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 メチオニンの標準形の骨格式
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| 名前 | |||
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| IUPAC名
メチオニン
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| その他の名前
2-アミノ-4-(メチルチオ)ブタン酸
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| 識別子 | |||
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3Dモデル（JSmol）
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| 略語 | メット、M | ||
| チェビ |
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| チェムBL |
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| ケムスパイダー |
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| ドラッグバンク |
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| ECHA 情報カード | 100.000.393 | ||
| EC番号 |
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| ケッグ |
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パブケム CID
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| ユニ |
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CompTox ダッシュボード ( EPA )
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| プロパティ[2] | |||
| C 5 H 11 N O 2 S | |||
| モル質量 | 149.21 グラムモル−1 | ||
| 外観 | 白色結晶粉末 | ||
| 密度 | 1.340グラム/ cm3 | ||
| 融点 | 281 °C (538 °F; 554 K) 分解する | ||
| 可溶性 | |||
| 酸性度（p Ka） | 2.28（カルボキシル）、9.21（アミノ）[1] | ||
| 薬理学 | |||
| V03AB26 ( WHO ) QA05BA90 ( WHO )、QG04BA90 ( WHO ) | |||
| 補足データページ | |||
| メチオニン（データページ） | |||
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
インフォボックス参照
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メチオニン（記号MetまたはM）[ 3]（/ mɪˈ θ aɪə n iː n /）[4]は、ヒトにとって必須アミノ酸である。
メチオニンは、システインやタウリンなどの他の非必須アミノ酸、 SAM-eなどの多用途化合物、重要な抗酸化物質であるグルタチオンの前駆体として、人間を含む多くの種の代謝と健康に重要な役割を果たしています。メチオニンは、血管新生や、DNA転写、エピジェネティック発現、遺伝子調節に関連するさまざまなプロセスにも関与しています。
メチオニンは1921年にジョン・ハワード・ミューラーによって初めて単離されました。[5]これはAUGコドンによってコードされています。1925年に小竹悟によって、その構造説明の略称である2-アミノ-4-(メチルチオ)ブタン酸として命名されました。[6]
生化学的詳細
メチオニン（略称MetまたはM、コドンAUGでコードされる）は、タンパク質の生合成に用いられるα-アミノ酸である。カルボキシル基（生物学的pH条件下では脱プロトン化された−COO−型） 、アミノ基（プロトン化された−NH型）を含む。 +
