スパルテイン

スパルテインは、L-リジンの3本のC₅鎖に由来する四環性ビスキノリジジン環系を含むルピンアルカロイドである^[1]。生合成における最初の中間体は、リジンデカルボキシラーゼ (LDC) によって触媒されるリジンの脱炭酸生成物であるカダベリンである^[2]。3ユニットのカダベリンがキノリジジン骨格を形成するために使われる。生成機構は酵素レベルやトレーサー実験によって研究されているが正確な合成ルートは未だ不明である。

¹³C-¹⁵N-二重ラベルカダベリンを用いたトレーサー研究によって、3ユニットのカダベリンがスパルテインに取り込まれ、2ユニットのカダベリンからの2つのC-N結合がそのまま残っていることが示された^[3]。これは、²H NMRラベル実験によっても確認された^[4]。

酵素的証拠は、遊離中間体の生成無しに酵素に結合した中間体を経て3分子のカダベリンがキノリジジン環に変換されることを示している。当初は、カダベリンの対応するアルデヒドである5-アミノペンタナールへの変換はジアミンオキシダーゼによって触媒されると考えられていた^[5]。アルデヒドは次に自発的に対応するシッフ塩基であるΔ¹-ピペリデインへと変換される。アルドール型反応による2分子のカップリングが、Δ¹-ピペリデインの互変異性体間で起こる。イミンは次に対応するアルデヒド/アミンへと加水分解される。一級アミンは次にアルデヒドへと酸化され、続くイミンの形成によってキノリジジン環が得られる^[5]。この機構の概要は下図を参照のこと。しかし、前述したとおり、中間体は単離されていない。

細菌の酵素的証拠は、トランスアミナーゼである17-オキソスパルテインシンターゼ (OS) の存在を示している^{[6][7][8][9][10][11]}。脱アミノ化カダベリンは酵素から放出されず、ゆえに酵素は連続してキノリジジン骨格の生成を触媒すると推量できる（図2）^[9][10][11]。7-オキソスパルテインは4ユニットのピルビン酸をNH₂受容体として必要とし、4分子のアラニンが生成される（図3）。リジンデカルボキシラーゼおよびキノリジジン骨格生成酵素は共に葉緑体に局在している^[12]。

• ルピナス属（ハウチワマメ属）
• ハウチワマメ中毒（英語版）