無機イオン

動物や植物の無機イオンは、生命維持に必要な細胞活動に必要なイオンです。 ^[1]体組織では、イオンは電解質としても知られ、筋肉の収縮やニューロンの活性化に必要な電気活動に不可欠です。イオンは体液の浸透圧に寄与するほか、他の多くの重要な機能を果たします。以下は、生物にとって最も重要なイオンとその機能の例の一覧です。

Ca ²⁺ – カルシウムイオンは骨や歯の成分です。また、以下に挙げるイオンのほとんどと同様に、生物学的メッセンジャーとして機能します。(低カルシウム血症を参照。)
Zn ²⁺ - 亜鉛イオンは体内に非常に微量に存在し、その主な目的は抗酸化物質としての役目です。亜鉛イオンは、一般的に抗酸化剤として作用し、肝臓特異的な酸化促進物質に対しても作用します。^{[2]亜鉛イオンは、特に}システインに富む結合部位において、亜鉛イオンと高い親和性で結合するいくつかの高分子に対して、抗酸化物質のような安定剤としても作用します。 ^[2]これらの結合部位は、これらの亜鉛イオンをタンパク質フォールドの安定剤として使用し、これらのタンパク質モチーフの構造をより強固にします。これらの構造には亜鉛フィンガーが含まれ、いくつかの異なる立体配座があります。^[2]
動物におけるK ⁺ – カリウムイオンの主な機能は、特に腎臓における浸透圧バランスです。（低カリウム血症を参照。）
Na ⁺ – ナトリウムイオンはカリウムイオンと同様の役割を果たします。（ナトリウム欠乏症を参照。）
Mn ²⁺ - マンガンイオンは、さまざまなタンパク質構造の安定剤として使用されているようです。しかし、マンガンイオンの過剰曝露は、パーキンソン病などのいくつかの神経変性疾患に関連しています。^[3]
Mg ²⁺ – マグネシウムイオンはクロロフィルの成分です。（マグネシウム欠乏症（植物）を参照）
Cl ⁻ – ヒトにおける塩化物イオン輸送能力の欠如は嚢胞性線維症（CF）として現れる
CO²⁻³
_... – 海の生物の殻は炭酸カルシウムでできています。血液中の二酸化炭素の約 85% が炭酸イオン水溶液（酸性溶液）に変換され、輸送速度が向上します。
人体にはCo ²⁺^{- コバルトイオンが1～2 mg存在しています。 [4]}コバルトは心臓、肝臓、腎臓、脾臓に存在し、膵臓、脳、血清にもかなり少量存在します。^[4]^{[5]コバルトは}_ビタミンB12の必須成分であり、細胞分裂の基本的な補酵素です。^{[5]コバルトはアミノ酸の形成や神経細胞内の}ミエリン鞘を形成するタンパク質に不可欠です。^[6]^{[3]コバルトは}神経伝達物質の生成にも関与しており、神経伝達物質は生体内で適切に機能するために不可欠です。^[3]
PO^{3−4 3−4}
_{4 ...} –アデノシン三リン酸（ATP）は、エネルギーをアクセス可能な形で蓄える一般的な分子です。骨はリン酸カルシウムです。
Fe ²⁺ /Fe ³⁺ –ヘモグロビンに見られるように、主な酸素運搬分子の中心には鉄イオンがあります。
いいえ⁻
₃ – 植物におけるタンパク質合成のための窒素源。

無機イオンの生物学的機能

イオンチャネル

け⁺チャンネル

カリウムイオンチャネルは膜電位の維持に重要な役割を果たします。これらのイオンチャネルはさまざまな生物系に存在します。細胞レベルのプロセスの調節に頻繁に関与しており、そのプロセスには筋弛緩、高血圧、インスリン分泌などが含まれます。^[7]生物系内のカリウムイオンチャネルの例としては、K _ATPチャネル、BKチャネル、イーサアゴーゴーカリウムチャネルなどがあります。 ^[7]

ナ⁺チャンネル

ナトリウムイオンチャネルは、細胞レベルおよび細胞内レベルで脱分極インパルスを伝達するため、体全体に不可欠な役割を果たします。これにより、ナトリウムイオンは運動や認知などのより集中的なプロセスを調整できます。^[8]ナトリウムイオンチャネルはさまざまなサブユニットで構成されていますが、機能に必要なのは主要なサブユニットのみです。^{[8]これらのナトリウムイオンチャネルは、内部的に相同な 4 つのドメインで構成され、各ドメインには 6 つの膜貫通セグメントが含まれており、}電圧依存性カリウムイオンチャネルの 1 つのサブユニットに似ています。^[8] 4 つのドメインが折り重なって中央の孔を形成します。^[8]ナトリウムイオンの中央の孔がチャネルの選択性を決定します。イオン半径とイオン電荷の両方がチャネルの選択性の鍵となります。^[8]

塩素⁻チャンネル

塩化物イオンチャネルは、陰イオン性塩化物イオンによって制御されるため、他の多くのイオンチャネルとは異なります。塩化物イオンチャネルは、生体膜を介した塩化物イオンの受動輸送を可能にする孔形成膜タンパク質です。 ^[9]塩化物イオンチャネルは、細胞膜を介したイオンの輸送に、電位依存性メカニズムとリガンド依存性メカニズムの両方を必要とします。 ^[9]塩化物イオンチャネルは、ヒトの疾患の発症に重要な役割を果たしていることが判明しており、たとえば、塩化物イオンチャネルをコードする遺伝子の変異は、嚢胞性線維症、骨粗鬆症、てんかんなど、筋肉、腎臓、骨、脳のさまざまな有害な疾患を引き起こします。同様に、塩化物イオンチャネルの活性化は、脳の神経膠腫の進行や赤血球内のマラリア原虫の増殖に関与していると考えられています。 ^[9]現在、塩化物イオンチャネルは完全には解明されておらず、さらなる研究が必要です。

参照

生物学におけるカルシウム
生物学におけるマグネシウム
生物学における無機陰イオン
生物学におけるリン酸
生物学における塩化物

参考文献

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[1] 「無機イオン」。RSC。

[:0-2] Bray, Tammy M.; Bettger, William J. (1990-01-01). 「抗酸化物質としての亜鉛の生理学的役割」.フリーラジカル生物学と医学. 8 (3): 281–291. doi :10.1016/0891-5849(90)90076-U. ISSN 0891-5849. PMID 2187766.

[:1-3] Levy, Barry S.; Nassetta, William J. (2003-04-01). 「マンガンのヒトに対する神経学的影響：レビュー」. International Journal of Occupational and Environmental Health . 9 (2): 153–163. doi :10.1179/oeh.2003.9.2.153. ISSN 1077-3525. PMID 12848244. S2CID 46339844.

[:2-4] Battaglia, Valentina; Compagnone, Alessandra; Bandino, Andrea; Bragadin, Marcantonio; Rossi, Carlo Alberto; Zanetti, Filippo; Colombatto, Sebastiano; Grillo, Maria Angelica; Toninello, Antonio (2009 年 3 月)。「コバルトは肝細胞初代培養における透過性遷移と内因性アポトーシスの原因となる単離肝ミトコンドリアの酸化ストレスを誘導する」( PDF )。国際生化学・細胞生物学誌。41 (3): 586–594。doi :10.1016/j.biocel.2008.07.012。hdl : 10278 / 33504。PMID 18708157。