メチオニン

メチオニン（記号MetまたはM）^{[ 3 ]}（/ mɪˈθaɪəniːn /）[ ⁴ ]は、ヒトにとって必須のアミノ酸です。他のアミノ酸と比較して、メチオニンは特に生合成において決定的な役割を果たします。メチオニンはアミノ酸システインと遍在するメチル化剤rSAMの前駆体です。メチオニンは、N-^{ホルミルメチオニン}-sRNAによって開始されるタンパク質合成に必要です。

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た。^{[ 5 ]}これはAUGコドンによってコードされている。1925年に大竹悟によって、その構造記述2-アミノ-4-(メチルチオ)ブタン酸の略称として命名された。^{[ 6 ]}

メチオニン（略称MetまたはM、コ​​ドンAUGによってコードされる）は、タンパク質の生合成に使用されるα-アミノ酸です。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−^の形）、カルボキシル基に対してα位に位置するアミノ基（生物学的pH条件下ではプロトン化された−NH ⁺ ₃の形）、およびS-メチルチオエーテル側鎖を含み、非極性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されており、これはコード領域の開始を示し、 mRNA翻訳中に新生ポリペプチドで最初に生成されるアミノ酸であることを意味します。^{[ 7 ]}

システインとメチオニンは、硫黄を含む2つの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いくつかの例外（例えば、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、多くのタンパク質でチオール基が触媒的役割を果たすシステイン残基とは対照的です。^{[ 9 ]}ただし、メチオニン内のチオエーテルは、既知のすべてのタンパク質構造の3分の1において、側鎖の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、わずかな構造的役割を果たします。 ^{[ 9 ]}このような強い役割の欠如は、チオエーテルを持たない直鎖炭化水素側鎖アミノ酸であるノルロイシンでメチオニンを置換したタンパク質ではほとんど影響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暗号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（rSAM）の役割のために遺伝暗号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、オルニチンとアルギニンでも起こった可能性がある。^{[ 12 ]}

必須アミノ酸であるメチオニンは、ヒトや他の動物では新規合成されないため、メチオニンまたはメチオニン含有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、スレオニンやリジンと同様にアスパラギン酸ファミリーに属する（ジアミノピメリン酸経由であるが、α-アミノアジピン酸経由ではない）。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可能性がある。^{[ 9 ]}

• まず、アスパラギン酸はβ-アスパラチルセミアルデヒドを経て、末端カルボキシル基の2段階の還元により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）。中間体である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、リジン生合成経路ではピルビン酸と縮合する。ホモセリンはトレオニン生合成経路との分岐点であり、トレオニン生合成経路ではリン酸で末端ヒドロキシル基を活性化した後、異性化される（植物ではメチオニン生合成にも用いられる）。^{[ 9 ]}
• ホモセリンは、ヒドロキシル基にリン酸基、スクシニル基、またはアセチル基を付加することで活性化される。
  • 植物や一部の細菌では、リン酸が利用される。^{[ 9 ]この段階はスレオニン生合成と共通している。 [ 9 ]}
  • ほとんどの生物では、アセチル基がホモセリンの活性化に使用されます。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 ]}
  • 腸内細菌や限られた数の他の生物では、コハク酸が利用される。この反応を触媒する酵素はMetAであり、アセチルCoAとスクシニルCoAの特異性は単一のアミノ酸残基によって決定される。^{[ 9 ]}アセチルCoAまたはスクシニルCoAのどちらが優先されるかの生理学的根拠は不明であるが、このような代替経路は他のいくつかの経路（例えば、リジン生合成やアルギニン生合成）にも存在する。
• 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き換えられます。置換反応は厳密にはγ-脱離に続いてマイケル付加の変種です。関与するすべての酵素は相同体であり、 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Cys/Met代謝PLP依存性酵素ファミリーのメンバーです。これらの酵素は、カルバニオン中間体を安定化させることで機能する補因子PLP（ピリドキサールリン酸）を利用します。 ^{[ 9 ]}
  • システインと反応するとシスタチオニンが生成され、それが切断されてホモシステインが生成される。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つの酵素で異なる結合をするため、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ます。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ました）によって触媒されます。細菌ではmetYまたはmetZのいずれかによってコードされています。 ^{[ 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る。メタンチオールは特定の化合物の異化経路の副産物であるため、この経路はあまり一般的ではない。^{[ 9 ]}
• ホモシステインが生成されると、チオール基がメチル化されてメチオニンが生成される。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 _）依存性で、もう1つは非依存性である。^{[ 9 ]}

システインを用いる経路は「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）を用いる経路は「直接硫化経路」と呼ばれる。

システインも同様に生成され、活性化グリシンからホモシステイン（「逆トランススルフィリル化経路」）または硫化水素（「直接スルフィリル化経路」）のいずれかから生成されます。活性化セリンは一般的にO-アセチルセリン（大腸菌ではCysKまたはCysMを介して）ですが、Aeropyrum pernixおよび他のいくつかの古細菌ではO-ホスホセリンが使用されます。^{[ 16 ]} CysKとCysMは相同体ですが、PLPフォールドタイプIIIクレードに属します。

哺乳類はメチオニンを合成することはできないが、様々な生化学的経路でメチオニンを利用することができる。

メチオニンの分解は、以下の代謝性疾患において障害される。

• 複合型マロン酸・メチルマロン酸尿症（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

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_、ヒダントインを得る。[ 18 ^{]ラセミメチオニン}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（ _{ClCH2CH2SCH3 ）}でアルキル化し、続いて加水分解と脱炭酸を行うことによっても合成できる。メタノールも参照。^{[ 19 ]}

メチオニン補給に関する臨床的証拠は決定的ではない。^{[ 20 ]}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。^{[ 20 ]}

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。^{[ 21 ] [ 22 ]}

メチオニンの欠乏は、老人性白髪症と関連付けられています。メチオニンの欠乏は、毛包における過酸化水素の蓄積、チロシナーゼの有効性の低下、および毛髪色の徐々の喪失につながります。^{[ 26 ]}メチオニンは細胞内グルタチオン濃度を上昇させ、抗酸化物質を介した細胞防御と酸化還元調節を促進します。また、酸化代謝物に結合することで、ドーパミン誘発性黒質細胞喪失から細胞を保護します。^{[ 27 ]}

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の中間体である。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り動脈硬化症を引き起こす可能性がある^{[ 28 ]}。

DL-メチオニンは、犬のサプリメントとして投与されることがあります。犬の腎結石の発生率を低下させるのに役立ちます。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を増加させることも知られています。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下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。尿を酸性化する食事を与えている犬には、メチオニンを使用すべきではありません。^{[ 29 ]}

メチオニンは、米国認定有機プログラムの下で有機家禽飼料のサプリメントとして認められています。^{[ 30 ]}

メチオニンは、オレンジ作物の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できる。 ^{[ 31 ]}

ますます多くの研究が、メチオニン摂取を制限すると一部の動物の寿命が延びることを示している。^{[ 32 ] [ 33 ]}

2005年の研究では、げっ歯類においてエネルギー制限なしにメチオニン摂取量を制限すると寿命が延びることが示された。^{[ 34 ]}

• アラントイン
• ホルミルメチオニン
• メチオニン酸化
• パラセタモール中毒
• 光反応性メチオニン
• S-メチルシステイン

• Rudra MN 、 Chowdhury LM (1950年9月30日)。「穀物と豆類のメチオニン含有量」。Nature。166 ( 568): 568。Bibcode : 1950Natur.166..568R。doi : 10.1038 / 166568a0。PMID 14780151。S2CID 3026278。