グリシン

グリシン（記号GlyまたはG ; ^{[ 6 ]} / ˈ ɡ l aɪ s iː n /^{ⓘ [ 7 ]} _{) は、化学式 C 2}H₅NO₂の有機化合物であり、側鎖に水素原子を 1 つ持つという特徴を持つアミノ酸。 20 種類のタンパク質構成アミノ酸タンパク質の基本的な構成要素でありコドン(GGU、GGC、GGA、および GGG)によってコードされます^{。 [ 8 ] [ 9 ]}側鎖が最小限であるため、鏡像と重ね合わせることができる、キラルでない唯一の一般的なアミノ酸です^{。 [ 10 ] [ 11 ]}

体内では、グリシンはいくつかの重要な役割を果たしています。その小さくて柔軟な構造は、特定のタンパク質構造の形成に不可欠であり、特にコラーゲンでは、グリシンはアミノ酸含有量の約35%を占め、コラーゲンの三重らせんの密な巻き込みを可能にしています。^{[ 8 ] [ 12 ]}グリシンは、タンパク質の二次構造におけるαヘリックスの形成を阻害し、代わりにランダムコイルを促進します。^{[ 13 ]}構造的な役割に加えて、グリシンは中枢神経系、特に脊髄と脳幹において抑制性神経伝達物質として機能し、運動信号と感覚信号の調節を助けます。 ^{[ 14 ]}グリシンシグナル伝達の障害は、重篤な神経障害や運動機能障害につながる可能性があります。^{[ 15 ]}例えば、破傷風毒素はグリシン放出を阻害することで痙性麻痺を引き起こします。^{[ 16 ]}また、血液中のヘムを形成するポルフィリンや、 DNAやRNAの構築に使用されるプリンなど、他の重要な生体分子の合成における重要な前駆体としても機能します。^{[ 8 ]}

グリシンは、白色で甘味のある結晶性固体であり、その名前はギリシャ語の glykys (ギリシャ語: γλυκύς )または「甘い」に由来する。^{[ 17 ] [ 7 ]}グリシンは体内で合成できるが、食事からも摂取でき、食品添加物、栄養補助食品、除草剤グリホサートなどの製品の製造中間体として、工業的に化学合成によって生産されている。^{[ 18 ]}グリシンは側鎖が最小限であるため、疎水性環境に適合することができる。 ^{[ 19 ]}

グリシンは、1820 年にフランスの化学者アンリ・ブラコノーが硫酸で煮沸してゼラチンを加水分解した際に発見されました。^{[ 20 ]}彼は当初それを「ゼラチンの糖」と呼んでいましたが、 ^{[ 21 ] [ 22 ]} 1838 年にフランスの化学者ジャン＝バティスト・ブッサンゴーが窒素を含んでいることを示しました。^{[ 23 ]} 1847 年に、当時ドイツの化学者ユストゥス・フォン・リービッヒの弟子であったアメリカの科学者エベン・ノートン・ホースフォードが「グリココール」という名前を提案しましたが、^{[ 24 ] [ 25 ]} 1 年後にスウェーデンの化学者ベルセリウスがよりシンプルな現在の名前を提案しました。^{[ 26 ] [ 27 ]}この名前はギリシャ語の γλυκύς「甘い味」^{[ 28 ]}に由来します（これは、糖タンパク質やグルコースなどの接頭辞glyco-やgluco-にも関連しています）。1858 年、フランスの化学者オーギュスト・カウールは、グリシンが酢酸のアミンであることを突き止めました。^{[ 29 ]}

グリシンは加水分解タンパク質から単離できますが、化学合成で製造する方が簡単なので、この方法は工業生産には使用されていません。^{[ 30 ]}主なプロセスは、クロロ酢酸をアンモニアでアミノ化してグリシンと塩酸を得る方法^{[ 31 ]}と、米国と日本における主要な合成方法であるストレッカーアミノ酸合成法^{[ 32 ]}の2つです。 ^{[ 33 ]}この方法で年間約1万5千トンが生産されています。^{[ 34 ]}

グリシンはEDTAの合成において、アンモニア副産物の反応から生じる不純物としても共生成されます。^{[ 35 ]}

水溶液中では、グリシンは主に双性イオン（H ₃ N ⁺ CH ₂ COO ^-）として存在し、正と負の両方の電荷を持つ極性分子である。 ^{[ 36 ]}双性イオン形態は、溶媒の水分子との水素結合によって安定化される。^{[ 37 ]}グリシンのニュートロン回折データの解析により 、固体状態では双性イオン形態であることが示され、水素結合の存在が確認された。^{[ 38 ]}理論計算により、単純なカルボン酸からアミンへの転移とは異なるいくつかのケースでは、双性イオンが気相にも存在しうることが示されている。^{[ 39 ]}

最も重要なのは、その酸塩基特性である。水溶液中では、グリシンは両性物質であり、pH2.4未満ではグリシニウムと呼ばれるアンモニウムカチオンに変化する。pH約9.6以上では、グリシン酸塩に変化する。

