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カルバミノヘモグロビン（カルバミノヘモグロビン BrE）（CO 2 Hb 、カルボヘモグロビンやカルボヘモグロビンとも呼ばれる）は、ヘモグロビンと二酸化炭素の化合物であり、血液中に存在する二酸化炭素の形態の1つです。[1] 二酸化炭素の23％がこのように 血液中に運ばれます（70％は炭酸脱水酵素によって重炭酸塩に変換されて血漿中に運ばれ、7％は血漿中に溶解した遊離CO 2として運ばれます）。[2]
構造
カルバミノヘモグロビンは、血液中のヘモグロビンに結合する化合物です。ヘモグロビンは赤血球に含まれるタンパク質で、肺から組織や臓器に酸素を運ぶのに不可欠です。ヘモグロビンはまた、二酸化炭素を組織から肺に運び、呼気として排出する上で重要な役割を果たします。[3]
カルバミノヘモグロビンの構造は、二酸化炭素がヘモグロビンのグロビン鎖のアミノ基に結合したものと説明できます。これは、グロビン鎖のN末端とアルギニンおよびリジン残基のアミノ側枝で発生します。[4]二酸化炭素がヘモグロビンに結合するプロセスは、一般にカルバミノ形成として知られています。これは、カルバミノとヘモグロビンの組み合わせであるため、タンパク質の名前の由来です。[5]
関数
カルバミノヘモグロビンの主な機能の一つは、血流中の二酸化炭素の輸送を可能にすることです。組織内の細胞代謝の老廃物として二酸化炭素が生成されると、その化合物は血流に拡散し、ヘモグロビンと反応します。[6]
分子の結合によりカルバミノヘモグロビンが形成されると、二酸化炭素を組織から肺に輸送できるようになります。肺に入ると、二酸化炭素はカルバミノヘモグロビンから放出され、呼気プロセス中に体外に排出されます。このプロセス全体は、血液中のガスのバランスを維持し、組織と臓器間でガス交換が行われるようにするために非常に重要です。[7]
交流
カルバミノヘモグロビンは、呼吸ガス交換として知られるプロセスで二酸化炭素と相互作用します。この相互作用には、二酸化炭素とヘモグロビンの結合が含まれます。二酸化炭素はヘモグロビンのタンパク質鎖に結合します。ヘモグロビンは酸素分子と二酸化炭素分子の両方に結合することができるため、呼吸ガス交換において呼吸器系にとって重要なタンパク質となっています。
二酸化炭素とヘモグロビンの相互作用は、二酸化炭素を組織から肺に運び、排出するのを助けます。二酸化炭素が組織から運ばれると、細胞代謝と呼ばれる一連の反応の廃棄物として生成されます。最も重要なのは、二酸化炭素がヘモグロビンに結合することで、炭酸の生成による血液のpHの低下を防ぎ、血液のpHを緩衝する役割を果たしていることです。[7]
カルバミノヘモグロビンタンパク質は赤血球に含まれる別のタンパク質（ヘモグロビンなど）と相互作用しますが、この相互作用は血流内でのみ起こり、その産物は排出されます。DNAは細胞核に存在する分子であり、その機能は遺伝情報を運ぶことであるため、カルバミノヘモグロビンはDNAと相互作用しません。[8]
規制
タンパク質カルバミノヘモグロビンの形成と解離は、二酸化炭素が血流に確実に輸送されるよう、多くの要因によって制御されています。制御要因のリストは次のとおりです。
- 二酸化炭素分圧（pCO2 ）：動脈血または静脈血内の二酸化炭素の量。[9]血流中の二酸化炭素の量は、二酸化炭素分子の分圧によって影響を受けます。細胞代謝によって二酸化炭素が生成される組織では、分圧が高くなり、二酸化炭素がヘモグロビンに結合します。一方、肺では二酸化炭素分圧が低く、ヘモグロビンからの二酸化炭素の分離が促進されます。
- pH: ボーア効果は、ヘモグロビンによる酸素と二酸化炭素の結合と放出が血液中のpHの変動によってどのように影響を受けるかを示しています。組織が代謝すると、二酸化炭素と酸性の生成物が生成され、最終的に血液中のpHレベルが低下します。pHが低い場合、二酸化炭素はヘモグロビンに結合し、肺への輸送が容易になります。逆に、肺のpHが高い場合、二酸化炭素はヘモグロビンから放出されます。[10]
- 温度：温度などの要因は、ヘモグロビンによるガスの結合と放出に影響を与える可能性があります。二酸化炭素とヘモグロビンの結合に対する温度の影響は、他のガスに比べて目立ちませんが、この要因はガス交換の全体的な調節に影響を及ぼす可能性があります。[11]
- 重炭酸イオン（HCO 3 - ）の濃度：血流中の二酸化炭素の大部分は、重炭酸イオンの形で輸送されます。炭酸脱水酵素は、二酸化炭素と水を炭酸に変換する触媒作用をします。この分子は重炭酸イオンと水素イオンに分解されます。この分解プロセスは赤血球で発生します。最終的に、血流中の重炭酸イオンの濃度は、体内のタンパク質カルバミノヘモグロビンの形成に影響を与えます。[12]
