ロイシンは、生体内のタンパク質を構成する22個のアミノ酸の一つです。これは、体内で合成されない9つの必須アミノ酸の1つに属し、食事で摂取する食品とともに摂取する必要があります。
ロイシンは1818年にフランスの化学者であり薬剤師であるJLプルーストによって最初に説明されました。その後、ErlenmeyerとKunlinは、分子式がC6H13NO2であるα-ベンゾイルアミド-β-イソプロピルアクリル酸から調製しました。
アミノ酸ロイシンの化学構造（出典：ウィキメディア・コモンズ経由のクラベシン）
ロイシンはタンパク質の翻訳方向の発見の鍵でした。その疎水性構造により、生化学者のハワードディンツィスは炭素3の水素を放射能標識し、アミノ酸がペプチド合成に組み込まれる方向を観察できるようになったためですヘモグロビン。
ロイシン「ジッパー」または「クロージャー」として知られるタンパク質は、「ジンクフィンガー」とともに、真核生物の最も重要な転写因子です。ロイシンジッパーは、DNAとの疎水性相互作用を特徴としています。
一般に、ロイシンに富む、または分岐鎖アミノ酸で構成されるタンパク質は、肝臓で代謝されず、筋肉に直接移動して、タンパク質合成やエネルギー生産に急速に使用されます。
ロイシンは、乳腺で合成される乳タンパク質とアミノ酸の生合成に必要な分岐鎖アミノ酸です。このアミノ酸の多くは、母乳中に遊離形で見られます。
タンパク質を構成するすべてのアミノ酸の中で、ロイシンとアルギニンが最も豊富であり、どちらも生命の木を構成するすべての王国のタンパク質で検出されています。
特徴
ロイシンは必須の分岐鎖アミノ酸として知られており、他のアミノ酸と典型的な構造を共有しています。ただし、側鎖またはR基に2つの直線的に結合した炭素があり、最後の1つが水素原子と2つのメチル基に結合しているため、区別されます。
それは非荷電極性アミノ酸のグループに属し、これらのアミノ酸の置換基またはRグループは疎水性で非極性です。これらのアミノ酸は主にタンパク質内およびタンパク質間の疎水性相互作用の原因であり、タンパク質の構造を安定させる傾向があります。
キラル（α炭素）である中心炭素を持つ、つまり4つの異なる置換基が結合しているすべてのアミノ酸は、2つの異なる形で自然界に見られます。したがって、D-およびL-ロイシンがあり、後者はタンパク質構造で典型的です。
各アミノ酸の両方の形態は、異なる特性を持ち、異なる代謝経路に参加し、それらが属する構造の特性を変更することさえできます。
たとえば、L-ロイシンフォームのロイシンは少し苦い味がしますが、D-ロイシンフォームのロイシンは非常に甘いです。
L型のアミノ酸は、哺乳類の体が代謝しやすくなります。L-ロイシンは容易に分解され、タンパク質の構築と保護に使用されます。
構造
ロイシンは6個の炭素原子で構成されています。すべてのアミノ酸に共通の中心炭素は、カルボキシル基（COOH）、アミノ基（NH2）、水素原子（H）、および4つの炭素原子で構成される側鎖またはR基に結合しています。
アミノ酸内の炭素原子はギリシャ文字で識別できます。番号付けは、カルボン酸（COOH）の炭素から始まりますが、ギリシャ語のアルファベットによる注釈は、中央の炭素から始まります。
ロイシンは、そのR鎖の置換基として、水素原子の損失によって生成されるイソブチル基または2-メチルプロピル基を持ち、アルキルラジカルを形成します。これらのグループは、アミノ酸構造の分岐として表示されます。
特徴
ロイシンは、クエン酸回路に関与する他の化合物のケトン生成前駆体として機能することができるアミノ酸です。このアミノ酸は、肝細胞におけるケトン体の形成経路の一部であるアセチル-CoAまたはアセトアセチル-CoAの合成のための重要なソースを表します。
ロイシンは、インスリンシグナル伝達経路に必須であり、タンパク質合成の開始に関与し、分解によるタンパク質損失を防ぐことが知られています。
