定義
グルタミン代謝は、グルタミン合成酵素によってグルタミン酸とアンモニアからグルタミンを合成し、グルタミナーゼによって再びグルタミン酸とアンモニウムイオンへ分解する循環である。グルタミンは血中で最も多い遊離アミノ酸の一つで、炭素骨格と窒素を臓器間で安全に運搬する。
イメージ
アンモニアをそのまま血液へ流すと危険なので、グルタミン酸へ蓋をしてグルタミンという輸送箱に入れると考える。必要な臓器で箱を開け、窒素を尿素産生、アンモニウム排泄、核酸合成へ使い、残った炭素骨格をTCA回路の燃料へ回す。
仕組み
末梢組織ではグルタミン合成酵素が、グルタミン酸、アンモニア、ATPからグルタミンを合成する。肝門脈域の肝細胞ではグルタミナーゼがアンモニウムイオンを放出し、尿素回路へ供給する。一方、中心静脈周囲の肝細胞ではグルタミン合成酵素が残ったアンモニアを捕捉し、二段階の解毒系を作る。腎臓ではアシドーシス時にグルタミナーゼとグルタミン酸脱水素酵素が増え、グルタミン一分子から二分子のアンモニウムイオンと新たなHCO₃⁻を産生する。腸上皮、活性化リンパ球、一部の腫瘍細胞はグルタミンを高率に取り込み、α-ケトグルタル酸を経てTCA回路へ入れる。さらに、プリン、ピリミジン、アスパラギン、ヘキソサミンの合成で窒素供与体となる。
例
運動、外傷、感染では筋からのグルタミン放出が増え、腸、免疫細胞、腎臓へ窒素と炭素を供給する。慢性アシドーシスでは腎臓のグルタミン利用が増え、アンモニウム排泄とHCO₃⁻補充を促す。増殖細胞ではグルコースだけでなく、グルタミン由来炭素がTCA回路と生合成を支える。