合成
組織が血流に二酸化炭素を放出すると、約10％が血漿に溶解します。残りの二酸化炭素は、ヘモグロビンによって直接または間接的に運ばれます。ヘモグロビンによって運ばれる二酸化炭素の約10％は、カルバミノヘモグロビンの形をしています。このカルバミノヘモグロビンは、二酸化炭素とグロビン分子のアミノ（-NH 2 ）残基との反応によって形成され、カルバミノ残基（-NH.COO − ）の形成をもたらします。残りの二酸化炭素は、重炭酸イオンとして血漿中を輸送されます。[13]
機構
二酸化炭素がヘモグロビンに結合すると、カルバミノヘモグロビンが形成され、ボーア効果によってヘモグロビンの酸素に対する親和性が低下する。この反応は二酸化炭素分子とアミノ残基の間で形成される。[13]酸素がない場合、結合していないヘモグロビン分子はカルバミノヘモグロビンになる可能性が高くなります。ハルデン効果は、脱酸素化ヘモグロビンのHに対する親和性の増加に関連しています。+
: 組織への酸素の排出は、ヘモグロビンの二酸化炭素に対する親和性の増加をもたらし、H+
体はこれを排出する必要があり、その後肺に運ばれて除去されます。この化合物の形成により水素イオンが生成されるため、それを緩衝するためにヘモグロビンが必要になります。[13]
ヘモグロビンは4つの二酸化炭素分子と結合することができます。二酸化炭素分子は分子のデオキシ形態で4つのタンパク質鎖の4つの末端アミン基とカルバメートを形成します。したがって、1つのヘモグロビン分子は4つの二酸化炭素分子を肺に輸送することができ、分子がオキシヘモグロビン形態に戻るときにそれらは放出されます。[7]
水素イオンと酸素-二酸化炭素の結合
二酸化炭素が組織の毛細血管から溶解ガスとして拡散すると、グロブリン鎖のαアミノ末端に結合してカルバミノヘモグロビンを形成する。カルバミノヘモグロビンは二酸化炭素ボーア効果の一部としてT構造を直接安定化することができる。その後、デオキシヘモグロビンはハルデン効果を通じて重炭酸塩とカルバミノヘモグロビンの形成を促進する形で二酸化炭素の取り込みを増加させる。[14]
疾患との関連
カルバミノヘモグロビンの機能不全やレベルの変化は、一般的に病気や障害を引き起こすことはありません。カルバミノヘモグロビンは、体内の二酸化炭素輸送プロセスの一部です。このタンパク質のレベルは、体内のタンパク質を制御する要因に基づいて減少したり増加したりする可能性があります。[15]
カルバミノヘモグロビンが病気と関連付けられる可能性があるのは、人体の呼吸器系や代謝系の既存の病状または不均衡によってそのレベルに変化が生じた場合です。
既存の病状には次のようなものがあります。
- 呼吸性アシドーシス：血液中の二酸化炭素が蓄積し、血液のpHが低下する病気です。呼吸不全など、ガス交換プロセスに障害がある場合に発生します。[16]
- 低換気：このタイプの症状は、カルバミノヘモグロビン値の上昇につながる可能性があります。この症状は、中枢神経系の障害や一部の薬剤など、多くの要因によって引き起こされる可能性があります。[17]
生物学的重要性
タンパク質カルバミノヘモグロビンは、血液中の二酸化炭素の輸送に重要な役割を果たしており、生物学的にも多くの機能において重要です。
- 二酸化炭素の輸送：このプロセスにより、二酸化炭素が組織から肺に輸送されます。これは、血流中のガスのバランスを維持し、体内から不要な二酸化炭素を除去するために不可欠です。[18]
- 血液pHの緩衝：二酸化炭素とヘモグロビンの結合は、血液pHの緩衝に役割を果たします。組織が二酸化炭素を生成すると、重炭酸イオンの形成によって酸性度の上昇が抑制されます。この緩衝プロセスは、pHの低下を防ぎ、安定した環境を維持するのに役立ちます。[18]
- ガス交換の促進：ヘモグロビンは肺や組織でのガス交換を促進します。肺では酸素がヘモグロビンに結合し、二酸化炭素が放出されます。組織では二酸化炭素が結合してカルバミノヘモグロビンを形成し、酸素が放出されます。組織は酸素を必要とし、二酸化炭素の除去も必要であるため、この交換プロセスは重要です。[19]
参照
参考文献
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さらに読む
- Fogiel M (2004)。生物学問題解決者。ニュージャージー州ピスカタウェイ：研究教育協会。p. 431。ISBN 0878915141。
外部リンク
- 米国国立医学図書館の医学件名標目(MeSH)におけるカルバミノヘモグロビン + A