A general term for organic compounds that have an amino group and a carboxyl group in one molecule. When proteins are completely hydrolyzed with hydrochloric acid or other agents, ammonia and free amino acids are obtained; amino acids are the basic building blocks of proteins that control all life phenomena. Most amino acids isolated from proteins are α (alpha)-amino acids, in which the amino group and carboxyl group are bonded to the same carbon atom, and have the general formula R-CHNH 2 -COOH. R represents an aliphatic, aromatic, or heterocyclic substituent. In addition, amino acids are named β (beta)-amino acids, γ (gamma)-amino acids, δ (delta)-amino acids, etc., as the amino group moves successively to the adjacent carbon atom. Generally, amino acids refer to α-amino acids. The first amino acid discovered was asparagine. In 1806, French chemists Vauclin and Robiquet isolated new crystals from asparagus sprouts and named them asparagine. The first amino acid to be isolated from protein hydrolysates was French chemist H. Braconnot (1780-1855), who in 1820 decomposed glue, meat, wool, etc. with sulfuric acid and isolated glycine from glue and leucine from meat and wool. Over the next 130 years, until threonine was discovered by American biochemists Mayer and WC Rose (1887-1985) in 1936, 22 major amino acids were discovered. In addition to these, various amino acids have been discovered in nature as components of peptides and special proteins of animals, plants, and microorganisms, or as free amino acids, and the total number of amino acids has reached more than 360. [Hideo Okazaki] Types and propertiesAmino acids generally have optical isomers, except for glycine, but all amino acids in proteins have the same configuration of the carboxyl and amino groups relative to the α-carbon, that is, the L-form. However, D-amino acids also occur naturally and are abundant in the cell walls of certain microorganisms. Many peptides containing D-amino acids exhibit strong antibacterial or toxic effects, such as polypeptide antibiotics such as gramicidin and bacitramin. The main amino acids that make up proteins are broadly classified into aliphatic amino acids, aromatic amino acids, and heterocyclic amino acids. Among aliphatic amino acids, monoamino monocarboxylic acids include glycine, alanine, valine, leucine, and isoleucine, hydroxymonoamino monocarboxylic acids include serine and threonine, monoamino dicarboxylic acids and amides include aspartic acid, glutamic acid, asparagine, and glutamine, diamino monocarboxylic acids include lysine, hydroxylysine, and arginine, and sulfur-containing amino acids include cysteine, cystine, and methionine. Aromatic amino acids include phenylalanine and tyrosine, and heterocyclic amino acids include tryptophan, histidine, proline, and hydroxyproline. Other relatively important amino acids found in nature include β-alanine, γ-aminobutyric acid, ornithine, citrulline, homoserine, triiodotyrosine, thyroxine, and dioxyphenylalanine. Of the approximately 20 major amino acids, the essential amino acids that cannot be synthesized in the body and must be obtained from food are valine, leucine, isoleucine, methionine, threonine, lysine, phenylalanine, and tryptophan for adults, and histidine is also essential for