人赤血球酸素化ヘモグロビンのアロステリックメカニズム
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(2) . 北海道教育大学紀要 （自然科学編） 第５１巻 第 ２号. 平成 １ ３年２月. ） Ｖｏ ｌ ｉ ＩＳｃ ｉ ｌｏｆＨｏｋｋ ；鑓ｄｏＵｎｉ ｉけｏｆ Ｅｄｕｃａｔ Ｊｏｕｒｎａ ｅｎｃｅｓ ｓ ｏｎ （Ｎａｔｗａ ｖｅｒ ‐２ ‐ ５１． Ｎｏ. Ｆｅｂ １ｕａ ｌ ｙ、 ２００１. 人赤血球 酸素化 ヘモ グロ ビンの アロス テリ ッ クメ カ ニ ズム. 苗木. 貢＊・矢沢洋一. 北海道教育大学旭川校養護課程基礎医科学教室 ＊現在は， 北海道 旭＝東高等学校） （. Ｔｈｅ ＡＩ１ｏｓｔｅｒｉｃ Ｍ ｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ Ｈｕｍａｎ ｏｘｙｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎ. ｌ Ａ ｉＹＡＺＡＷヒ 取ｌ ｉ ｔｓｕ≦犯 ＹＯＲＯＫＩ＊ ａｎｄ 暫ｏｉｃ ｌ. ０８２５Ｊａｐａｎ ｉ ｉ ｉ Ｄｅｐａ ｉ 【 ＩＳｃ ｉ ］韻ｋａｗａＣａ お窓街ｄｏＵｎ ｑ ヒ ｔｍｅｎｔｏｆＢａｓ ｔｙｏｆＥｄｕｃａ恒ｏｎＡｓａｈ誌ａｗａ ‐ ｓ ｃＮ ｅ伍ｃａ ｅｎｃｅ Ｊ ｍｐｕｓＨｏ ｖｅｒ ，０７０ ，Ａｓａ ： にＨｏｋ出血ｄｏ一無 血ｄｋａｗａＥａｓｔＨｉｇｈＳｃｈｏｏｌ ００３６Ｊａｐａｎ） （ ‐ ，Ａｓａｈ誌ａｗａ ，０７０. Ａｂｓ立ａｃｔ. Ｔｈｅ。｝ ｓ ｑ′ｇｅｎ ｃａヱＴｉｅｒＳｉｎ ｖｅ【ｅｂｒａｔｅｓ ａｒｅ ｔｈｅ ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎ ａｎｄ ｍｙ。ｇ１。ｂｉｎ‐ Ｈｅｍ。ｇ１。ｂｉｎ， ｗｈｉｃｈｉ ｌ ｌｅｉｎ 航ｅ せａ ｌｒｏ ｌ ｌ ロｅｒｉｎｂｌｏｏｄａｌ ｎｅｄｉｎ ｒｅｄｂｌｏｏｄｃｅ ｌｄａ ｌ ｌ ｓ ｃｏｎ態ｉ ｓｏｐｌａｙｓａ ｄｔａ ｓｐ。ｎ ｏｆ ／ｇｅｎｃ額ゴ ，ｓｅｌｖｅｓａｓ 位ｅｏ）ｑ ｌｅ ｉｏｘｉｄｅａｌ ｉｄｅｓａｒｅｓｅ ｔｅｄｉｎ ｍｕｓｃ ｃｚ虹ｂｏｎ ｄ ｌｄｈｙｄｒｏｇｅｎｉｏｎ． Ｍｙ。ｇ１ 。ｂｉｎ，ｗｈｉ ｃｈｉ ｓｌ ｏｃａ ｌｖｅｓｕｐｐｌ ｙｏｆｏ 》 ｏ ｚｇｅｎ ，ｐｒｏｖ ｈ ｊ に Ｐ ｍｕｓｃ ｌ ｉ山際ｔｅｓ 菌ｅ ｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｏ） ｔ ｅ ａｌ ｌｄ 燈ｃ ｇｅｎ Ｗｉ ｑ ｚ ‐ ｆ Ｖｅｒ ｌ“）ｅｐロｄｅｃｈａ ｉｎｓ ｉｎｄ ａｌ ｔｅｂｒａ ｔｅ ｈｅｍ。