グリシンは二官能性分子であるため、多くの試薬と反応する。これらの反応は、窒素中心反応とカルボキシレート中心反応に分類できる。

グリシンは多くの金属イオンに対して二座配位子として機能し、アミノ酸錯体を形成する。^{[ 40 ]}代表的な錯体としては、グリシン酸鉄、グリシン酸銅、グリシン酸亜鉛などが挙げられる。

酸塩化物を用いると、グリシンは馬尿酸^{[ 41 ]}やアセチルグリシン^{[ 42 ]}などのアミドカルボン酸に変換される。亜硝酸を用いると、グリコール酸が得られる（ファン・スライク法）。ヨウ化メチルを用いると、アミンは四級化されて天然物であるトリメチルグリシンが得られる。

H₃ N ⁺CH₂ COO ⁻+ 3 CH ₃ I → (CH₃ )₃ N ⁺CH₂ COO ⁻ + 3 HI

グリシンはグリシルグリシンの形成から始まり、自身と縮合してペプチドを生成する：^{[ 43 ]}

2時間₃ N ⁺CH₂ COO ⁻ → H₃ N ⁺CH₂ CONHCH₂ COO ⁻ + _H₂O​

グリシンまたはグリシルグリシンの熱分解により、環状ジアミドである2,5-ジケトピペラジンが得られる。 ^{[ 44 ]}

グリシンはアルコールとエステルを形成する。これらのエステルは、グリシンメチルエステル塩酸塩のように、塩酸塩として単離されることが多い。そうでない場合、遊離エステルはジケトピペラジンに変化する傾向がある。

グリシンの主な機能は、タンパク質の前駆体として機能することです。ほとんどのタンパク質は少量のグリシンしか取り込みませんが、コラーゲンは例外で、ヒドロキシプロリンと共存してコラーゲンのらせん構造の形成において周期的に繰り返される役割を果たすため、約35%のグリシンを含んでいます。^{[ 46 ] [ 50 ]}遺伝暗号では、グリシンはGGで始まるすべてのコドン、すなわちGGU、GGC、GGA、およびGGGによってコードされます。^{[ 9 ]}

米国では、グリシンは通常、米国薬局方（USP）グレードと工業用グレードの2種類で販売されています。USPグレードの販売量は、米国グリシン市場の約80～85%を占めています。例えば静脈注射など、USP規格よりも高い純度が必要な場合は、より高価な医薬品グレードのグリシンを使用できます。工業用グレードのグリシンは、USPグレードの基準を満たす場合も満たさない場合もありますが、金属錯化剤や仕上げ剤などの工業用途向けに低価格で販売されています。^{[ 61 ]}

動物性食品および人間用食品

グリシンは、栄養価のために食品に広く使用されることはなく、煎じ薬以外では使用されていません。むしろ、食品化学におけるグリシンの役割は香料です。グリシンはほのかな甘味があり、サッカリンの後味を打ち消します。また、金属イオンとの錯体形成により、保存性も備えています。金属グリシン錯体、例えばグリシン酸銅(II)は、動物飼料のサプリメントとして使用されます。^{[ 34 ]}

1971年現在米国食品医薬品局は「グリシンとその塩類はもはや人間の食品に使用するのに一般的に安全であるとはみなしていない」^{[ 63 ]}とし、グリシンの食品への使用は特定の条件下でのみ許可している^{[ 64 ] 。}

グリシンは寿命を延ばす可能性について研究されてきた。^{[ 65 ] [ 66 ]}この効果のメカニズムとして提案されているのは、体内からメチオニンを除去する能力とオートファジーを活性化することである。^{[ 65 ]}

地球外にグリシンが存在することは、2004年にNASAの宇宙船スターダストがワイルド2彗星から採取し、その後地球に持ち帰ったサンプルの分析に基づいて、2009年に確認された。グリシンは、1970年にマーチソン隕石ですでに確認されていた。^{[ 71 ]}宇宙空間でのグリシンの発見は、生命の「構成要素」が宇宙全体に広く分布していると主張する、いわゆるソフトパンスペルミア説を裏付けるものとなった。 ^{[ 72 ]} 2016年には、ロゼッタ探査機が67P/チュリュモフ・ゲラシメンコ彗星内でグリシンを検出したことが発表された。^{[ 73 ]}

太陽系外の星間物質におけるグリシンの検出については議論がなされてきた。^{[ 74 ]}

グリシンは初期の遺伝暗号によって定義されると考えられている。^{[ 75 ] [ 76 ] [ 77 ] [ 78 ]}例えば、初期の遺伝暗号のプロトペプチドに似ている可能性のある低複雑性領域（タンパク質内）は、グリシンが非常に豊富である。^{[ 78 ]}

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• ChemSubオンライン（グリシン）
• NASAの科学者たちは、NASAのスターダスト探査機が持ち帰ったワイルド2彗星のサンプルから、生命の基本的な構成要素であるグリシンを発見した。