infants, with the rest being non-essential amino acids. Non-essential amino acids can be synthesized in the body from essential amino acids by transaminases, but non-essential amino acids such as glutamine, asparagine, alanine, and proline undergo transamination (a reaction in which an amino group is transferred) much more easily to synthesize other non-essential amino acids. In general, amino acids are white crystals, relatively stable substances with high melting points, but decomposition makes it difficult to show a clear melting point. Their molecular weights range from 75 for glycine to 204 for tryptophan, with an average molecular weight of 142. In terms of solubility in water, cystine and tyrosine are poorly soluble, while aspartic acid and glutamic acid are somewhat poorly soluble and generally soluble. However, aspartic acid and glutamic acid are both easily soluble in their hydrochloride salts. Amino acids are zwitterions, losing hydrogen ions when alkali is added and gaining hydrogen ions when acid is added. For this reason, aqueous solutions of amino acids have a buffering effect that resists changes in pH and have their own isoelectric points. The isoelectric points of aspartic acid and glutamic acid are about 3, arginine, lysine, and hydroxylysine are 9 to 10, and other amino acids are about 6. Amino acids exhibit reactions specific to the reactive groups in each molecule, in addition to all reactions specific to the carboxyl and amino groups. The ninhydrin reaction, which is also used to detect and confirm amino acids, is the most important color reaction of the former type, and although some show a yellow color, it usually shows a blue-purple color. In addition, the latter color reactions of specific amino acids that are commonly used as analytical tools include the Millon reaction (tyrosine), the Sakaguchi reaction (arginine), the nitroprusside test (cysteine), the Ehrlich reaction (tryptophan), and the Pauli reaction (histidine, tyrosine). Common reactions of amino acids include reactions with nitrous acid, ninhydrin, hydrogen peroxide, and glycerin to produce oxyacids, aldehydes, ketoacids, and amines, respectively. Although amino acids are not susceptible to reducing agents, their esters can be easily reduced with sodium amalgam or hydrogen to the corresponding aldehydes or alcohols. In addition to the somewhat classical method of applying the principles of ninhydrin reaction and ion exchange chromatography, the analytical and quantitative analysis of amino acids has recently become possible by combining fluorescent labeling and high performance liquid chromatography, making it possible to perform microanalysis on the order of picomole (10 -12 mol), and this method has come to be widely used in clinical diagnosis. Significant increases or decreases in amino acid levels in urine or blood are often associated with abnormal brain development, and as many as 40 types of amino acid metabolic disorders have been reported. [Hideo Okazaki] Manufacturing methodIn addition to the method of hydrolyzing natural proteins, chemical synthesis, fermentation, and enzyme methods are currently used. Recently, amino acids, like vitamins, are widely used in nutritional supplements, seasonings, and animal feed enrichment, and the