2,3-ビスホスホグリセリン酸

2,3-ビスホスホグリセリン酸
名前
	推奨されるIUPAC名 2,3-ビス(ホスホノオキシ)プロパン酸
	その他の名前 2,3-ジホスホグリセリン酸；2,3-ジホスホグリセレート；2,3-ビスホスホグリセレート
識別子
CAS番号	138-81-8 Y ;
3Dモデル（JSmol）	インタラクティブ画像;
略語	2,3-BPG; 2,3-DPG; 23BPG
チェビ	CHEBI:17720 Y ;
ケムスパイダー	161681 Y ; 60（ラセミ体） Y ;
ケッグ	C01159 N ;
PubChem CID	61;
ユニ	TZ4454O4YZ Y ;
CompToxダッシュボード（EPA）	DTXSID10861801;
	InChI InChI=1S/C3H8O10P2/c4-3(5)2(13-15(9,10)11)1-12-14(6,7)8/h2H,1H2,(H,4,5)(H2,6,7,8)(H2,9,10,11)/t2-/m1/s1 Y キー: XOHUEYCVLUUEJJ-UWTATZPHSA-N Y ; キー: XOHUEYCVLUUEJJ-UWTATZPHBL;
	笑顔 O=P(O)(OC(C(=O)O)COP(=O)(O)O)O;
不動産
化学式	C 3 H 8 O 10 P 2
モル質量	266.035 g·mol −1
	特に明記されていない限り、データは標準状態（25 ℃[77 °F]、100kPa ）の材料について示されています。 N の検証( Y Nとは何ですか? ) インフォボックス参照

2,3-ビスホスホグリセリン酸（共役塩基2,3-ビスホスホグリセレート）（2,3-BPG）、別名2,3-ジホスホグリセリン酸（共役塩基2,3-ジホスホグリセレート）（2,3-DPG ）は、解糖中間体1,3-ビスホスホグリセリン酸（1,3-BPG）の3炭素異性体である。

D -2,3-BPGはヒト赤血球（RBC；赤血球）中に約5 mmol/Lの濃度で存在します。2,3-BPGは、酸素化ヘモグロビン（例えば肺内）よりも脱酸素化ヘモグロビン（例えば赤血球が呼吸組織の近くにある場合）に高い親和性で結合します。これは立体構造の違いによるものです。2,3-BPG（推定サイズ約9 Å）は脱酸素化ヘモグロビンの立体構造（11オングストロームのポケットを持つ）には適合しますが、酸素化ヘモグロビンの立体構造（5オングストローム）にはそれほど適合しません。2,3-BPGは脱酸素化ヘモグロビンβサブユニットと相互作用し、酸素に対する親和性を低下させ、ヘモグロビンに結合している残りの酸素分子の放出をアロステリックに促進します。したがって、2,3-BPGは、酸素を最も必要とする組織の近くで赤血球が酸素を放出する能力を高めます。このように、2,3-BPGはアロステリックエフェクターです。

その機能は1967年にラインホルト・ベネシュとルース・ベネシュによって発見された。^{[ 1 ]}

代謝

2,3-BPGは、酵素BPGムターゼによって 1,3-BPGから生成される。^[²^]その後、 2,3-BPGホスファターゼによって分解され、 3-ホスホグリセリン酸が生成される。したがって、その合成と分解は解糖のステップを回避する方法であり、2,3-BPGホスファターゼによって高エネルギーのカルボン酸-リン酸混合無水物結合が切断される際に生成される2,3-BPG分子1つあたり1つのATPの正味のコストがかかる。

通常の解糖経路では1,3-BPGが生成され、これはホスホグリセリン酸キナーゼ（PGK）によって脱リン酸化されてATPを生成するか、またはリューベリング・ラポポート経路に分岐し、そこでビスホスホグリセリン酸ムターゼが1,3-BPGのC1からC2へのリン酸基の転移を触媒して2,3-BPGを生成する。赤血球中で最も濃度が高い有機リン酸である2,3-BPGは、ビスホスホグリセリン酸ホスファターゼの作用によって3-PGを形成する。2,3-BPGの濃度は[H+]に比例して変化する。

細胞代謝に必要なエネルギーを供給するためのATP生成の必要性と、ヘモグロビンの適切な酸素化／脱酸素化状態を維持する必要性の間には、微妙なバランスが存在する。このバランスは、1,3-BPGが2,3-BPGに異性化することによって維持され、これによりヘモグロビンの脱酸素化が促進される。

ヘモグロビンへの構造的結合

2,3-BPGがデオキシヘモグロビンに結合すると、酸素キャリアの低酸素親和性状態（T状態）を安定化させる働きをします。2,3-BPGは、ヘモグロビンのβサブユニットのリジンおよびヒスチジン残基と塩橋を形成することで、分子の対称性と正の極性を利用して、デオキシコンフォメーションの空洞にぴったりと収まります。酸素がヘム基に結合したR状態は、異なるコンフォメーションを持ち、この相互作用を許容しません。ヘモグロビン自体は、シグモイド型の速度論を示します。2,3-BPGは、デオキシヘモグロビンに選択的に結合することで、T状態のコンフォメーションを安定化させ、酸素がヘモグロビンに結合しにくくし、隣接組織に放出されやすくします。