ｇ１。ｂｉｎ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆｆ。ｕｒｐｏ ｌｄ 弾マｏ ｏｆｚｍｏｔｈｅｒ ｏｕｒ ‐ 汀ｈｅｆ ， 加マｏ ｏ ｏｎｅ ｋ. ｌｄｔｏｇｅ ｔｈｅｒｂｙ ｎｏｎｃｏｖａ ｌｅｎｔａ ｉｎｇｌ ｂｉｎｄｉｎｇ ｔ ｂ ｒａｃｄｏｎｓ ｃｈａ山ｏｓ ａｒｅ ｈｅ ｏｕｐ ａｌ ｌｄ ｓ ｅ。）ｑ ‐ １ ｒ ｚｇｅｎ ‐Ｅａｃｈ ｃｏｎ韻ｉｎｓａ ｈｅｍｅ ｇ ｉ １。ｂｉｎｉｎ ａｄｕｌ ｉ ｉ ｉｎｓ ａｎｄ ｔｅ ｔ ｔ ｓ ｓ ｓ ｓｏｆｌ加ｏ ａｌｐｈａ （α） ｃｈａ ｐ頭 ｈｅｍ。ｇ ‐ Ｈｅｍｏｇｌ。ｂｉｎ Ａ 位ｅ ｐｍｎｃ ，ｃｏｎｓ. 前ｏｂｅ桜 （ β）. ｈｅ α ｃｈａ ｉ観ｏｎｏｆｈｅｍｏｇｌ ｄ ｌｃｏｎ韻ｉｎｓ１４１ｒｅｓ ｉｄｕｅｓｉ ｃｈａ山ｏｓ ｉｎｐｏｓ ｏｂｉｎ Ａｉ ｓ α２β２ ｌ 紅ｌｄ ｍｅβ ‐口］ｕｓ ．１ｌ ，故ｅｓｕｂ田山ｔｃｏ ｉｎｓ１４６ｒｅｓ ｉｄｕｅｓ ｉ ｉｎｇｌｅｐｏｌ ｄｅ ｔｉ ｔ。ｆｈｅｍｏｇｌ ｃｈａ山ｌｃｏｎｔａ ｓｔ ｓｏｆｓ ｓｓ無血ａｒｔ。ｔｈａ ｏｂｉｄｓｅａｃｈ ｙ１ ）ｅｐｂ ‐ Ｍｙ。ｇ１。ｂｉｎｃｏｎｓ ‐ｌ ｒ ］ｅ ｉｎｓ １５３ ａｎ血。 ａｃ ｉｄ ｒｅｓ ｉｄｕｅｓ ｉ ｉｏｎａ ｌｓｂｎｕｃｔｕｒｅｓ ］ｏｖｍ ｉｎ ａｔｏｍｉｃ ｄｅｔｍｌ ｔ ｓｕｂｕｎｉ ｓ ａｌ ｌｄ ｃｏｎｔａ ｒ ｍｒｅｅ ‐ｄｉｍｅｎｓ ．１１ ，ｋ１ ， ｌｍｕｃｈａｂｏｕｔｈｏｗ ｐｒｏｔｅ ｉｎｓｆ ｌｄ ｔｈｅｒｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ｎｆ ｔｅｉ ｒｅｖｅａ 。 ｅｇｒ ａ ｏｒｍａ甑ｏｎ． ，ｂｉｎｄｏ ，紅ｌｄｉｎｔ Ｔｈｅ ｂｉｎｄｉｎｇ ｏｆ ０２ｂｙ ｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎ ｉｓｒｅｇｕｌａｔｅｄ ｂｙ Ｈ十， Ｃ０２ ，ａｎｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｈｏｓｐｈａｔｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ２，３‐ ｂｉ コｅｓｅｒｅ ｆ ｔｅ 態ＰＧ）‐１７ ｔｏｒｓ ｇｒｅａｄｙ ａｆ ｔ 伍ｅ ｏ） ｇｅ止ｂｉｎｄｉｎｇ ｐｒｏｐｅ中ｅｓｏｆｈｅｍｏｇｌ ｓｐｈｏｓｐｈｏｇｌ ｅｃ ｎ ｂｙ ｏｂｉ ｙｃｅｒａ き鳳ｌａ ｉｎｆ ｂ ｉ ｔｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｔｅ ｌ ｌ ｔＤ ］ｃｔ ａｒ をｏｍ ｗｈｅｒｅ Ｃ０２ｉ ｓ ｂｏｕｎｄ ｎｄｍｇｔｏｓｉ ｓ ｙ ｄｉ ．