3カルボキシル基に対してα位に位置するS-メチルチオエーテル側鎖と、生物学的pH条件下で形成されるS-メチルチオエーテル基を有し、非極性の脂肪族アミノ酸に分類されます。
真核生物および古細菌の核遺伝子では、メチオニンは開始コドンによってコード化されており、これはコード領域の開始を示し、 mRNAの翻訳中に新生ポリペプチドで生成される最初のアミノ酸であることを意味する。[7]
タンパク質構成アミノ酸
システインとメチオニンは、2つの硫黄含有タンパク質構成アミノ酸です。メチオニンが酸化還元センサーとして機能する可能性のあるいくつかの例外（例：メチオニンスルホキシド[8]）を除いて、メチオニン残基は触媒的役割を果たしません。[9]これは、チオール基が多くのタンパク質で触媒的役割を果たすシステイン残基とは対照的です。[9]しかし、メチオニン内のチオエーテルは、既知のタンパク質構造の3分の1において、側鎖硫黄原子と芳香族アミノ酸との間のS / π相互作用の安定性効果により、構造的に小さな役割を果たしています。[9]この大きな役割の欠如は、メチオニンをチオエーテルのない直鎖炭化水素側鎖アミノ酸であるノルロイシンに置き換えたタンパク質ではほとんど効果が見られないという実験に反映されています。 [10]ノルロイシンは遺伝コードの初期バージョンに存在していたが、メチオニンは補因子S-アデノシルメチオニン（SAM-e） で使用されているため、遺伝コードの最終バージョンに侵入したと推測されている。[11]この状況は特異なものではなく、オルニチンやアルギニンでも発生した可能性がある。[12]
エンコーディング
メチオニンは、標準遺伝暗号において単一のコドン（AUG）でコードされるたった2つのアミノ酸のうちの1つである（もう1つはUGGでコードされるトリプトファンである）。そのコドンの進化的起源を反映して、他のAUNコドンは疎水性アミノ酸であるイソロイシンをコードする。後生動物や酵母を含むいくつかの生物のミトコンドリアゲノムでは、コドンAUAはメチオニンもコードする。標準遺伝暗号では、AUAはイソロイシンをコードし、対応するtRNA（大腸菌ではileX ）はAUGを区別するためにリシジン（細菌）またはアグマチジン（古細菌）という珍しい塩基を使用する。[13] [14]
メチオニンコドンAUGは、最も一般的な開始コドンでもあります。「開始」コドンは、AUGコドンがコザックコンセンサス配列にある場合に、mRNAからのタンパク質翻訳の開始を知らせるリボソームへのメッセージです。その結果、メチオニンは、翻訳中に真核生物や古細菌のタンパク質のN末端位置に組み込まれることが多いですが、翻訳後修飾によって除去されることもあります。細菌では、誘導体のN-ホルミルメチオニンが最初のアミノ酸として使用されます。
デリバティブ
ス-アデノシルメチオニン
メチオニン誘導体S -アデノシルメチオニン(SAM-e) は、主にメチル供与体として機能する補因子です。SAM-e は、メチオニンの硫黄に結合したアデノシル分子 (5' 炭素経由) で構成されているため、スルホニウムカチオン (3 つの置換基と正電荷) になります。硫黄はソフト ルイス酸(つまり、供与体/求電子剤) として機能し、コバラミン(ヒトのビタミン B 12 )などの他の補因子の助けを借りて、S -メチル基を酸素、窒素、または芳香族系に転移させます。一部の酵素は SAM-e を使用してラジカル反応を開始します。これらはラジカル SAM-e酵素と呼ばれます。メチル基の転移の結果、S -アデノシルホモシステインが得られます。細菌では、メチル化によってこれが再生されるか、アデニンとホモシステインを除去することによって回収され、ジヒドロキシペンタンジオン化合物が自然にオートインデューサー 2に変換され、老廃物またはクオラムシグナルとして排出されます。
生合成
メチオニンは必須アミノ酸であるため、ヒトや他の動物では新規に合成されず、メチオニンまたはメチオニンを含むタンパク質を摂取する必要がある。植物や微生物では、メチオニンの生合成は、トレオニンやリジン（ジアミノピメレート経由、 α-アミノアジペート経由ではない）とともにアスパラギン酸ファミリーに属する。主骨格はアスパラギン酸に由来し、硫黄はシステイン、メタンチオール、または硫化水素に由来する。[9]
- まず、アスパラギン酸はβ-アスパルチルセミアルデヒドを経て、末端カルボキシル基の2つの還元段階を経てホモセリンに変換される（ホモセリンはγ-ヒドロキシル基を持つため、ホモ系列となる）。中間体のアスパラギン酸セミアルデヒドはリジン生合成経路との分岐点であり、ピルビン酸と縮合する。ホモセリンはトレオニン経路との分岐点であり、リン酸で末端ヒドロキシル基を活性化した後に異性化する（植物のメチオニン生合成にも使用される）。[9]