demand for amino acids has been remarkable. In Japan, in particular, the amino acid manufacturing industry has made unique developments ahead of Europe and the United States. In 1908 (Meiji 41), Kikunae Ikeda discovered that the umami component of kelp is glutamic acid, and it was initially produced by hydrolyzing gluten or soybean protein, but in 1957 (Showa 32), Kinoshita Shukuro et al. announced a microorganism that produces large amounts of L-glutamic acid directly from glucose, and various amino acids other than glutamic acid have been produced by fermentation. All amino acids obtained by this hydrolysis and fermentation are L-amino acids, but amino acids obtained by synthesis are a mixture of D- and L-amino acids, and research on optical resolution and racemization has been actively promoted. In other words, the enzymatic method involves carrying out this racemization using a microbial enzyme (racemase), making it possible to produce large quantities of L-amino acids. Currently, with the exception of a few special amino acids, all are produced industrially using chemical synthesis, fermentation, and enzymatic methods. As of 2005, the world's monosodium glutamate production capacity was 1.67 million tons, of which Japan's production capacity was only about 30,000 tons, with a total of 77,000 tons imported, mainly from Vietnam, Indonesia, South Korea, Taiwan, etc. [Hideo Okazaki] Relationship with the human bodyThere are about 20 types of amino acids obtained from food proteins, and they are α-amino acids with an amino group on the carbon next to the carboxyl group. Amino acids are classified as optical isomers of D-type and L-type, but naturally occurring amino acids are L-type. Proteins are broken down into amino acids in the digestive tract by digestive enzymes such as pepsin, trypsin, and chymotrypsin. Most are absorbed in the form of amino acids, but a small portion is absorbed as small peptides. Amino acids absorbed from the intestinal tract enter the liver through the portal vein, where they are synthesized into plasma proteins. Some amino acids enter the blood as they are, and together with plasma proteins, they become a source of tissue proteins. Amino acids supplied from food and free amino acids supplied from body tissues mix together to form an amino acid pool, which constantly renews the body's functions by repeatedly synthesizing and decomposing body proteins. Body proteins are synthesized from amino acids, and the amino acids that are particularly important in this process are called essential amino acids. As mentioned above, there are eight types of essential amino acids for adults and nine types for infants. The ratio of these amino acids is important, and it is desirable to supply them in a nutritionally appropriate ratio, and the required amount is indicated. This ratio of essential amino acids is called the amino acid balance. Some food proteins, especially plant proteins, lack essential amino acids, and the nutritional value is improved by adding lysine, methionine, tryptophan, etc. This is called the amino acid supplement effect. Amino acids are industrially produced by synthesis and fermentation, and are added to livestock feed to increase its nutritional value. It is also effective to enrich bread with