ｌｎｄｅｅｄ ，ｉｎｔｅｒａｃ恒ｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｐａｄａ ｉ ｉ ｔｅｓ ｔｅｒ ｉｎｓ ｉｈｏｎｔ ｔＳ Ｈ十ａ１ ｓ １ａｄｄ ｌ ｃｉｎｔｅｒａｃｂｏｎｓ １ １ ・ｄ Ｃ０２ｉ ｏ ｙｐｒｏｔｅ ‐Ｈｅｍ。ｇ１。ｂｉｎ なｉｍｓｐｏ ，ｔｅｒｍｅｄ 副ｌｏｓ ，ｏｃｃｕｒｉｎ ｍａｌ ０２ ｂｉｎｄ血ｇｐｒｏｐｅ ｌ ｔ ｉ ｌ ｔ ‐ ｔｅ ｅｓｏｆｈｅｍｏｇｌ ｏｂｉｎａｒｅｒｅｂ 印ｕ ａ ｅｄｂｙｉｎｔｅｒａｃ檀ｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｓｅｐ釘ａ ）ｑ ｚｇｅｎ ‐Ｆｕｒｄｈｅｒｍｏｒｅ ， 伍ｅｏ ， ｉ １。ｂｉｎｉ ｔ ｉｎ，ｗｈｅｒｅａｓ ｍｙｏｇｌ ｔｅｈｃｐｒｏｔｅ １。ｂｉｎｓ緬ｔｃｈ ｊａｃｅｎｔｓ ｎｏｎａｄ ｅｓ ｓ ｍ 組ｏｓ ｏｂｉｎｉ ｓｎｏｔ ‐Ｈｅｍ。ｇ ‐Ｈｏｗ ｄｏｅｓｈｅｍ。ｇ. 貴ｏｍ ｔｈｅ ｄｅｏ）ｑ〆ｔｏ 。）Ｗ. ｔｂｉｎｄｓ ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ ０２ ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ？ＶＶｈａｔｉｓｔｈｅ ａｃｔｕａ ｌａｌ ｌｏｓｔｅｒ ｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｈｅｎｉ. ｌ ｌａｎｄ 位ｅｃｏｎｃｅｒ ｌ－－ ｏ佳ｅｒｃｏｎ官ａｓ ｔｍｇ 西ｅｗｓ。ｆｈｏｗ ｔ ｍｅｃｈａ田ｄｓｍ？Ｔｗｏ ｍｏｄｅ ｓ－－ ｔｈｅｓｅｑｕｅｎ冒頭 ｍｏｄｅ ｅｄ ｍｏｄｅ ｌｗａｓｄｅｖｅ ｌｏｐｅｄｂｙ Ｄ≧ｍｄｅ ＩＫｏｓｈｌ ｔ官ｏｍ ｏｆｔｈｅｓｅｑｕｅｎ甑副 ｍｏｄｅ ｃｏｏｐｅｒａｄｖｅｉ ｎｔｅｒａｃｄｏｎｓ ｏｃｃｕｒ ｅｓ ａ１ １ｄ ‐□ｈｅｓｍｌｐｌ ， ｉ ｉ ］ ぼｅｒｅｎｔｖ ｉｅｗ ｏｆ副ｌｏｓ ｔｅｒ Ｊｒ ｃｉｎｔ ｅｒａｃ錠ｏｎｓ ｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎ ｌ９６５ｂｙＪａｃｑｕｅｓ Ｍ。ｎｏｄ ］ ｍｍ， ‐ｉｎ ｌ９６６ ‐Ａ ｄ ，Ｊｅｆ垣ｅｓ Ｗｙ ６１.