- その後、ホモセリンは、ヒドロキシル上のリン酸、スクシニル、またはアセチル基によって活性化されます。
- 植物やおそらく一部の細菌では[9]リン酸が利用される。このステップはトレオニン生合成と共有されている。[9]
- ほとんどの生物では、アセチル基はホモセリンを活性化するために使用されます。これは、細菌ではmetXまたはmetA （相同体ではない）によってコードされる酵素によって触媒されます。[9]
- 腸内細菌および限られた数の他の生物では、コハク酸が使用されています。反応を触媒する酵素はMetAであり、アセチルCoAおよびスクシニルCoAに対する特異性は単一の残基によって決定されます。 [9]アセチルCoAまたはスクシニルCoAの優先性の生理学的根拠は不明ですが、そのような代替経路は他のいくつかの経路（リジン生合成やアルギニン生合成など）に存在します。
- その後、ヒドロキシル活性化基はシステイン、メタンチオール、または硫化水素に置換される。置換反応は技術的にはγ-脱離であり、その後にマイケル付加の変形が続く。関与する酵素はすべて相同体であり、Cys/Met代謝PLP依存性酵素ファミリーのメンバーであり、PLP依存性フォールドタイプIクレードのサブセットである。それらはカルボアニオン中間体を安定化することによって機能する補因子PLP（ピリドキサールリン酸）を利用する。[9]
- システインと反応するとシスタチオニンが生成され、これが切断されてホモシステインとなる。関与する酵素はシスタチオニン-γ-シンターゼ（細菌ではmetBによってコードされる）とシスタチオニン-β-リアーゼ（metC）である。シスタチオニンは2つの酵素で異なる方法で結合し、β反応またはγ反応が起こる。[9]
- 遊離硫化水素と反応するとホモシステインが生成される。これはO -アセチルホモセリンアミノカルボキシプロピルトランスフェラーゼ（以前はO -アセチルホモセリン（チオール）リアーゼとして知られていた）によって触媒される。細菌ではmetYまたはmetZによってコードされている。[9]
- メタンチオールと反応すると、直接メチオニンが生成されます。メタンチオールは特定の化合物の分解経路の副産物であるため、この経路はあまり一般的ではありません。[9]
- ホモシステインが生成される場合、チオール基がメチル化され、メチオニンが生成されます。メチオニン合成酵素は2種類知られており、1つはコバラミン（ビタミンB12 ）依存性、もう1つは非依存性です。[9]
システインを使用する経路は「トランス硫化経路」と呼ばれ、硫化水素（またはメタンチオール）を使用する経路は「直接硫化経路」と呼ばれます。
システインも同様に生成され、活性化セリンとホモシステイン（「逆トランススルフィレーション経路」）または硫化水素（「直接スルフィレーション経路」）から生成されます。活性化セリンは通常O -アセチルセリン（大腸菌ではCysKまたはCysM経由）ですが、エアロパイラム・ペルニクスや他の古細菌ではO -ホスホセリンが使用されます。[15] CysKとCysMは相同体ですが、PLPフォールドタイプIII系統に属します。
トランススルフィレーション経路
大腸菌のメチオニン生合成におけるトランススルフィリル化経路に関与する酵素：
- アスパルトキナーゼ
- アスパラギン酸セミアルデヒド脱水素酵素
- ホモセリン脱水素酵素
- ホモセリンO -トランスサクシニラーゼ
- シスタチオニン-γ-シンターゼ
- シスタチオニンβリアーゼ
- メチオニン合成酵素（哺乳類では、このステップはホモシステインメチルトランスフェラーゼまたはベタイン-ホモシステインS -メチルトランスフェラーゼによって実行されます。）
その他の生化学的経路
哺乳類はメチオニンを合成できませんが、さまざまな生化学的経路でメチオニンを使用することができます。
異化
メチオニンは（1）メチオニンアデノシルトランスフェラーゼによってS-アデノシルメチオニン（SAM-e）に変換されます。
SAM-eは多くの（2）メチルトランスフェラーゼ反応においてメチル供与体として機能し、S-アデノシルホモシステイン（SAH）に変換されます。
（３）アデノシルホモシステイナーゼ システイン。
再生
メチオニンは、ビタミンB12を補因子として必要とする反応において、 （4）メチオニン合成酵素を介してホモシステインから再生することができる。