lysine. Amino acids are used in food processing to improve taste and aroma. [Miyazaki Motoyoshi] [Reference item] | |Note: Red indicates the position of the amino group. From "Biochemical Data Book 1" edited by the Japanese Biochemical Society ©Shogakukan Structures and abbreviations of major amino acids that make up proteins... Note: Red indicates the position of the amino group, and blue indicates differences in similar structural formulas. From "Biochemical Data Book 1" edited by the Japanese Biochemical Society ©Shogakukan Structures and abbreviations of major amino acids that make up proteins... Note: Red indicates the position of the amino group, and blue indicates differences in similar structural formulas. From "Biochemical Data Book 1" edited by the Japanese Biochemical Society ©Shogakukan Structures and abbreviations of major amino acids that make up proteins... Note: Red indicates the position of the amino group, and blue indicates differences in similar structural formulas. From "Biochemical Data Book 1" edited by the Japanese Biochemical Society ©Shogakukan Structures and abbreviations of major amino acids that make up proteins... Note: Red indicates the position of the amino group, and blue indicates differences in similar structural formulas. From "Biochemical Data Book 1" edited by the Japanese Biochemical Society ©Shogakukan Structures and abbreviations of major amino acids that make up proteins... Note: Red indicates the position of the amino group. From "Biochemical Data Book 1" edited by the Japanese Biochemical Society ©Shogakukan Structures and abbreviations of major amino acids that make up proteins... Note: Red indicates the position of the amino group. From "Biochemical Data Book 1" edited by the Japanese Biochemical Society ©Shogakukan Structures and abbreviations of major amino acids that make up proteins... Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend |
1分子内にアミノ基とカルボキシ基(カルボキシル基)をもつ有機化合物の総称。タンパク質を塩酸などで完全に加水分解して得られるものは、アンモニアと遊離アミノ酸であり、アミノ酸はすべての生命現象をつかさどっているタンパク質の基本構成単位である。タンパク質から分離されたアミノ酸はほとんどが、アミノ基とカルボキシ基とが同じ炭素原子に結合し、一般式R-CHNH2-COOHで示されるα(アルファ)-アミノ酸である。Rは脂肪族、芳香族、複素環式の置換基を示す。このほか、アミノ基が順次、隣の炭素原子に移るにつれてβ(ベータ)-アミノ酸、γ(ガンマ)-アミノ酸、δ(デルタ)-アミノ酸などと名づけられている。一般にアミノ酸といえばα-アミノ酸をさす。 最初に発見されたアミノ酸はアスパラギンで、1806年にフランスの化学者ボークランとロビケがアスパラガスの芽から新しい結晶を分離し、これをアスパラギンと命名した。タンパク質の加水分解物から初めてアミノ酸を分離したのはフランスの化学者ブラコノーH. Braconnot(1780―1855)で、1820年に膠(にかわ)、肉、羊毛などを硫酸で分解して膠からはグリシンを、肉や羊毛からはロイシンを単離した。以後1936年アメリカの生化学者マイヤーとローズW. C. Rose(1887―1985)によるトレオニンの発見に至る約130年間にわたって、22種の主要アミノ酸が発見されている。このほかに、自然界からは動植物、微生物のペプチドや特殊なタンパク質の構成成分として、あるいは遊離アミノ酸として、いろいろなアミノ酸が発見されていて、その数は約360種以上に達している。 [岡崎英雄] 種類と性質アミノ酸はグリシンを除き一般に光学異性体をもっているが、タンパク質中のすべてのアミノ酸は、α‐炭素に関するカルボキシ基とアミノ基との配置の関係が同一で、L型である。しかし、D-アミノ酸もまた天然に存在し、ある種の微生物の細胞壁に多く含まれる。D-アミノ酸を含んだペプチドは強い抗菌作用または毒性を示すものが多く、グラミシジンやバシトラミンのようなポリペプチド性抗生物質はその一例である。 タンパク質を構成する主要アミノ酸は、脂肪族アミノ酸、芳香族アミノ酸、複素環式アミノ酸に大別される。脂肪族アミノ酸のうち、モノアミノモノカルボン酸としてグリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシンがあり、ヒドロキシモノアミノモノカルボン酸としてはセリン、トレオニンがあり、モノアミノジカルボン酸およびアミドとしてはアスパラギン酸、グルタミン酸、アスパラギン、グルタミンがあり、さらにジアミノモノカルボン酸としてリジン、ヒドロキシリジン、アルギニンがあり、硫黄(いおう)含有アミノ酸としてはシステイン、シスチン、メチオニンがある。芳香族アミノ酸としてはフェニルアラニンやチロシンがあり、また複素環式アミノ酸としてはトリプトファン、ヒスチジン、プロリン、ヒドロキシプロリンなどがある。 これ以外にも自然界に存在する比較的重要なアミノ酸として、β-アラニン、γ-アミノ酪酸、オルニチン、シトルリン、ホモセリン、トリヨードチロシン、チロキシン、ジオキシフェニルアラニンがある。 