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(a) キャリアイオノフォアはイオンを可逆的に結合し、細胞膜を通して運びます。
(b) チャネルイオノフォアは細胞膜内にチャネルを作成し、イオンの輸送を促進します。
化学において、イオノフォア（ギリシャ語の ionと-phore 「イオンキャリア」に由来）は、イオンを可逆的に結合する化学種である。[1]多くのイオノフォアは、細胞膜を越えてイオンを輸送する脂溶性物質である。イオノフォアは、液体ポリマー膜（キャリアベースのイオン選択電極）や生細胞または合成小胞（リポソーム）に見られる脂質二重層などの疎水性膜を越えたイオン輸送を触媒する。 [1]構造的には、イオノフォアには親水性中心と膜と相互作用する疎水性部分が含まれている。
いくつかのイオンフォアは微生物によって合成され、イオンを細胞内に取り込む。合成イオンキャリアも調製されている。陽イオンと陰イオンを選択的に選択するイオンフォアは、分析において多くの用途が見出されている。[2]これらの化合物は、結合するイオンと組み合わせると、さまざまな生物学的効果と相乗効果を持つことも示されている。[3]
分類
金属イオン結合化合物の生物学的活性は、金属濃度の増加に応じて変化し、後者に基づいて化合物は「金属イオノフォア」、「金属キレート剤」、または「金属シャトル」に分類できます。[3]金属濃度の増加によって生物学的効果が増強される場合は、「金属イオノフォア」に分類されます。金属濃度の増加によって生物学的効果が減少または逆転する場合は、「金属キレート剤」に分類されます。金属濃度の増加によって生物学的効果が影響を受けず、化合物-金属複合体が細胞に入る場合は、「金属シャトル」に分類されます。 イオノフォア（ギリシャ語の イオンキャリアまたはイオンベアラーに由来）という用語は、1967年にバートンプレスマンが同僚とともにバリノマイシンとニゲリシンの抗生物質メカニズムを調査していたときに提案されました。[4]
多くのイオンフォアは、さまざまな微生物、真菌、植物によって自然に生成され、競合種や病原菌に対する防御として機能します。また、複数の合成膜貫通イオンフォアも合成されています。[5] 微生物によって合成されるイオンフォアは、大きく2つに分類されます。
- キャリアイオノフォアは特定のイオンに結合し、その電荷を周囲の環境から遮断します。これにより、イオンは脂質膜の疎水性内部を通過しやすくなります。 [6]しかし、これらのイオノフォアは、非常に低い温度ではイオンを輸送できなくなります。[7]キャリアイオノフォアの例としては、単一のカリウム陽イオンを輸送する分子であるバリノマイシンがあります。キャリアイオノフォアは、タンパク質やその他の分子である場合があります。
- チャネル形成剤は膜に親水性の孔を導入し、イオンが膜の疎水性内部と接触することなく通過できるようにします。[8]チャネル形成イオノフォアは通常、大きなタンパク質です。このタイプのイオノフォアは、キャリアイオノフォアとは異なり、低温でもイオンを移動させる能力を維持できます。[7]チャネル形成イオノフォアの例としては、グラミシジンAやナイスタチンがあります。
細胞膜を越えて水素イオン（H + 、すなわち陽子）を輸送するイオンフォアは、プロトノフォアと呼ばれます。鉄イオンフォアとキレート剤は総称してシデロフォアと呼ばれます。
合成イオンフォア
多くの合成イオンフォアは、クラウンエーテル、クリプタンド、カリックスアレーンをベースとしています。ピラゾール-ピリジンおよびビスピラゾール誘導体も合成されています。[9]これらの合成種は、多くの場合、マクロ環状です。[10]カルボニルシアニド-p-トリフルオロメトキシフェニルヒドラゾンなど、一部の合成剤はマクロ環状ではありません。フェノールなどの単純な有機化合物でさえ、イオンフォア特性を示します。キャリアベースのアニオン選択電極で使用される合成受容体の大部分は、遷移元素または半金属をアニオンキャリアとして使用していますが、単純な有機尿素およびチオ尿素ベースの受容体も知られています。[11]
作用機序
イオンフォアは、タンパク質細孔がない場合でも、イオンを生体膜に可逆的に結合して輸送する化合物である。これにより膜電位が乱れる可能性があり、これらの物質は細胞毒性を示す可能性がある。[1]イオンフォアは、親和性と選択性を示す特定のイオンに対する生体膜の透過性を変更する。多くのイオンフォアは脂溶性であり、生細胞に見られる脂質二重層や合成小胞（リポソーム）などの疎水性膜、または液体ポリマー膜（キャリアベースのイオン選択電極）を介してイオンを輸送する。[1]構造的には、イオンフォアには親水性中心と膜と相互作用する疎水性部分が含まれている。イオンは親水性中心に結合し、イオンフォアイオン複合体を形成する。イオンフォアイオン複合体の構造は、X線結晶構造解析によって検証されている。[12]