(3) . 苗木. 貢・矢沢 洋一. ｉ ｉ ｌｉ ｌｅｇｚｍｔ 縦ｌｄｉｎｃ ｉ ｔｓｙ ａｌ ｌｄＪｅｚｍ‐Ｐｉ ｖｅ ｍｏｄｅ ｅｒｒｅ Ｃｈ紅１ｇｅｔ ｌｘ ｒｅ ｓ ｓ ｄｌａ ｌ ｓｃｏｎｓｅｗｅｄｉｎ Ｉ Ｍｍｅｔｑ′ｉ ‐ “コｅｅｓｓｅｎｃｅｏｆ 出ｅ 組ｏｓ コｅａｓｓｕｍｐロｏｎｓｏｆｌ山ｅ ｌ ｌｙｋｌ 〕ｏｗｌａｓ 値ｅｃｏｎｃｅｒ ｉロｏｎｓ ｉ ｔｅｎｃ 官ｍｌ ｌ ｔｅｄｏｒ Ｍ ＷＣ ｍｏｄｅ ｔｉ ｓ ｒ ｍｏｄｅ ｓ ‐１７ ．ｌ ，ｃｏｍｍｏｎ ｌｂｙ Ｍｏｎｏｄ ｅｔ 副‐五ｔ ｉｄｅｒｅｄ 故ｅ ｃｏｎｃｅｒｔｅｄ ｍｏｄｅ ｌ ｍｏｄｅ ｌｔ ｂ 〔 ｎｅｎｔａ ｄａ ｔｅｓ ｃｏｎｓ ｓｂｅはｅｒｔｈそｍ 値ｅｓｅｑｕｅｎ桓ａ ｏ ｅｘｐｅｎ ‐ Ｂｕｔｌ由ｅａ ｌｄｃ ｌ ｌ ｉ ｔｆ ａｍｄ‐ ｅｐｕｂｌ ｓｈｅｄｂｙ Ｍｏｎｏｄｅｔａ ｓｓｐｌ ｅｎｄｉｄａ１ ・ｄｄｉ伍ｃｕｌ ｏｒｕｓｔｏｕｎｄｅｒｓｂ ‐ｉ 垣 街ｄｓｐａｐｅｒ ｌ ｌｍｐ ｌｙａ１ ｌｅ ｖｅｔｈｅｔｈｅｏ ｅｄｂｙ Ｍｏｎｏｄｅｔ副．ｓ １ｄｃ ｚ江ｌ １γｐｒｅｓｅｎｔ ｙ ． ，ｗｅｃｏｕｌｄｓｏ. ６２.
(4) . 人赤血球酸素化ヘモグロビンのアロステリックメカニズ. は じめ に. ‐ ｂ） と ミオ グロ ビン （Ｍｂ） であ ） 運 搬 体 タ ン パ ク質 はヘモ グロ ビン （Ｈ 人 間 を含 ん だ脊 椎 動 物 の 酸 素 （０２ る‐ Ｈｂは赤 血球 中 に 含ま れて お り， ０２の 他 にＣ０２やＨ十を運 ぶこ と が知 ら れて いる‐ Ｍｂは筋 肉中 に存 在 して おり， ０２の 貯 蔵 と 運 搬 の み を 行 っ て いる‐ 脊 椎 動 物 の 成 人Ｈｂ （ＨｂＡ） はＭｂタイ プの α と β の ２ 種 類 の サ ブユニ ッ トが２個 ずつ 集 ま っ た もの で α２β２の ４個 の サ ブユニ ッ トか ら成 り 立 っ て おり， 各 サ ブユ ニ ッ トあ たり１ 個 ずつ 合 計 ４ 個 の０２を結 合 する こ と が 出来 る． α 鎖 は１４１個の ア ミノ 酸残 基 か ら成 っ て おり， β 鎖 は １４６個 の ア ミノ 酸 か ら 構成 さ れて いる‐ Ｍｂは１５３個 の ア ミノ 酸 か ら成 る シ ン グル ポリ ペ プ チ ドであ り， １ 個 の０２しか 結 合 出 来 な い‐ 赤 血 球 中 に は ２， ３ － ビ ス ホ ス ホ グリ セ リ ン 酸 （ＢＰＧ） と いう 有機 リ ン 酸 を含 ん 十 でお り， 先 に述 べ たＣ０２やＨ十と 共 にＨｂの０２結 合 能 に 影響 を与 えて い る． こ れら のＢＰＧ，Ｃ０２ ，Ｈ はＨｂの０２結 合点 と は離 れ た場 所 に結 合 して０２結 合 に影響 を与 えて いる‐ この よう なタ ンパ ク質 の こと