約20種の主要アミノ酸のうち体内で合成できなくて食物からとらなければならない必須(ひっす)アミノ酸は、成人の場合はバリン、ロイシン、イソロイシン、メチオニン、トレオニン、リジン、フェニルアラニン、トリプトファンであり、幼児ではさらにヒスチジンが必須で、その他は非必須アミノ酸である。非必須アミノ酸はトランスアミナーゼにより、体内で必須アミノ酸から合成できるが、グルタミン、アスパラギン、アラニン、プロリンなどの非必須アミノ酸では、はるかに容易にトランスアミネーション(アミノ基の転移反応)がおこって他の非必須アミノ酸を合成する。 一般にアミノ酸は白色結晶で、比較的安定な物質で高い融点をもつが、分解を伴って明確な融点を示しにくい。分子量はグリシンの75からトリプトファンの204まであり、平均分子量は142である。水に対する溶解性はシスチンとチロシンが難溶で、アスパラギン酸、グルタミン酸はやや難溶であるほか、一般に溶けやすい。ただし、アスパラギン酸とグルタミン酸はともにその塩酸塩では溶けやすい。アミノ酸は両性イオンであり、アルカリの添加によって水素イオンを失い、酸の添加によって水素イオンをとらえる。そのために、アミノ酸の水溶液はpHの変化に抵抗する緩衝作用をもち、固有の等電点をもっている。アスパラギン酸、グルタミン酸の等電点は約3で、アルギニン、リジン、ヒドロキシリジンは9から10で、他のアミノ酸では約6である。 アミノ酸は、カルボキシ基とアミノ基に特有なすべての反応のほかに、それぞれの分子内にある反応基に特有な反応を示す。アミノ酸の検出確認にも応用されるニンヒドリン反応は前者のもっとも重要な呈色反応であり、黄色を示すものもあるが、普通は青紫色を呈する。また、後者の特定のアミノ酸の呈色反応で分析手段として一般に用いられているものに、ミロン反応(チロシン)、坂口反応(アルギニン)、ニトロプルシド試験(システイン)、エールリヒ反応(トリプトファン)、パウリ反応(ヒスチジン、チロシン)がある。 アミノ酸の一般的反応としては、亜硝酸、ニンヒドリン、過酸化水素、グリセリンと作用し、それぞれオキシ酸、アルデヒド、ケト酸、アミンを生じる。また、アミノ酸は還元剤の作用を受けにくいが、そのエステルはナトリウムアマルガムや水素で容易に還元され、相当するアルデヒドやアルコールになる。 アミノ酸の分析定量法は、ニンヒドリン反応とイオン交換クロマトグラフィーの原理を応用したやや古典的な方法のほか、最近では蛍光ラベル法と高速液体クロマトグラフィー法の組合せにより、ピコモル(10-12mol)オーダーの微量分析が可能になり、臨床診断に広く利用されるようになってきた。アミノ酸の尿あるいは血液中における著しい増減は、しばしば脳の発育異常を伴うものが多く、40にも達するアミノ酸代謝異常症が報告されている。 [岡崎英雄] 製法天然のタンパク質を加水分解する方法のほか、化学合成法、発酵法、酵素法が現在用いられている。アミノ酸は、最近ではビタミンと並んで広く栄養剤、調味料、動物の飼料強化などに需要が著しく、とくに日本においては欧米に先んじてアミノ酸の製造工業が独特の発展を遂げた。1908年(明治41)池田菊苗(きくなえ)がコンブのうま味の成分がグルタミン酸によることを発見、当初はグルテンあるいは大豆タンパク質の加水分解によってつくられたが、1957年(昭和32)木下祝郎らによってブドウ糖から直接にL-グルタミン酸を多量に生成する微生物が発表されて以来、グルタミン酸以外のいろいろなアミノ酸も、発酵法により生産されるに至った。この加水分解と発酵によって得られるアミノ酸はすべてL-アミノ酸だけであるが、合成法によって得られるアミノ酸はD-、L-アミノ酸の混合物で、光学分割法やラセミ化などの研究が積極的に推進された。つまり酵素法というのが、このラセミ化を微生物酵素(ラセマーゼ)によって行い、L-アミノ酸を大量にできるようにしたものである。 現在では、一部の特別なアミノ酸を除いてはすべて化学合成法、発酵法、酵素法で工業的につくられている。2005年(平成17)の世界におけるグルタミン酸ソーダの生産能力は167万トンで、うち日本の生産能力は約3万トンにすぎず、おもにベトナム、インドネシア、韓国、台湾などから計7万7000トンを輸入している。 [岡崎英雄] 人体との関係食品タンパク質から得られるアミノ酸は約20種類あるが、カルボキシ基の隣の炭素にアミノ基がついたα-アミノ酸である。アミノ酸には光学異性体のD型とL型があるが、天然のアミノ酸はL型である。タンパク質は消化管内でペプシン、トリプシン、キモトリプシンなどの消化酵素により、アミノ酸に分解される。大部分はアミノ酸の形で吸収されるが、ごく一部は小さいペプチドのまま吸収される。腸管から吸収されたアミノ酸は門脈を通って肝臓に入り、そこで血漿(けっしょう)タンパク質に合成される。一部のアミノ酸はそのまま血液に入り、血漿タンパク質とともに組織タンパク質の給源となる。食物から供給されたアミノ酸と体の組織から供給される遊離アミノ酸は、入り混じってアミノ酸プールを形成し、体タンパク質の合成と分解を繰り返して、つねに体の機能を更新している。アミノ酸を材料にして体タンパク質が合成されるが、この際にとくに重要なアミノ酸を必須(ひっす)アミノ酸とよんでいる。前述のように必須アミノ酸は成人で8種類、幼児で9種類のアミノ酸をさしている。これらのアミノ酸はその割合がたいせつで、栄養上ふさわしい割合に供給されることが望ましく、その必要量が示されている。この必須アミノ酸の割合をアミノ酸バランスとよんでいる。食品タンパク質とくに植物性タンパク質には、必須アミノ酸の不足するものがあり、リジン、メチオニン、トリプトファンなどを加えると栄養価が向上する。これをアミノ酸補足効果とよんでいる。 アミノ酸は合成法、発酵法などによって工業的に生産され、家畜の飼料に添加して栄養価を高めることが行われている。パンにリジンを強化することも有効である。食品加工においては味をよくすること、香りをよくすることにアミノ酸が応用されている。 [宮崎基嘉] [参照項目] | |注:赤はアミノ基の位置を示す。日本生化学会編『生化学データーブック①』より©Shogakukan"> タンパク質構成主要アミノ酸の構造と略号… 注:赤はアミノ基の位置、青は似た構造式における相異を示す。日本生化学会編『生化学データーブック①』より©Shogakukan"> タンパク質構成主要アミノ酸の構造と略号… 注:赤はアミノ基の位置、青は似た構造式における相異を示す。日本生化学会編『生化学データーブック①』より©Shogakukan"> タンパク質構成主要アミノ酸の構造と略号… 注:赤はアミノ基の位置、青は似た構造式における相異を示す。日本生化学会編『生化学データーブック①』より©Shogakukan"> タンパク質構成主要アミノ酸の構造と略号… 注:赤はアミノ基の位置、青は似た構造式における相異を示す。日本生化学会編『生化学データーブック①』より©Shogakukan"> タンパク質構成主要アミノ酸の構造と略号… 注:赤はアミノ基の位置を示す。日本生化学会編『生化学データーブック①』より©Shogakukan"> タンパク質構成主要アミノ酸の構造と略号… 注:赤はアミノ基の位置を示す。日本生化学会編『生化学データーブック①』より©Shogakukan"> タンパク質構成主要アミノ酸の構造と略号… 出典 小学館 日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について 情報 | 凡例 |
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