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細胞生物学において、イオントラッピングとは、化学物質のpKa値と細胞膜を挟んだpHの差により、細胞膜を挟んだ化学物質の濃度が高くなる現象を指します。[1] [2]この結果、塩基性化学物質は細胞質などの酸性体液に蓄積し、酸性化学物質は塩基性体液に蓄積します。
機構
多くの細胞には、濃度勾配に逆らって分子を細胞内または細胞外に送り出す他のメカニズムがありますが、これらのプロセスは能動的なものであり、酵素を必要とし、細胞のエネルギーを消費します。対照的に、イオントラッピングには酵素もエネルギーも必要ありません。どちらも細胞膜の 半透性の性質を伴うという点で、イオントラッピングは浸透と似ています。
細胞は細胞内部のpH が細胞外部よりも酸性である(胃粘膜細胞は例外 )。そのため、塩基性薬物 (ブピバカイン、ピリメタミンなど) は細胞内部の方が外部よりも帯電している。細胞膜は非イオン化 (脂溶性) 分子に対して透過性であるが、イオン化 (水溶性) 分子は容易に細胞膜を通過できない。塩基性化学物質の非帯電分子が細胞膜を通過して細胞内に入ると、細胞内部の pH が低いために水素イオンを得て帯電し、再び細胞膜を通過することはできなくなる。膜貫通平衡を維持する必要があるため、別の非イオン化分子が細胞内に拡散してこのプロセスを繰り返す必要がある。そのため、細胞内部の濃度は細胞外部の何倍にも増加する。薬物の非帯電分子は、細胞膜の両側で等濃度のままである。
分子の電荷は、その溶液の pH に依存します。酸性媒体では、塩基性薬物はより帯電し、酸性薬物はより帯電しません。塩基性媒体ではその逆が当てはまります。たとえば、ナプロキセンは非ステロイド性抗炎症薬で、弱酸です ( pKa値は 5.0)。胃液のpH は 2.0 です。その pH と pKa の間には (対数スケールのため) 3 倍の差があり、したがって帯電濃度と非帯電濃度の間には 1000 倍の差があります。したがって、この場合、帯電したナプロキセン1 分子ごとに、pH 2 の非帯電ナプロキセン 1000 分子が存在します。[3]このため、弱酸は胃から、弱塩基は pH がアルカリ性の腸から吸収されやすくなります。溶液の pH が溶解した薬物の pKa に等しい場合、薬物の 50% がイオン化され、別の 50% はイオン化されません。これはヘンダーソン・ハッセルバルヒ方程式によって記述される。[要出典]
薬物動態
イオントラッピングは、塩基性（アルカリ性）薬物が胃（例えばモルヒネ）に分泌され、pHが酸性の状態で酸性薬物が尿中に排泄される理由です。同様に、弱塩基であるアンフェタミンと一緒に炭酸水素ナトリウムを摂取すると、アンフェタミンの吸収（胃内）が向上し、尿中への排泄が少なくなるため、その作用が長引くことになります。イオントラッピングは、特定の抗癌化学療法の部分的な失敗を引き起こす可能性があります。[4]
イオントラッピングは薬理学以外でも重要です。たとえば、イオントラッピングにより、弱酸性のホルモンが細胞の細胞質に蓄積します。これは、多くのホルモンが感知される細胞外環境でホルモンの外部濃度を低く保つために重要です。イオントラッピングの対象となる植物ホルモンの例としては、アブシジン酸、ジベレリン酸、レチノイン酸などがあります。イオントラッピングの対象となる動物ホルモンの例としては、プロスタサイクリンやロイコトリエンなどがあります。
参照
参考文献
- ^ ステファニー・T・ワイス（2009年1月1日）。高収量薬理学。リッピンコット・ウィリアムズ＆ウィルキンス。pp.3– 。ISBN 978-0-7817-9273-8。
- ^ DT Okpako (1991年2月22日). 薬理学の原理: 熱帯アプローチ. ケンブリッジ大学出版局. pp. 118–. ISBN 978-0-521-34095-3。
- ^ “Angelfire”. 2016年3月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年1月7日閲覧。
- ^ Mahoney BP、Raghunand N、Baggett B、Gillies RJ (2003 年 10 月)。「腫瘍の酸性度、イオントラッピング、化学療法薬。I 酸性 pH は in vitro での化学療法薬の分布に影響します」。Biochem Pharmacol . 66 (7): 1207–18. doi :10.1016/s0006-2952(03)00467-2. PMID 14505800。