官であり、通常、多糖類、タンパク質、核酸、脂質、リン酸アシルエステル、硫酸塩を加水分解できる幅広い酵素群を含んでいます。このプロセスでは、他の細胞内成分の不必要な破壊を防ぐ単一の細胞内膜を介して、酵素と基質を区画化および分離する必要があります。通常の状態では、細胞の分子機構は細胞質pHの調節によってリソソーム酵素の活性からさらに保護されています。リソソーム加水分解酵素の活性は、中程度の酸性pH 5で最適であり、これは周囲の細胞質の平均pH 7.2よりもかなり酸性です。[ 1 ]しかし、解糖系の産物の蓄積は細胞のpHを低下させ、この保護効果を弱めます。さらに、細胞内の水分保持によって損傷を受けたリソソーム膜は、リソソーム酵素を細胞質に放出します。これらの酵素は細胞質pHの低下により活性化し、細胞成分を基質として自由に利用できると考えられる。[ 1 ]
ペルオキシソームは通常、脂質、特に長鎖脂肪酸の分解を担っています。活性電子伝達系とそれに伴う細胞プロセスがない場合、脂質の分解における還元当量に対する代謝パートナーは存在しません。[ 1 ]自己分解の観点から見ると、ペルオキシソームは脂肪酸と活性酸素種の異化能を提供し、ペルオキシソーム膜が水分保持や他の異化酵素による消化によって損傷を受けると、これらは細胞質に放出されます。[ 1 ]
細菌では、細胞壁を加水分解する酵素と合成する酵素のバランスが崩れると、自己分解が起こる可能性がある。分解が優勢になると、浸透によって細胞が破裂する可能性がある。また、細胞が損傷を受けると活性化されることもある。[ 4 ]
細胞内局在部位から異化活性酵素が放出されると、不可逆的なプロセスが開始され、死体の完全な分解が起こります。自己分解は、酸性で嫌気性、栄養豊富な環境を作り出し、腐敗と呼ばれるプロセスで侵入性および日和見性微生物の活動を促します。自己分解と腐敗は、遺体の分解に関与する主なプロセスです。[ 1 ]
創傷治癒において、自己融解性デブリードマンは有効なプロセスであり、体内で壊死組織が分解・液化され、洗い流されたり除去されたりします。創傷を湿潤状態に保つ現代の創傷被覆材は、このプロセスを促進するのに役立ちます。
食品業界では、自己分解とは酵母を殺し、さまざまな酵素によってその細胞の分解を促進することです。結果として得られる自己分解酵母は、香料または風味増強剤として使用されます。酵母エキスの場合、このプロセスが塩の添加によって引き起こされると、原形質分離として知られています。[ 5 ]
パン作りにおいて、この用語（または、より一般的にはフランス語の同族語であるオートリーズ）は、小麦粉と水を最初に混ぜ合わせた後、他の材料（塩やイーストなど）を生地に加える前に休ませる期間を指します。そうすることで、生地の成形が容易になり、構造が改善されます。[ 6 ] [ 7 ]この用語は、フランスのパン作りの教授であるレイモン・カルヴェルによって造語され、彼はこの手順を捏ねる時間を短縮し、それによってパンの風味と色を改善する手段として推奨しました。[ 6 ]カルヴェルは、捏ねる時間が長いと生地が大気中の酸素にさらされ、パン用小麦粉に含まれる天然のカロテノイドが漂白され、小麦粉から自然なクリーミーな色と風味が失われると主張しています。[ 6 ]
発酵飲料の製造において、果汁や麦汁を澱の上に長時間放置すると自己分解が起こることがあります。ビール醸造では、自己分解は望ましくない異臭の原因となります。ワイン醸造における自己分解は多くの場合望ましくありませんが、最高級のシャンパンの場合は、風味と口当たりを生み出す上で不可欠な要素です。[ 8 ]