窒素平衡；タンパク質の消化；プロテアーゼの機能と調節；アミノ酸の吸収とアミノ酸輸送体；アミノ酸の異化；アンモニアの排泄；オルニチン（尿素）回路の反応と調節

🧠 窒素代謝nitrogen metabolism 窒素代謝（nitrogen metabolism）nitrogen metabolism（窒素代謝） は「入り口（消化・吸収）→本体（体内タンパク質body protein 体内タンパク質（body protein）body protein（体内タンパク質） の絶え間ない代謝回転 turnover代謝回転（turnover） turnover（代謝回転））→出口（アンモニア→尿素）」の一本道として読む。 消化管でタンパク質をアミノ酸に分解・吸収し、体内では合成と分解が同時進行する（プロテオスタシスproteostasisプロテオスタシス（proteostasis）proteostasis（プロテオスタシス））。老朽化したタンパク質は複数の分解系で処理され、外れたアミノ基 amino group アミノ基（amino group） amino group（アミノ基） は最終的に肝の尿素回路 urea cycle 尿素回路（urea cycle） urea cycle（尿素回路） で無毒化される。

窒素平衡とタンパク質必要量

窒素平衡nitrogen balance窒素平衡（nitrogen balance）nitrogen balance（窒素平衡）は摂取窒素 nitrogen intake 摂取窒素（nitrogen intake） nitrogen intake（摂取窒素） と排泄窒素 nitrogen excretion 排泄窒素（nitrogen excretion） nitrogen excretion（排泄窒素） の収支 net yield収支（net yield） net yield（収支）。健常成人は平衡（±0）、成長期・妊娠・術後は正の平衡（同化anabolic 同化（anabolic）anabolic（同化） 優位）が必要。

• タンパク質の推奨量：健常成人で0.8 g/kg体重/日（窒素平衡nitrogen balance 窒素平衡（nitrogen balance）nitrogen balance（窒素平衡） の研究から平均必要量を求め、ほぼすべての健常成人の必要量を満たすように上乗せ add-on (incremental benefit) 上乗せ（add-on (incremental benefit)） add-on (incremental benefit)（上乗せ） した値）。
• 米国の食事摂取基準では、妊娠中の推奨量は1.1 g/kg体重/日（成人の約1.4倍）で、妊娠の全期間に一律の値である。指標アミノ酸酸化法による研究では、妊娠後期third trimester 妊娠後期（third trimester）third trimester（妊娠後期） の必要量は平均約1.5 g/kg体重/日とさらに高いと報告されている。¹
• 成長期の小児・授乳期lactation授乳期（lactation）lactation（授乳期）・術後などの異化亢進 increased catabolism 異化亢進（increased catabolism） increased catabolism（異化亢進） 状態でも、体重あたりの必要量は成人の維持量 maintenance dose 維持量（maintenance dose） maintenance dose（維持量） より多くなる。
• 必須アミノ酸essential amino acid 必須アミノ酸（essential amino acid）essential amino acid（必須アミノ酸） （窒素平衡nitrogen balance 窒素平衡（nitrogen balance）nitrogen balance（窒素平衡） から定義）: His, Ile, Leu, Val, Lys, Met, Thr, Trp, Phe。
• 準必須アミノ酸semi-essential amino acid準必須アミノ酸（semi-essential amino acid）semi-essential amino acid（準必須アミノ酸）: Arg, Tyr, Cys（特定の状況下で必要量が増す）。

⚠️ クワシオルコルkwashiorkorクワシオルコル（kwashiorkor）kwashiorkor（クワシオルコル）はタンパク質欠乏の古典像。 体重減少、浮腫（低アルブミン血症hypoalbuminemia 低アルブミン血症（hypoalbuminemia）hypoalbuminemia（低アルブミン血症） による）、下痢（腸上皮intestinal epithelium腸上皮（intestinal epithelium）intestinal epithelium（腸上皮）・膵酵素pancreatic enzyme 膵酵素（pancreatic enzyme）pancreatic enzyme（膵酵素） の機能低下→脂肪便 steatorrhea脂肪便（steatorrhea） steatorrhea（脂肪便））、皮膚萎縮skin atrophy 皮膚萎縮（skin atrophy）skin atrophy（皮膚萎縮） を特徴とする。

食事タンパク質の質

• 植物性vegetative (autonomic) / plant-based 植物性（vegetative (autonomic) / plant-based）vegetative (autonomic) / plant-based（植物性） タンパクは動物性より栄養価・消化率digestibility 消化率（digestibility）digestibility（消化率） が低いことが多い（例：豆類はメチオニン methionine メチオニン（methionine） methionine（メチオニン） が、穀物はリジンが不足）。
• ベジタリアン食は成人では通常問題ないが、小児・妊娠期は低出生体重low birth weight, LBW低出生体重（low birth weight, LBW）low birth weight, LBW（低出生体重）・成長遅延growth retardation成長遅延（growth retardation）growth retardation（成長遅延）のリスクとなりうる。

体内のタンパク質代謝回転

体内ではタンパク質の合成と分解が絶えず並行し、再利用されるアミノ酸を含む大きなプールの代謝回転 turnover 代謝回転（turnover） turnover（代謝回転） によって恒常性が維持される。新たに合成されたタンパク質の一部も、品質管理quality control 品質管理（quality control）quality control（品質管理） の過程で早期に分解される。²

タンパク質の消化とプロテアーゼの調節

消化管内では、胃（ペプシンpepsinペプシン（pepsin）pepsin（ペプシン））・膵（トリプシンtrypsinトリプシン（trypsin）trypsin（トリプシン）・キモトリプシン trypsinトリプシン（trypsin） trypsin（トリプシン）・エラスターゼelastaseエラスターゼ（elastase）elastase（エラスターゼ）・カルボキシペプチダーゼcarboxypeptidaseカルボキシペプチダーゼ（carboxypeptidase）carboxypeptidase（カルボキシペプチダーゼ））のプロテアーゼが、前駆体（ザイモゲンzymogenザイモゲン（zymogen）zymogen（ザイモゲン））として分泌され、標的区画で活性化される（産生組織を自己消化 autodigestion 自己消化（autodigestion） autodigestion（自己消化） から守る、酵素活性の調節参照）。膵のカスケードは、十二指腸でトリプシン trypsin トリプシン（trypsin） trypsin（トリプシン） が1つできれば残りを一斉に活性化する仕組みになっている。

flowchart TD
  PGN["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='pepsinogen'>ペプシノーゲン</span><br>（胃の主細胞）"] -->|"胃酸の低pHで自己切断<br>生じた<span class='jp-term jp-term-diagram' title='pepsin'>ペプシン</span>がさらに活性化"| PEP["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='pepsin'>ペプシン</span>"]
  TGN["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='trypsinogen'>トリプシノーゲン</span><br>（膵）"] -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='enterokinase'>エンテロキナーゼ</span><br>十二指腸の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='brush border'>刷子縁</span>"| TRY["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='trypsin'>トリプシン</span>"]
  TGN -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='trypsin'>トリプシン</span><br>自己活性化"| TRY
  CTG["キモ<span class='jp-term jp-term-diagram' title='trypsinogen'>トリプシノーゲン</span>"] -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='trypsin'>トリプシン</span>"| CT["キモ<span class='jp-term jp-term-diagram' title='trypsin'>トリプシン</span>"]
  PEL["プロ<span class='jp-term jp-term-diagram' title='elastase'>エラスターゼ</span>"] -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='trypsin'>トリプシン</span>"| EL["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='elastase'>エラスターゼ</span>"]
  PCP["プロ<span class='jp-term jp-term-diagram' title='carboxypeptidase'>カルボキシペプチダーゼ</span>"] -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='trypsin'>トリプシン</span>"| CP["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='carboxypeptidase'>カルボキシペプチダーゼ</span>"]

flowchart TD
  PROT["食事タンパク質"] -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='pepsin'>ペプシン</span>（胃）"| POLY["ポリペプチド"]
  POLY -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='trypsin'>トリプシン</span>・キモ<span class='jp-term jp-term-diagram' title='trypsin'>トリプシン</span>・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='elastase'>エラスターゼ</span>（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='endopeptidase'>エンドペプチダーゼ</span>）<br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='carboxypeptidase'>カルボキシペプチダーゼ</span>（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='exopeptidase'>エキソペプチダーゼ</span>）"| OLIGO["オリゴペプチド・遊離アミノ酸"]
  OLIGO -->|"小腸<span class='jp-term jp-term-diagram' title='brush border'>刷子縁</span>のアミノ<span class='jp-term jp-term-diagram' title='peptidase'>ペプチダーゼ</span>など"| FAA["遊離アミノ酸<br>ジペプチド・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='tripeptide'>トリペプチド</span>"]

⚠️ 膵内でトリプシン trypsin トリプシン（trypsin） trypsin（トリプシン） が早期に活性化されると、カスケードが膵組織そのものを消化する。 膵トリプシンインヒビターpancreatic trypsin inhibitor 膵トリプシンインヒビター（pancreatic trypsin inhibitor）pancreatic trypsin inhibitor（膵トリプシンインヒビター） （下記）はこの暴走の最初の歯止めである。

⚠️ セリアック病はグルテン gluten グルテン（gluten） gluten（グルテン） への自己免疫反応 autoimmune reaction自己免疫反応（autoimmune reaction） autoimmune reaction（自己免疫反応）。 有病率prevalence 有病率（prevalence）prevalence（有病率） 約1%。グルテンgluten グルテン（gluten）gluten（グルテン） （小麦の貯蔵タンパク）は完全には消化されず、33残基のペプチドなどの免疫原性 immunogenicity 免疫原性（immunogenicity） immunogenicity（免疫原性） 断片が胃・十二指腸・膵酵素pancreatic enzyme 膵酵素（pancreatic enzyme）pancreatic enzyme（膵酵素） の作用後も残存し、遺伝的素因genetic predisposition 遺伝的素因（genetic predisposition）genetic predisposition（遺伝的素因） のある人で小腸粘膜固有層 lamina propria of the small intestine小腸粘膜固有層（lamina propria of the small intestine） lamina propria of the small intestine（小腸粘膜固有層）・上皮での免疫応答を引き起こす。

アミノ酸の吸収と輸送体

腸管腔intestinal lumen 腸管腔（intestinal lumen）intestinal lumen（腸管腔） でタンパク質は遊離アミノ酸に加えてジペプチド・トリペプチドtripeptide トリペプチド（tripeptide）tripeptide（トリペプチド） へ分解され、遊離アミノ酸は複数の特異的トランスポーターで、ジペプチド・トリペプチドtripeptide トリペプチド（tripeptide）tripeptide（トリペプチド） は主にPEPT1で吸収される。³

• 腸管吸収intestinal absorption 腸管吸収（intestinal absorption）intestinal absorption（腸管吸収） の中心機構: 遊離アミノ酸を扱う複数の輸送体と、ジペプチド・トリペプチドtripeptide トリペプチド（tripeptide）tripeptide（トリペプチド） を扱うPEPT1。
• 血液脳関門のL1/LNAAトランスポーター: 大型中性アミノ酸large neutral amino acid 大型中性アミノ酸（large neutral amino acid）large neutral amino acid（大型中性アミノ酸） （芳香族aromatic芳香族（aromatic）aromatic（芳香族）・分岐鎖）を脳へ運び、セロトニン合成の基質供給などに関わる。

タンパク質の老化と分解系

タンパク質は時間とともに変性・修飾を受け（脱アミド化deamidation脱アミド化（deamidation）deamidation（脱アミド化）、終末糖化産物advanced glycation end products (AGEs) 終末糖化産物（advanced glycation end products (AGEs)）advanced glycation end products (AGEs)（終末糖化産物） AGEsAGEs（advanced glycation end products）形成、混合ジスルフィドmixed disulfide混合ジスルフィド（mixed disulfide）mixed disulfide（混合ジスルフィド）、切断、カルボニル化carbonylationカルボニル化（carbonylation）carbonylation（カルボニル化）、凝集）、分解対象としてマークされる。

タンパク質代謝回転のホルモン調節

プロテアーゼ阻害因子

• 膵トリプシンインヒビターpancreatic trypsin inhibitor膵トリプシンインヒビター（pancreatic trypsin inhibitor）pancreatic trypsin inhibitor（膵トリプシンインヒビター）: 膵組織内での早期トリプシン trypsin トリプシン（trypsin） trypsin（トリプシン） 活性化を防ぐ。
• セルピンserpinセルピン（serpin）serpin（セルピン）: ループが標的酵素の基質結合部位 substrate-binding site 基質結合部位（substrate-binding site） substrate-binding site（基質結合部位） に入り込み、アシル-酵素中間体 acyl-enzyme intermediate 酵素中間体（acyl-enzyme intermediate） acyl-enzyme intermediate（酵素中間体） で捕捉して不可逆的に阻害する（酵素活性の調節参照）。代表のα1アンチトリプシン alpha-1 antitrypsin α1アンチトリプシン（alpha-1 antitrypsin） alpha-1 antitrypsin（α1アンチトリプシン） は好中球エラスターゼ neutrophil elastase, NE 好中球エラスターゼ（neutrophil elastase, NE） neutrophil elastase, NE（好中球エラスターゼ） を阻害し、欠乏すると肺胞壁 alveolar wall 肺胞壁（alveolar wall） alveolar wall（肺胞壁） が壊れて肺気腫を来す（α1アンチトリプシン欠乏症alpha-1 antitrypsin deficiencyα1アンチトリプシン欠乏症（alpha-1 antitrypsin deficiency）alpha-1 antitrypsin deficiency（α1アンチトリプシン欠乏症））。

アミノ酸の異化と尿素回路への橋渡し

吸収されたアミノ酸のうちタンパク質合成に使われない分は異化 catabolism 異化（catabolism） catabolism（異化） される。アミノ基amino group アミノ基（amino group）amino group（アミノ基） はアミノ基転移 transamination アミノ基転移（transamination） transamination（アミノ基転移） でグルタミン酸に集められ（アミノ基転移transaminationアミノ基転移（transamination）transamination（アミノ基転移））、アンモニアとして外されて肝の尿素回路 urea cycle 尿素回路（urea cycle） urea cycle（尿素回路） で尿素になる（尿素回路urea cycle尿素回路（urea cycle）urea cycle（尿素回路））。残った炭素骨格 carbon skeleton 炭素骨格（carbon skeleton） carbon skeleton（炭素骨格） は糖新生またはケトン体・脂肪酸合成へ回る（炭素骨格carbon skeleton 炭素骨格（carbon skeleton）carbon skeleton（炭素骨格） の運命）。

まとめ

• 窒素平衡nitrogen balance 窒素平衡（nitrogen balance）nitrogen balance（窒素平衡） は健常成人で0（推奨量0.8 g/kg/日、妊娠中は1.1 g/kg/日）。9種の必須アミノ酸 essential amino acid 必須アミノ酸（essential amino acid） essential amino acid（必須アミノ酸） ＋3種の準必須アミノ酸 semi-essential amino acid 準必須アミノ酸（semi-essential amino acid） semi-essential amino acid（準必須アミノ酸） がある。クワシオルコルkwashiorkor クワシオルコル（kwashiorkor）kwashiorkor（クワシオルコル） はタンパク質欠乏の古典像。
• 体内ではタンパク質の合成と分解が絶えず並行し、アミノ酸の再利用を伴う代謝回転 turnover 代謝回転（turnover） turnover（代謝回転） が恒常性を維持する。
• 消化はザイモゲン zymogen ザイモゲン（zymogen） zymogen（ザイモゲン） の区画特異的活性化で制御（エンテロキナーゼenterokinase エンテロキナーゼ（enterokinase）enterokinase（エンテロキナーゼ） →トリプシン trypsin トリプシン（trypsin） trypsin（トリプシン） →他の膵プロテアーゼのカスケード）。セリアック病はグルテン gluten グルテン（gluten） gluten（グルテン） 断片への自己免疫。
• 小腸で、遊離アミノ酸は特異的トランスポーター、ジペプチド・トリペプチドtripeptide トリペプチド（tripeptide）tripeptide（トリペプチド） はPEPT1により吸収される。
• タンパク質は加齢的修飾（脱アミド化deamidation脱アミド化（deamidation）deamidation（脱アミド化）・AGEs・凝集など）を受け、リソソーム・プロテアソーム・オートファジー・MMPMMP（matrix metalloproteinase）など複数系で分解される。ホルモン（インスリン↑合成、糖質コルチコイドglucocorticoids 糖質コルチコイド（glucocorticoids）glucocorticoids（糖質コルチコイド） ↑分解など）が代謝回転 turnover 代謝回転（turnover） turnover（代謝回転） を調節する。