生理学的影響

2,3-BPGの増加は、標的組織におけるヘモグロビンからの酸素供給を促進する一方で、肺におけるヘモグロビンによる酸素取り込みをやや困難にする。このメカニズムにより、胎児の2,3-BPG濃度は母体よりも低いため、胎盤における胎児血液の酸素取り込み量が増加し、母体・胎児間の酸素供給効率が向上する。

高地順応

2,3-BPGは、酸素-ヘモグロビン解離曲線に対する特定の代謝障害を生理学的に打ち消す役割も果たす可能性がある。例えば、高地では、大気中の酸素濃度が低いため、過換気とそれに伴う代謝性アルカローシスが生じ、酸素-ヘモグロビン解離曲線が異常に左にシフトするが、これは2,3-BPGの増加によって打ち消すことができる。^{[ 3 ]}従来の教えでは、高地で見られる生理学的な2,3-BPGの増加は、標的組織への酸素の供給を容易にするためであると主張されてきたが、このメカニズム自体は、酸素親和性の低下が肺での酸素の取り込みも阻害し、標的組織への総酸素供給量の正味の減少につながる可能性があるという推論によって反駁される。^{[ 3 ]}

母体胎児酸素化

妊婦では、細胞内2,3-BPGが30%増加します。これにより、母体のヘモグロビンの酸素親和性が低下し、母体の子宮動脈から胎児へより多くの酸素が供給されます。胎児は2,3-BPGに対する感受性が低いため、胎児のヘモグロビンは酸素親和性が高くなります。したがって、子宮動脈の酸素分圧（pO2）は低いものの、胎児の臍帯動脈（脱酸素化された血液を運ぶ）はそこから酸素化を受けることができます。

母体の2,3-BPGの増加は肺における酸素摂取への親和性の低下も引き起こすが、これは通常、妊娠中の生理的な呼吸数の増加によって補償される。^{[ 4 ]}

一方、胎児ヘモグロビン（HbF）は2,3-BPGに対する親和性が低く、その結果、酸素に対する結合親和性が高くなっています。成人ヘモグロビン（HbA）と比較して酸素結合親和性が高いのは、HbFが2つのα/γ二量体を持つのに対し、HbAは2つのα/β二量体を持つためです。2,3 -BPG結合ポケットの形成に不可欠なHbAβサブユニットの正電荷ヒスチジン残基は、HbFγサブユニットではセリン残基に置き換わっています。このようにしてヒスチジン143番が失われるため、2,3-BPGは胎児ヘモグロビンに結合しにくくなり、純粋なヘモグロビンのような状態になります。HbAと比較して胎児ヘモグロビンの結合親和性が高いことで、母体から胎児への胎盤膜を介した酸素の通過が促進されます。

臨床的意義

甲状腺機能亢進症

A 2004 study checked the effects of thyroid hormone on 2,3-BPG levels. The result was that the hyperthyroidism modulates in vivo 2,3-BPG content in erythrocytes by changes in the expression of phosphoglycerate mutase (PGM) and 2,3-BPG synthase. This result shows that the increase in the 2,3-BPG content of erythrocytes observed in hyperthyroidism doesn’t depend on any variation in the rate of circulating hemoglobin, but seems to be a direct consequence of the stimulating effect of thyroid hormones on erythrocyte glycolytic activity.^[5]

Chronic anemia

Red cells increase their intracellular 2,3-BPG concentration as much as five times within one to two hours in patients with chronic anemia, when the oxygen carrying capacity of the blood is diminished. This results in a rightward shift of the oxygen dissociation curve and more oxygen being released to the tissues.

Chronic respiratory disease with hypoxia

Increased 2,3-BPG levels have been noted in individuals with chronic hypoxia, and chronic lung disease.^[6]

An association between low amounts of 2,3-BPG and the occurrence of high altitude pulmonary edema at high altitudes has been observed.

Hemodialysis

In a 1998 study, erythrocyte 2,3-BPG concentration was analyzed during the hemodialysis process. The 2,3-BPG concentration was expressed relative to the hemoglobin tetramer (Hb4) concentration as the 2,3-BPG/Hb4 ratio. Physiologically, an increase in 2,3-BPG levels would be expected to counteract the hypoxia that is frequently observed in this process. Nevertheless, the results show a 2,3-BPG/Hb4 ratio decreased. This is due to the procedure itself: mechanical stress on the erythrocytes is believed to cause the 2,3-BPG escape, which is then removed by hemodialysis. The concentrations of calcium, phosphate, creatinine, urea and albumin did not correlate significantly with the total change in 2,3-BPG/Hb4 ratio. However, the ratio sampled just before dialysis correlated significantly and positively with the total weekly dosage of erythropoietin (main hormone in erythrocyte formation) given to the patients.^[7]

Transfusable blood

Storage of transfusable blood in a blood bank reduces 2,3-BPG.^[6]

