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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ている）とは、細胞自身の酵素の作用による細胞の破壊を指します。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ります。
この用語はギリシャ語のαὐτο-「自己」と λύσις「分裂」に由来します。
細胞破壊の生化学的メカニズム
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、通常は基質として機能しない細胞成分に酵素が作用することで発生します。これらの酵素は、健康な生体組織で基質を提供する細胞内の活性プロセスが停止したために放出されます。自己分解自体は活性プロセスではありません。言い換えれば、自己分解は生細胞による栄養素の消化の活性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、自分自身を積極的に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]細胞の完全性と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が低下し、その後欠如すると、細胞の生化学的動作に大きな変化が生じます。[要出典]
分子状酸素は、酸化的リン酸化として知られる一連の生化学反応における末端電子受容体として機能し、最終的にはアデノシン三リン酸の合成に関与します。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なエネルギー源です。 [2]分子状酸素が細胞に送達されないと、嫌気性解糖への代謝シフトが起こり、グルコースはピルビン酸に変換されますが、これはアデノシン三リン酸を生成するための非効率的な手段です。[2]解糖は酸化的リン酸化よりもATP収率が低く、酸性の副産物を生成して細胞のpHを下げ、自己分解に関与する多くの酵素プロセスを可能にします。
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越えて輸送するエネルギー的に不利なプロセスを促進する多くの細胞輸送メカニズムが損なわれます。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ます。ポンプが機能しなくなると、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から失われるため、膜電位が失われます。膜電位の損失により、浸透圧によって細胞内へのカルシウムイオンの移動が促進され、続いて水が細胞内に移動します。[3]細胞の水分保持、イオン変化、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に損傷を与えます。[1]
リソソームは膜で囲まれた細胞小器官で、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を含んでいます。このプロセスでは、他の細胞内成分の不当な破壊を防ぐ単一の細胞内膜を介した酵素と基質の区画化と分離が必要です。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より塩基性の平均pH 7.2よりもかなり酸性です。[1]しかし、解糖の産物が蓄積すると細胞のpHが低下し、この保護効果が低下します。さらに、細胞内の水分保持によってリソソーム膜が損傷すると、リソソーム酵素が細胞質に放出されます。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ようになると考えられます。[1]
ペルオキシソームは、典型的には脂質、特に長鎖脂肪酸の分解を担う。活性電子伝達系および関連する細胞プロセスがなければ、脂質分解における還元当量の代謝パートナーは存在しない。[1]自己分解に関しては、ペルオキシソームは脂肪酸および活性酸素種の分解能を提供し、ペルオキシソーム膜が水分保持および他の分解酵素による消化によって損傷されると、これらは細胞質に放出される。[1]
使用
分解活性酵素が細胞内の場所から放出されると、不可逆的なプロセスが開始され、死んだ生物が完全に減少します。自己分解により、腐敗と呼ばれるプロセスで侵入性微生物と日和見微生物の活動を促進する酸性、嫌気性、栄養豊富な環境が生成されます。自己分解と腐敗は、遺体の分解の主な原因です。[1]
創傷治癒には、自己融解性デブリードマンが有効なプロセスです。これは、死んだ組織を体が分解して液化し、洗い流したり運び去ったりできるようにするプロセスです。創傷を湿潤状態に保つのに役立つ現代の創傷被覆材は、このプロセスに役立ちます。[引用が必要]
食品業界では、自己消化は酵母を殺し、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を伴う。結果として生じる自己消化酵母は、香料または風味増強剤として使用される。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場合、それは原形質分解として知られている。[4]
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 同義語である autolyse）は、小麦粉と水を最初に混ぜた後、他の材料（塩や酵母など）を生地に加える前に休ませる期間を指します。こうすることで、生地を成形しやすくなり、構造が改善されます。[5] [6]この用語は、フランスのパン作り教授であるレイモンド・カルヴェルによって造られ、彼はこねる時間を短縮してパンの風味と色を改善する方法としてこの手順を推奨しました。[5]カルヴェルは、こねる時間が長いと生地が空気中の酸素にさらされ、パン用小麦粉に自然に存在するカロテノイドが漂白され、小麦粉の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。[5]
発酵飲料の製造では、マストまたは麦汁が澱の上に長時間放置され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を引き起こします。ワイン醸造における自己分解は望ましくないことが多いですが、最高級のシャンパンの場合、風味と口当たりを生み出す重要な要素です。[7]
参照
参考文献
ウィキメディア・コモンズには、自己分解に関連するメディアがあります。
- ^ abcdefgパワーズ、 ロバート(2005)。リッチ、ジェレミー、ディーン、ドロシー E、パワーズ、ロバート H (編)。下肢の法医学。トトワ、ニュージャージー州: ヒューマナ プレス。pp. 3–15。doi :10.1385/ 1592598978。ISBN 978-1-58829-269-8. 2020年12月9日閲覧。
- ^ ab Devlin, Thomas (2010).臨床相関関係付き生化学教科書（第7版）. Wiley. pp. 1021–1027. ISBN 978-0-470-28173-4。
- ^ Lodish, H; Berk, A; Zipursky, SL (2000). 分子細胞生物学（第4版）. ニューヨーク：WHフリーマン. pp. 252–258. ISBN 0-7167-3136-3。
- ^ ケビン・カヴァナ（2005年）『菌類：生物学と応用』チチェスター：ジョン・ワイリー・アンド・サンズ、pp. 138–140。ISBN 0-470-86701-9. 2010年7月25日閲覧。
- ^ abc カルベル、レイモンド (2001)。パンの味 : Le Goût du pain、comment le préserver、comment le retrouver の翻訳。ゲイサーズバーグ: アスペン パブリッシャーズ。 p. 31.ISBN 0834216469。
- ^ ギスレン、ウェイン（2009年）。プロフェッショナルベーキング（第5版）。ニューヨーク：ジョンワイリー。p.136。ISBN 978-0-471-78349-7。
- ^ J. ロビンソン (編)オックスフォードワインコンパニオン第3版p. 54 オックスフォード大学出版局 2006 ISBN 0-19-860990-6