生物学におけるモリブデン

モリブデンはほとんどの生物にとって必須の元素です。^{[1]モリブデンは}窒素固定に不可欠な窒素固定酵素^[2]に最も多く含まれています。^{[3] [4]}

モリブデンはほとんどの生物にとって必須の元素です。2008年の研究論文では、地球の初期の海洋におけるモリブデンの不足が真核生物（すべての植物と動物を含む）の進化に大きな影響を与えた可能性があると推測されています。^[1]

少なくとも50種のモリブデン含有酵素が特定されており、そのほとんどは細菌中に存在する。^{[5] [6]}これらの酵素には、アルデヒド酸化酵素、亜硫酸酸化酵素、キサンチン酸化酵素などがある。 [ ^7] 1つの例外を除き、タンパク質中のMoはモリブドプテリンと結合してモリブデン補因子を形成する。唯一の例外は窒素固定酵素で、これは化学式Fe ₇ MoS ₉ CのFeMoco補因子を使用する。 ^[8]

機能面では、モリブデン酵素は窒素、硫黄、炭素を調節する過程で特定の小分子の酸化と時には還元を触媒します。^[9]一部の動物と人間では、プリン異化のプロセスであるキサンチンの尿酸への酸化は、モリブデン含有酵素であるキサンチンオキシダーゼによって触媒されます。キサンチンオキシダーゼの活性は、体内のモリブデンの量に正比例します。モリブデンの濃度が極端に高いと、この傾向が逆転し、プリン異化やその他のプロセスを阻害する可能性があります。モリブデン濃度は、タンパク質合成、代謝、成長にも影響します。^[10]

Moはほとんどの窒素固定酵素の成分です。モリブデン酵素の中で、窒素固定酵素はモリブドプテリンを欠いている点で独特です。^{[11] [12]}窒素固定酵素は大気中の窒素からアンモニアを生成する触​​媒として働きます。

${\displaystyle \mathrm {N_{2}+8\ H^{+}+8\ e^{-}+16\ ATP+16\ H_{2}O\longrightarrow 2\ NH_{3}+H_{2}+16\ ADP+16\ P_{i}} }$

FeMoco活性部位の生合成は非常に複雑である。^[13]

_{モリブデン酸はMoO42−}^として体内に運ばれる。^[10]

モリブデンは必須微量栄養素である。^[14]哺乳類のモリブデン依存性酵素は4つ知られており、いずれも活性部位にプテリンベースのモリブデン補因子（Moco）を有する。亜硫酸酸化酵素、キサンチン酸化還元酵素、アルデヒド酸化酵素、ミトコンドリアミトコンドリアアミドキシム還元酵素である。^[15]モリブデンが極度に欠乏している人は亜硫酸酸化酵素の機能が低下しており、食品中の亜硫酸塩に対して毒性反応を起こしやすい。^{[16] [17]}人体には体重1キログラムあたり約0.07 mgのモリブデンが含まれており、^[18]肝臓と腎臓では濃度が高く、椎骨では濃度が低い。^{[19]モリブデンは人間の}歯のエナメル質にも存在し、虫歯の予防に役立つ可能性がある。^[20]

急性毒性はヒトでは見られず、毒性は化学状態に大きく依存する。ラットの研究では、一部のモリブデン化合物の平均致死量（LD ₅₀）は180 mg/kgと低いことが示されている。^[21]ヒトの毒性データは入手できないが、動物実験では、モリブデンを1日10 mg以上慢性的に摂取すると、下痢、成長遅延、不妊、低出生体重、痛風を引き起こす可能性があることが示されており、肺、腎臓、肝臓にも影響を及ぼす可能性がある。^{[22] [23]} タングステン酸ナトリウムはモリブデンの競合阻害剤である。食事中のタングステンは組織内のモリブデン濃度を低下させる。^[19]

中国北部からイランにかけての地理的帯状地域では土壌中のモリブデン濃度が低いため、全般的に食事中のモリブデン欠乏症に陥り、食道がんの発生率の上昇と関連している。^{[24] [25] [26]土壌中のモリブデンの供給量が多い米国と比較すると、これらの地域に住む人々は}食道 扁平上皮がんのリスクが約16倍高い。^[27]

モリブデン欠乏症は、モリブデンを補充しない完全静脈栄養（完全静脈栄養）を長期間受けた結果としても報告されている。モリブデン補因子欠乏症とほぼ同じように、亜硫酸塩と尿酸の血中濃度が上昇する。この原因による純粋なモリブデン欠乏症は主に成人に発生するため、神経学的影響は先天性補因子欠乏症の場合ほど顕著ではない。^[28]

乳児に見られる先天性モリブデン補因子欠乏症は、モリブデン補因子を合成できない病気です。モリブデン補因子は、モリブデンを使用するすべての既知のヒト酵素の活性部位でモリブデンと結合する、前述の複素環式分子です。この欠乏により、亜硫酸塩と尿酸の濃度が上昇し、神経障害を引き起こします。^{[29] [30]}

モリブデンのほとんどは尿中にモリブデン酸塩として人体から排泄されます。さらに、食事によるモリブデン摂取量が増えると、尿中へのモリブデン排泄量も増加します。少量のモリブデンは胆汁を通じて糞便中に体外に排泄されます。また、少量は汗や髪の毛からも失われます。^{[31] [32]}

モリブデンの高濃度は体内の銅の吸収を妨げ、銅欠乏症を引き起こす可能性がある。モリブデンは血漿タンパク質が銅に結合するのを防ぎ、尿中に排泄される銅の量も増加させる。モリブデンを高濃度で摂取した反芻動物は下痢、発育不全、貧血、無色毛症（毛の色素が失われる）に悩まされる。これらの症状は、食事または注射による銅のサプリメントで緩和できる。^{[33]実質的な銅欠乏症は、過剰な}硫黄によって悪化する可能性がある。^{[19] [34]}

銅の減少または欠乏は、治療目的で意図的にテトラチオモリブデン酸アンモニウム化合物によって誘発されることもある。この化合物では、鮮やかな赤色の陰イオンであるテトラチオモリブデン酸が銅キレート剤である。テトラチオモリブデン酸は、動物の銅中毒の治療に初めて治療的に使用された。その後、ヒトの遺伝性銅代謝障害であるウィルソン病の治療薬として導入され、腸管での銅の吸収と競合し、排泄を増加させる作用がある。また、銅イオンに依存する膜転座プロセスを阻害することにより、血管新生を阻害する効果があることも判明している。[ ^35]これは、癌、加齢性黄斑変性症、および血管の病的な増殖を伴うその他の疾患の治療研究にとって有望な道である。^{[36] [37]}

一部の放牧家畜、特に牛では、土壌の pH が中性からアルカリ性の場合、 牧草地の土壌中のモリブデン過剰によって下痢 (下痢) が発生することがあります (涙液分泌異常を参照)。