References

↑ Benesch, R.; Benesch, RE (1967). "ヒト赤血球由来の有機リン酸がヘモグロビンのアロステリック特性に及ぼす影響". Biochemical and Biophysical Research Communications . 26 (2): 162–7 . Bibcode : 1967BBRC...26..162B . doi : 10.1016/0006-291X(67)90228-8 . PMID 6030262 .
↑ Rapoport, Samuel Mitja; Luebering, Jane (1950). "ウサギ赤血球における2,3-ジホスホグリセリン酸の形成：ジホスホグリセリン酸ムターゼの存在" . Journal of Biological Chemistry . 183 (2): 507– 516. doi : 10.1016/S0021-9258(19)51175-9 .
1 2 Webb KL、Dominelli PB、Baker SE、Klassen SA、Joyner MJ、Senefeld JW; et al. (2021). "低酸素状態におけるヒトの高ヘモグロビン酸素親和性の影響" . Frontiers in Physiology . 12 763933. doi : 10.3389/fphys.2021.763933 . PMC 8795792 . PMID 35095551 . {{cite journal}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)
↑ LoMauro A、Aliverti A (2015)。「妊娠中の呼吸生理学：生理学マスタークラス」。Breathe ( Sheffield、イングランド)。11 (4): 297–301。doi : 10.1183 /20734735.008615。PMC 4818213。PMID 27066123。
↑ González-Cinca N、Pérez de la Ossa P、Carreras J、Climent F (2004 年 9 月)。「ウサギ赤芽球および網状赤血球における 2,3-ビスホスホグリセリン酸、ビスホスホグリセリン酸シンターゼおよびホスホグリセリン酸ムターゼに対する甲状腺ホルモンおよび低酸素の影響」。Hormone Research in Paediatrics。62 ( 4 ) : 191–196。doi : 10.1159 / 000080897。PMID 15375329。S2CID 34271262。
1 2 West, John B.; Luks, Andrew (2016). West's Respiratory Physiology: The Essentials (10th ed.). Philadelphia: Wolters Kluwer. p. 91. ISBN 978-1-4963-1011-8。
↑ Nielsen AL、Andersen EM、Jørgensen LG、Jensen HA (1998 年 10 月)。「血液透析中の酸素と 2,3-ビスホスホグリセリン酸 (2,3-BPG)」。Scandinavian Journal of Clinical and Laboratory Investigation。58 ( 6): 459–67。doi : 10.1080 / 00365519850186256。PMID 9832337。

外部リンク

2,3-BPGの変化がオキシヘモグロビン飽和曲線に及ぼす影響のライブモデル

[Benesch1967-1] Benesch, R.; Benesch, RE (1967). "ヒト赤血球由来の有機リン酸がヘモグロビンのアロステリック特性に及ぼす影響". Biochemical and Biophysical Research Communications . 26 (2): 162–7 . Bibcode : 1967BBRC...26..162B . doi : 10.1016/0006-291X(67)90228-8 . PMID 6030262 .

[Rapoport1950-2] Rapoport, Samuel Mitja; Luebering, Jane (1950). "ウサギ赤血球における2,3-ジホスホグリセリン酸の形成：ジホスホグリセリン酸ムターゼの存在" . Journal of Biological Chemistry . 183 (2): 507– 516. doi : 10.1016/S0021-9258(19)51175-9 .

[Webb2021-3] 1 2 Webb KL、Dominelli PB、Baker SE、Klassen SA、Joyner MJ、Senefeld JW; et al. (2021). "低酸素状態におけるヒトの高ヘモグロビン酸素親和性の影響" . Frontiers in Physiology . 12 763933. doi : 10.3389/fphys.2021.763933 . PMC 8795792 . PMID 35095551 . {{cite journal}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)

[pmid27066123-4] LoMauro A、Aliverti A (2015)。「妊娠中の呼吸生理学：生理学マスタークラス」。Breathe ( Sheffield、イングランド)。11 (4): 297–301。doi : 10.1183 /20734735.008615。PMC 4818213。PMID 27066123。

[hyperthyroidism2004-5] González-Cinca N、Pérez de la Ossa P、Carreras J、Climent F (2004 年 9 月)。「ウサギ赤芽球および網状赤血球における 2,3-ビスホスホグリセリン酸、ビスホスホグリセリン酸シンターゼおよびホスホグリセリン酸ムターゼに対する甲状腺ホルモンおよび低酸素の影響」。Hormone Research in Paediatrics。62 ( 4 ) : 191–196。doi : 10.1159 / 000080897。PMID 15375329。S2CID 34271262。

[:02-6] 1 2 West, John B.; Luks, Andrew (2016). West's Respiratory Physiology: The Essentials (10th ed.). Philadelphia: Wolters Kluwer. p. 91. ISBN 978-1-4963-1011-8。

[haemodialysis-7] Nielsen AL、Andersen EM、Jørgensen LG、Jensen HA (1998 年 10 月)。「血液透析中の酸素と 2,3-ビスホスホグリセリン酸 (2,3-BPG)」。Scandinavian Journal of Clinical and Laboratory Investigation。58 ( 6): 459–67。doi : 10.1080 / 00365519850186256。PMID 9832337。

[ 1 ]

[

[ 3 ]

[ 4 ]

[5]

[7]

代謝