化学
いくつかの化学的要因がイオノフォアの活性に影響します。[13]イオノフォア-金属錯体の活性は、その幾何学的構成と、金属中心の周囲に配位環境を作り出す配位部位および原子に依存します。これは、特定のイオンに対する選択性と親和性に影響します。イオノフォアは特定のイオンに対して選択的である場合もありますが、そのイオンだけに限定されるわけではありません。イオノフォアは、最も一般的には受動輸送を介して生体膜を介したイオンの輸送を促進しますが、これはイオノフォア分子の親油性の影響を受けます。イオノフォア-金属錯体の親油性の増加は、親油性膜の透過性を高めます。錯体の疎水性と親水性は、金属イオンの細胞区画への輸送を遅くするか容易にするかも決定します。金属錯体の還元電位は、その熱力学的安定性に影響し、その反応性に影響します。イオンを移動させるイオノフォアの能力は、温度によっても影響を受けます。
生物学的特性
イオンフォアは細胞生理学実験やバイオテクノロジーで広く使用されています。これらの化合物は生体膜を横切るイオンの勾配を効果的に乱すことができるため、細胞内の主要なイオンの役割を調整または強化することができます。[14]多くのイオンフォアは抗菌および抗真菌活性を示しています。[15]それらのいくつかは昆虫、害虫、寄生虫に対しても作用します。一部のイオンフォアは皮膚科および獣医学用の医薬品に導入されています。[16] [17]さまざまなイオンフォアの新しい抗ウイルス、抗炎症、抗腫瘍、抗酸化、神経保護特性を調査するための研究が大量に行われています。[15] [18] [3]
クロロキンは抗マラリア薬および抗アメーバ薬である。[19]また、関節リウマチや全身性エリテマトーデスの治療にも使用される。ピリチオンは脂漏性皮膚炎の薬用シャンプーのふけ防止剤として使用される。[16]また、塗料の防汚剤としても使用され、表面を覆い、カビや藻から保護する。[20]クリオキノールとPBT2は8-ヒドロキシキノリン誘導体である。 [要出典]クリオキノールには抗原虫作用と局所抗真菌作用があるが、神経毒性の懸念から抗原虫剤としての使用は大幅に制限されている。[21]クリオキノールとPBT2は現在、アルツハイマー病、ハンチントン病、パーキンソン病などの神経変性疾患の治療薬として研究されている。グラミシジンはのど飴に使われており、感染した傷の治療にも使われてきました。[22] [23]エピガロカテキンガレートは多くの栄養補助食品に使われており[24]、わずかなコレステロール低下作用があることがわかっています。[25]ケルセチンは苦味があり、食品添加物や栄養補助食品として使われています。[26]ヒノキチオール（β-ツヤプリシン）は、皮膚、髪、口腔ケア、虫除け、消臭剤などの市販品に使われています。[27] [28]また、食品添加物[29]、食品包装の賞味期限延長剤[30]、木材処理における木材防腐剤としても使われています。[31]
ポリエン系抗真菌薬（ナイスタチン、ナタマイシン、アムホテリシンBなど）はマクロライド系のサブグループであり、抗真菌薬や抗リーシュマニア薬として広く使用されている。これらの薬剤は真菌細胞膜のエルゴステロールに結合し、 K +イオンとNa +イオンの透過性と漏れを生じさせることでイオンフォアとして作用し、結果として真菌細胞の死に寄与する。[32]
カルボキシルイオノフォア、すなわちモネンシン、ラサロシド、サリノマイシン、ナラシン、マデュラマイシン、セムデュラマイシン、レイドロマイシンは世界中で販売されており、家禽のコクシジウム症の予防と治療のための抗コクシジウム飼料添加物として広く使用されています。[33]これらの化合物のいくつかは、牛や鶏などの特定の反芻動物の成長および生産性促進剤としても使用されていますが、この使用は主に安全性の問題のために制限されています。[34] [35]
亜鉛イオノフォアは、コクサッキーウイルス、[36] [37]馬動脈炎ウイルス、[38]コロナウイルス、[38] HCV、[39] HSV、[40] HCoV-229E、[41] HIV、[42] [43]メンゴウイルス、[36] [37] MERS-CoV、 [ 41 ]ライノウイルス、[36] SARS-CoV-1、[38] [41]ジカウイルスなど、さまざまなウイルスの複製を試験管内で阻害することが示されています。[44] [45]
参照
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外部リンク
- イオン選択電極用Flukaイオンフォア
- 医療情報データベース Reference.MD
- 天然ポリエーテル抗生物質の構造と特性、J. Rutkowski、B. Brzezinski、オープンアクセスレビュー記事
- ポリエーテルイオンフォア - がん治療のための有望な生理活性分子、A. Huczyński; オープンアクセスレビュー記事[永久リンク切れ ]