グルタミン Glutamine

8-6-2017 Last update

 

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生合成

#fromglu

グルタミン酸からの合成

グルタミン酸からの合成

> アンモニウムイオンがNH2として付加されるだけの，シンプルな反応である（2）。

> この反応はグルタミンシンセターゼ glutamine synthetase (GS) によって触媒される（2）。

グルタミン酸 -グルタミンサイクル Glu-Gln cycle


 

> 下記の一連のサイクルのことをいう。詳細はこちらへ。図は文献6から引用。GABAを考慮に入れている。

  1. ニューロンがシナプスに興奮性神経伝達物質グルタミン酸 Glu を放出する。
  2. Glu はアストロサイトに取り込まれ，グルタミンシンセターゼ glutamine synthetase によってGlnになる。
  3. Gln がアストロサイトからシナプスに放出され，ニューロンに取り込まれる。
  4. ニューロン内で Gln は Glu に変換され，再び神経伝達物質として利用される。

 

血中アンモニア濃度が高い条件下では，解毒反応のためにグルタミン合成速度Vglnが増大する（4, 右図）。

 

つまり，通常のサイクルの分に加え，アンモニアの解毒分だけグルタミンの合成量が増大する。その結果，全合成量 Vgln は通常時の約2倍になる。

 

その際，グルタミン酸もどこからか供給されなければならないが，それはピルビン酸カルボキシラーゼを介した代謝反応，すなわち補充反応によって供給されるようである。

 


> また，この反応はニューロンではなくアストロサイトで起こっていることも重要（4）。

: この論文で，Gln が脳から血中へ出て行くefluxは，0 - 0.11 µmol/g/min である。

: 通常状態の Gln efflux は，0 - 0.02 µmol/g/min と書かれている。 

 

Vcycle を計算するための微分方程式として，以下のような関係式が用いられている（5）。

 

  • nGlu/dt = Vcycle + nVxKGGlu - [Vcycle + nVxGluKG]
  • aGlu/dt = Vcycle + aVxKGGlu - [ Vgln + aVxGluKG]
  • Gln/dt = Vgln - [Vpc + Vcycle]

 

それぞれの文字の意味は以下の通りである。

  • nGlu/dt: 神経細胞のグルタミン酸濃度の変化率
  • aGlu/dt: アストロサイトのグルタミン酸濃度の変化率
  • nVxKGGlu, nVxGluKG: ニューロンにおける α-ケトグルタル酸から Glu へのflux
  •  Vgln = Vpc + Vcycle: グルタミン酸生合成の速度 
  •  Vpc: ピルビン酸カルボキシラーゼを介した flux 

References

  1. Sibson 2001a. In vivo 13C NMR measurement of neurotransmitter glutamate cycling, anaplerosis and TCA cycle flux in rat brain during [2-13C]glucose infusion. J Neurochem 76, 975-989.
  2. Berg ed. 2006 (Book). Biochemistry, chapter 17. W.H. Freeman and Company, NY. 
  3. de Graaf et al. 2003a (Review). In vivo 1H-[13C]-NMR spectroscopy of cerebral metabolism. NMR Biomed 16, 339-357. 
  4. Sibson et al. 1997a. In vivo 13C NMR measurements of cerebral glutamine synthesis as evidence for glutamate-glutamine cycling. PNAS 94, 2699-2704.
  5. Herzog et al. 2013a. Lactate preserves neuronal metabolism and function following antecent recurrent hypoglycemia. J Clin Invest 123, 1988-1998.
  6. Patel et al. 2005a. The contribution of GABA to glutamate/glutamine cycling and energy metabolism in the rat cortex in vivo. PNAS 102, 5588-5593.