通常、タンパク質の内部構造は、ロイシン、バリン、イソロイシン、メチオニンなどの疎水性アミノ酸で構成されています。このような構造は、チトクロームCの場合のように、通常、生物間で共通の酵素のために保存されています。
ロイシンは、乳腺の細胞内の代謝経路を活性化して、哺乳類の若年者のエネルギー恒常性の調節においてシグナル伝達分子として機能する乳糖、脂質、タンパク質の合成を刺激することができます。
ロイシンに富むドメインは、特定のDNA結合タンパク質の重要な部分であり、一般にスーパーコイル状の構造ダイマーであり、「ロイシンジッパータンパク質」として知られています。
これらのタンパク質には、転写因子のDNAへの結合や異なる転写因子間の結合の調節に関与する他の疎水性アミノ酸とともに、ロイシンの繰り返しの規則的なパターンが特徴的です。
ロイシンジッパータンパク質は、ホモダイマーまたはヘテロダイマーを形成し、転写因子の特定の領域に結合して、それらが制御するDNA分子とのペアリングおよび相互作用を制御できます。
生合成
ロイシンを含むすべての分岐鎖アミノ酸は、主に植物や細菌で合成されます。顕花植物では、ロイシンの生産量が大幅に増加します。これは、ロイシンが花や果物の芳香に関与するすべての化合物の重要な前駆体であるためです。
さまざまな細菌ペプチドにおける豊富なロイシンが原因である要因の1つは、ロイシンの遺伝暗号コードの6つの異なるコドン（UUA-UUG-CUU-CUC-CUA-CUG）であり、同じことが当てはまります。アルギニン。
ロイシンは、バリンに関連するケト酸を出発点として使用する5段階のルートで細菌内で合成されます。
このプロセスはアロステリックに調節されているため、細胞内に過剰なロイシンが存在すると、経路に関与する酵素を阻害し、合成を停止します。
生合成経路
細菌のロイシン生合成は、酵素2-イソプロピルマルトシンターゼの作用により、バリンのケト酸誘導体である3-メチル-2-オキソブタン酸が（2S）-2-イソプロピルリンゴ酸に変換されることから始まります。この目的のためにアセチルコアと水を使用しています。
（2S）-2-イソプロピルリンゴ酸は水分子を失い、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼによって2-イソプロピルマレイン酸に変換されます。続いて、同じ酵素が別の水分子を追加し、2-イソプロピルマレイン酸を（2R-3S）-3-イソプロピルリンゴ酸に変換します。
この最後の化合物は、（2S）-2-イソプロピル-3-オキソサクシネートが生成されるNAD +の分子の参加に値する酸化還元反応にさらされます。これは、酵素3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ。
（2S）-2-イソプロピル-3-オキソコハク酸は自然にCO2の形で炭素原子を失い、分岐鎖アミノ酸トランスアミナーゼ（具体的にはロイシントランスアミナーゼ）の作用により4-メチル-2-オキソペンタノエートを生成します。 L-グルタミン酸と2-オキソグルタル酸の同時放出により、L-ロイシンを生成します。
劣化
ロイシンの主な役割は、筋肉タンパク質の合成を開始するのに十分なアミノ酸とエネルギーがあることを細胞に伝える信号として機能することです。
ロイシンなどの分岐鎖アミノ酸の分解は、アミノ基転移から始まります。これとそれに続く2つの酵素ステップは、ロイシン、イソロイシン、バリンの場合、同じ3つの酵素によって触媒されます。
3つのアミノ酸のアミノ基転移により、これらのα-ケト酸誘導体が生成されます。これらは酸化的脱炭酸反応を受けて、α-、β-脱水素されて、α-、β-不飽和アシル-CoAチオエステルを生成するアシル-CoAチオエステルを生成します。
ロイシンの異化中に、対応するα、β-不飽和アシル-CoAチオエステルを使用して、代謝物3-ヒドロキシ-3-メチルグルタリル-CoAが関与する経路を介してアセトアセテート（アセト酢酸）とアセチル-CoAを生成します。 （HMG-CoA）、これはコレステロールと他のイソプレノイドの生合成の中間体です。