をア ロス テ リ ッ ク タ ンパ ク 質 と い い， 我々 の 体 内に は多く の タ ンパ ク 質 がそ の 性 質 をも っ て おり代 謝 にお ける フ ィ ー ドバ ッ ク 機 能 を 果 た して い る こ と はよく 知 ら れ て いる‐ こ の ア ロス テ リ ッ ク タ ン パ ク 質 の 概 念 は１９６５年 にＭｏｎｏｄら によ っ て は じめて 提 唱 さ れた もの で彼 等 はノ ー ベ ル 賞 を受 賞 した‐ Ｈｔ ’の０２結 合能 が どん どん増 して いく」性質 はや Ｍｂの ４つ の サ ブユ ニ ッ トに０２が１ 個 ずつ 結 合 する に従 っ て１ はり ア ロス テ リ ッ ク 性 の 典 型例 と して 知 ら れて いる‐ こ の ア ロス テリ ッ ク タ ン パ ク 質の 性 質 を説 明 する モ デ ）と１９６５年 に ｌ ｍｏｄｅ ｌ） １ ｌ ル 理 論 と して は， １９６６年 にＫｏｓｈ ｓｅｑｕｅｎｄａ ａｎｄ等 に よ っ て 提 出 さ れ た 逐次 モ デル （ ）の ２つ に代 表 さ れる 一 般 的 に いろ い ろ な ｌ ）２ ｔ Ｍｏｎｏｄ等 に より 提 唱 さ れた協 奏 モ デル （ ｃｏｎｃｅ ｒ ｅｄ ｍｏｄｅ ‐ ， タ ン パ ク 質 でえら れた 実 験 結果 をより よく 説 明 できる の は協 奏 的モ デル で ある と考 え ら れて いる が， 彼等 の. 論文は壮大で， 難解な点があり， 種々の参考書や教科書ではこのモデルの説明が不十分で， それを読んだだ け で はほと ん ど理 解 でき な い‐. 今回， 我々はこの協奏的モデル理論を簡単かつ明瞭に誘導することが出来たので紹介する‐. 結果と考察 ヘモグロビンの主な仕事は細胞代謝の酸素需要にみあう酸素を， 血管を通して肺から組織に運ぶことであ る‐ ヘ モ グロ ビンの 各サ ブユ ニ トは１つ の 酸 素 分子 に結 合 でき る‐ 筋 肉細 胞 において， ミオ グロ ビン は酸 素. を貯え， モノマー （単量体） で存在する点以外ヘモグロ ビンと似た性質をもつ． 非常に似ている構成要素を もつ ミオ グロ ビンと ヘ モ グ ロ ビン だ が， そ れ らの 生 理 学 的反 応 はま っ たく 異 な っ て いる‐ こ れ らの 違 い は，. 酸素結合曲線 （酸素による飽和度） に反映されている （図１） ‐ 酸素とミオグロビン （Ｍｂ） との結合は Ｍｂ. 十. ０２ ＝. Ｍｂ０２. その解離定数は. 幾許 Ｋ一驚. （１）. ）４ ） ミオ と表 さ れる． 生 化 学 で は， ふつ う 平 衡 を解 離 定数 で表 し， 一 般化 学 で使う 生成 定 数の 逆 数 と なる３ ．. グロビンの酸素解離を飽和度Ｙで表す‐ 飽和度とは酸素結合部位のうち酸素がついたものの割合である． ミ. ６３.