ホモシステインはまた、グリシンベタイン（N、N、N-トリメチルグリシン、TMG）を使用して、ベタインホモシステインメチルトランスフェラーゼ（EC2.1.1.5、BHMT）酵素を介してメチオニンに再メチル化されることもあります。BHMTは肝臓の可溶性タンパク質全体の最大1.5％を占めており、最近の証拠によると、BHMTはメチオニン合成酵素よりもメチオニンとホモシステインの恒常性に大きな影響を与える可能性があることが示唆されています。
逆トランススルフィレーション経路：システインへの変換
ホモシステインはシステインに変換されます。
- （５）シスタチオニンβシンターゼ（ビタミンB6の活性型であるピリドキサールリン酸を必要とする酵素）はホモシステインとセリンを結合させてシスタチオニンを生成する。生合成経路のようにシスタチオニンβリアーゼを介してシスタチオニンを分解する代わりに、シスタチオニンは（６）シスタチオニンγリアーゼを介してシステインとα-ケト酪酸に分解される。
- （７）α-ケト酸脱水素酵素はα-ケト酪酸をプロピオニルCoAに変換し、プロピオニルCoAは3段階のプロセスでスクシニルCoAに代謝される（経路についてはプロピオニルCoAを参照）。
エチレン合成
このアミノ酸は植物によるエチレンの合成にも使用されます。このプロセスは、ヤン回路またはメチオニン回路として知られています。
代謝性疾患
以下の代謝性疾患ではメチオニンの分解が阻害されます。
- マロン酸とメチルマロン酸の複合尿症（CMAMMA）
- ホモシスチン尿症
- メチルマロン酸血症
- プロピオン酸血症
化学合成
工業的合成では、アクロレイン、メタンチオール、シアン化物を組み合わせてヒダントインが得られる。 [ 16] ラセミ体のメチオニンは、ジエチルナトリウムフタルイミドマロネートをクロロエチルメチルスルフィド（ClCH 2 CH 2 SCH 3 ）でアルキル化し、続いて加水分解および脱炭酸することによって合成することもできる。メタノールも参照のこと。[17]
人間の栄養
メチオニン補給に関する決定的な臨床的証拠はない。[18]メチオニンの食事制限は骨関連疾患につながる可能性がある。[18]
メチオニン補給は銅中毒患者に有益である可能性がある。[19]
DNAメチル化におけるメチル基供与体であるメチオニンの過剰摂取は、多くの研究で癌の増殖と関連していることが示されています。[20] [21]
要件
米国医学研究所の食品栄養委員会は、 2002年に必須アミノ酸の推奨摂取量（RDA）を設定しました。メチオニンとシステインの組み合わせの場合、19歳以上の成人の場合、体重1kgあたり1日19mgです。[22]
これは体重70キロの人の場合、1日あたり約1.33グラムに相当します。
食事源
メチオニンは卵、肉、魚、ゴマ、ブラジルナッツ、その他の植物の種子、穀物に多く含まれています。ほとんどの果物や野菜にはメチオニンがほとんど含まれていません。ほとんどの豆類はタンパク質が豊富ですが、メチオニンは少ないです。十分なメチオニンを含まないタンパク質は完全なタンパク質とはみなされません。[23]そのため、ラセミ体のメチオニンがペットフードの原料として添加されることがあります。[24]
健康
メチオニンの減少は、老人性白髪化に関連している。メチオニンの欠乏は、毛包内の過酸化水素の蓄積、チロシナーゼの有効性の低下、および徐々に髪の色の喪失につながる。[25]メチオニンはグルタチオンの細胞内濃度を上昇させ、それによって抗酸化物質を介した細胞防御および酸化還元調節を促進する。また、酸化代謝物に結合することにより、ドーパミン誘発性の黒質細胞損失から細胞を保護する。[26]
メチオニンはシステイン、カルニチン、タウリン、レシチン、ホスファチジルコリン、その他のリン脂質の生合成中間体である。メチオニンの不適切な変換はホモシステインの蓄積によるアテローム性動脈硬化症を引き起こす可能性がある[27]。
その他の用途
DL-メチオニンは犬のサプリメントとして与えられることがあります。犬の腎臓結石のリスクを減らすのに役立ちます。メチオニンは尿を酸性化することでキニジンの尿中排泄量を増やすことでも知られています。尿路感染症の治療に使用されるアミノグリコシド系抗生物質はアルカリ性条件で最も効果を発揮しますが、メチオニンの使用による尿の酸性化はその効果を低下させる可能性があります。犬が尿を酸性化する食事をしている場合は、メチオニンを使用しないでください。[28]
メチオニンは、米国の有機認証プログラムの下で有機家禽飼料の補助食品として認められている。[29]
メチオニンは、オレンジ作物にとって深刻な害虫であるオオアゲハの幼虫に対する無毒の殺虫剤として使用することができます。 [30]
参照
参考文献
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