ロイシンの異化経路
ロイシンに由来するα、β-不飽和アシル-CoAチオエステルの形成から、このアミノ酸とバリンおよびイソロイシンの異化経路はかなり異なります。
ロイシンのα、β-不飽和アシル-CoAチオエステルは、（1）3-メチルクロトニル-CoAカルボキシラーゼ、（2）3-メチルグルタコニル-CoAヒドラターゼ、（3）3-ヒドロキシと呼ばれる3つの異なる酵素によって下流で処理されます。 -3-メチルグルタリル-CoAリアーゼ。
細菌では、これらの酵素が3-メチルクロトニル-CoA（ロイシン由来）から3-メチルグルタコニル-CoA、3-ヒドロキシ-3-メチルグルタリル-CoA、アセトアセテートおよびアセチル-CoAへの変換をそれぞれ担っています。
血液中に含まれるロイシンは、筋肉/筋原繊維タンパク質（MPS）の合成に使用されます。これは、このプロセスの活性化要因として機能します。また、インスリンと直接相互作用し、インスリンの供給に影響を与えます。
ロイシンが豊富な食品
アミノ酸が豊富なタンパク質の摂取は、生物の細胞生理にとって不可欠であり、ロイシンは必須アミノ酸の例外ではありません。
ホエイから得られるタンパク質は、L-ロイシン残基が最も豊富であると考えられています。しかし、魚、鶏肉、卵、赤身の肉などのすべての高タンパク質食品は、大量のロイシンを体内に提供します。
トウモロコシの穀粒は、リジンとトリプトファンのアミノ酸が不足しており、消化のための非常に硬い三次構造を持ち、栄養学的観点からはほとんど価値がありませんが、ロイシンとイソロイシンのレベルが高いです。
マメ科植物の果実は、リジン、スレオニン、イソロイシン、ロイシン、フェニルアラニン、バリンなど、ほとんどすべての必須アミノ酸が豊富ですが、メチオニンとシステインは少ないです。
ロイシンは、高級アスリート向けのサプリメントとして抽出、精製、濃縮された錠剤で、医薬品として販売されています。このアミノ酸を分離する主な原因は、脱脂大豆粉です。
BCAA（Branched Chain Amino Acids）として知られている筋肉再生のためにアスリートが使用する栄養補助食品があります。これにより、高濃度の分岐鎖アミノ酸（ロイシン、バリン、イソロイシン）が得られます。
その摂取の利点
ロイシンが豊富な食品は、肥満やその他の代謝性疾患の抑制に役立ちます。多くの栄養士は、ロイシンが豊富な食品とこのアミノ酸に基づくサプリメントが成人の食欲と不安の調節に寄与していると指摘しています。
ロイシンに富むすべてのタンパク質は、筋肉タンパク質合成を刺激します。他の必須アミノ酸に対する摂取されたロイシンの比率の増加は、高齢患者の筋肉組織におけるタンパク質合成の減衰を逆転させることができることが示されています。
麻痺した重度の黄斑障害を持つ人々でさえ、全身の筋肉抵抗運動を適用することに加えて、ロイシンの正しい経口補給で筋肉量と筋力の損失を止めることができます。
ロイシン、バリン、イソロイシンは脊椎動物の骨格筋を構成する塊の必須成分であるため、それらの存在は新しいタンパク質の合成や既存のタンパク質の修復に不可欠です。
欠乏症
ヒトのロイシン、バリン、イソロイシンの代謝に関与するα-ケト酸デヒドロゲナーゼ酵素複合体の欠損または奇形は、重度の精神障害を引き起こす可能性があります。
さらに、これらの分岐鎖アミノ酸の代謝に関連する病状があり、「メープルシロップ尿症」と呼ばれています。
これまでに、ロイシンの過剰摂取による悪影響の存在は証明されていません。ただし、このアミノ酸への組織の過剰な曝露に関連する長期の研究はなかったため、1日あたりの最大投与量は550 mg / kgが推奨されています。
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