(5) . 苗木. 貢・矢沢 洋一. オ グロ ビンの飽 和 度 は. Ｙニ ー. ［励 ＱＩ ＩＱＩ ‐一α］ 一 筋。］ Ｋ. （２）. より双曲線となる. ０. ２０. ４０. ６０. ８０. Ｔｏｏ. １２０. 酸素分圧（Ｔｏ ） ｒ ｒ. 図１. ヘモ グロ ビン， ミオ グロ ビンの 酸 素飽 和 曲線. ミオ グロ ビン の 酸 素 による 飽和 度 は双 曲線 と ほ ぼ一致 する． した が っ て ミオ グロ ビン は酸素 分圧（ｐ ０２ ） ，. が相当変わっても酸素を離さない‐ これに対して， ヘモグロビンの酸素飽和度曲線はシグモイ ド （ Ｓ字） 型 で酸素分圧の少しの変化で結合酸素量が大きく 変わる． シグモイ ド型の飽和度曲線はヘモグロビンの結合部 位に対して酸素が協同的に結合することを示す‐ すなわち， 酸素がつくと次の酸素に対する親和性が変わる． こ れ をアロス テリ ッ ク 現象 と呼 び， ヘモ グロ ビンの酸 素解 離 に限 ら す酵素 の反 応速 度 の グラ フ がシ グモイ ド 型 となる場 合 がある． こ の とき の 酵素 は何個 か の サ ブユ ニ ッ トの集 合 体 で， その 各サ ブユ ニ ッ トが酵 素 と し て作用 する 場 合， その 集 合体 をオ リ ゴマ ー酵 素と いう‐ ヘ モ グロ ビンの 各 サ ブユ ニ ッ トが酵 素 である よう な. 状況を想像するとわかりやすい． Ｍｏｎｏｄら は， 共 同的 相 互 作 用 が どの よう に して 生 ずる か を説 明 す る ため， ア ロス テ リ ッ ク タ ン パ ク の － 斉対称 モ デル を提案 した． こ れ をＭＷＣモ デル とも い い， 次 の 仮定 に従う． １ ． ４個の サ ブユ ニ ッ ト は同 じと仮 定 し， ２ ）， Ｒ （ ｌ ｔ ｅｎｓｅ ｒｅ ａｘｅｄ） 型 をとり 得る． この 二つ は酸 素 が ． 各サ ブユ ニ ッ トは２つ の コ ン ホメ ー シ ョ ンＴ （ サ ブユニ ッ トに結 合 している か どう かにか か わ らず平 衡に ある‐ ３ ． 酸 素 はＴ， Ｒ型 の どち ら にも結 合 できる． しか し， 親和 性 は異 なる． ４ ‐ コ ンホメ ー シ ョ ン が変 わ っ て も 分子 の 対 称 性 は保 た れる と した． す な わち， サ ブユ ニ ッ トは一 斉 に コ ン ホメ ー シ ョ ンを変 える． その ため， １ 分子 中 にＲＴ型の 両状態 を とる サ ブユニ ッ トは存 在 しな い ‐. ＫＷＣ理論ではサブユニッ ト構造の対称性を保ったものが安定で， 対称性の低いものは存在しにくいと考え る． だか ら， 図２ の 左側 と右側 の 構 造 しか存 在 しな いと する． そ れ でＫＷＣ理 論 を協 奏 的 （ ｔ ｃｏｎｃｅ ｒ ｅｄ） 機 構 とも 呼 ばれて いる． ６４.
(6) . 人赤血球酸素化ヘモグロビンのアロステリックメカニズ. ４ 個の サ ブユ ニ ッ トか ら成 る ヘ モ グロ ビン にリ ガン ドである 酸 素 が結 合 する 場 合 を考 える‐ コ ンホメ ー シ ｉ ョ ン の 変 換 と 酸 素 の 結 合 は次 の 平 衡 に あ る‐ 簡 単 に す る ため， Ｔ ， 民はＴ， Ｒ型 ヘ モ グ ロ ビン にｉ個 の 酸 素 が 結 合 した状 態 を表 し， 苫…霞冊・０２， Ｒ ｉ…Ｒｉ －・０２と書く こ と にする．. Ｔｏ. →. Ｔｏ. 十. ０２. →. ＴＩ. Ｒｏ. 十. ０２. →. ＲＩ. Ｔ・. 十. ０２. →. Ｔ２. ＲＩ. 十. ０２. →. Ｒ２. Ｔ２. 十. ０２. →. Ｔ３. Ｒ２. 十. ０２. →. Ｒ３. Ｔ３. 十. ０２. →. Ｔ４. Ｒ３. 十. ０２. →. Ｒ４. Ｔ 状態 のサ ブユニッ ト. Ｒ 状 態 の サ ブユ ニ ッ ト Ｌ. Ｔｏ. 妙 Ｒｏ. ４. ｉ. Ｔ．. ｋＴ. Ｔ２. Ｒｏ. け. ÷÷÷÷」－－…－－…. ｋＴ. け. １. Ｔ３. ｋＴ. け. １. Ｔ４. 図２. 紗. ｋＲ. け. 妙. ｋＲ. Ｒ２. け. 妙. ｋＲ. Ｒ３. け. 秒. Ｒ４. 四量体 ア ロス テリ ク タ ンパ ク の協 奏 的 （ＭＷ Ｃ） モ デル. Ｔ型は四角で， Ｒ型は円で表示した‐ 酸素がない状態のＲ型に対するＴ型 の 比 はＬ である‐ Ｔ型 とＲ 型 に酸 素 が結 合する 解 離定 数 はｋＴと ｋＲである‐ ６５.
(7) . 苗木. 貴・矢沢 洋一. ヘモグロビンに酸素が結合する部位は， それぞれサブユニッ トに１個あり， それぞれ単一の結合部位のよう に独立した機能をもっと考える． ヘモグロビンを単位とせず， 結合部位を単位として考えると一つのサブユ ニッ トに酸素が結合するのだから， 解離定数ｋは. た. ． １ ｔｏ２ 一０２が結合 して いない部位］. ｌｏ が 結合している部位１. （３）. これは部位を単位とした定数だから微視的解離定数と呼んでいる． ヘモグロビンに４個の等価な結合部位が あるので， Ｔ状態の微視的解離定数ｋＴは （ ） ａ. Ｔｏ. 十. ０２. →. ＴＩ. ４鴎．に２ １ ち，‐ １岡 ここで， 係数４とは， 四量体ヘモグロビンので型に酸素の結合できる部位が４つあり （酸素結合部位の濃 ）と 度は４ 〔Ｔｏ〕）， 係数１はＴＩが解離してＴｏになれる部位は１つだけ （結合していた酸素濃度は１ 〔ＴＩ〕 いう こと である‐. ①）. ＴＩ. 十. も. ０２. →. Ｔ２. １ きれ ‐回 ２回. 係 数 ３と ２ はＴＩに０２ が結 合 してＴ２にな れる 部位 が三 つ あり， ま たＴ２が解 離 してＴｄこな れる 部 位 を二つ もつ こと を示す． （ ） ｃ. Ｔ２. 十. た. ｄ ） （. Ｔ３. Ｆ. 十. ０２. →. Ｔ３. ］ ２回．ｂ２ ０２. →. Ｔ４. 江ね］ １ ．ｂ ２ も一 . Ｔ状態について， 各成分濃度は. ４ Ｑ］ ［可［ にＦ た．２ ｒ，. に 弓．. ２ １ ［ ｏ 圏 鱈‐ 劇・ ２ た 比 た ね. 図‐喜. γ ．. ｒ ２. ３ １ ［ ｏ 色Ｌ凹 ４園‐ ２ － 左 た ‐左 ‐た γ３. ｒ ．. γ２. ｒ３. 庭１［ ０ ］ 園 一 国たセ２ －比 ‐た ‐ ・た ‐左 “. ６６. γ ，. γ ２. ｒ ３. γ４.
(8) . 人赤血球酸素化ヘモグロビンのアロステリックメカニズ. 一般に， ４個の等価な結合部位をもつヘモグロ ビンの微視的解離定数は. にＪ 【 Ｊ ｏ ‐ ４－ｚ＋１ ）耀 （ ｑ 一 － ，． １. た. 堰］. ！ （. ２３４） ，，. （４）. と表 さ れる‐ こ こ で， （４ － ｉ 十 １） 〔Ｔ ｒ，〕 は０２がま だ結 合 して い な い 部 位 の 濃度， ