グルタミンシンテターゼとは？

グルタミンシンテターゼ（Glutamine synthetase、GS）は、L-グルタミン酸とアンモニア（NH4+）を基質とし、ATPのエネルギーを使ってL-グルタミンを合成する反応を触媒する酵素です。この反応は不可逆的に進み、アンモニアを有機分子に取り込む重要な窒素固定反応として機能します。

グルタミンシンテターゼは生物界に広く分布しており、細菌から哺乳類まであらゆる生物が持ちます。哺乳類の場合はホモ十二量体構造をとり、特に脳・筋肉・肝臓・腎臓に高発現しています。

生理的な役割は多岐にわたります。

• アンモニア解毒：肝臓や脳でアンモニアをグルタミンに取り込み、毒性を低減する。肝周囲領域（Perivenous hepatocytes）はGSを高発現し、尿素回路を逃れたアンモニアを処理する。
• 窒素運搬：グルタミンは血液中で窒素を安全に輸送する主要なアミノ酸であり、腸・腎臓・免疫細胞などへの窒素供給に使われる。
• 核酸・アミノ酸合成の前駆体：グルタミンはプリン・ピリミジン塩基、グルコサミン、アスパラギンなど多くの生体分子の窒素源となる。

脳においてはアストロサイトがGSを高発現し、ニューロンから放出されたグルタミン酸（興奮性神経伝達物質）を回収してグルタミンに変換・再供給する「グルタミン-グルタミン酸サイクル」に関与します。GSの阻害や機能不全は神経毒性と関連することが知られています。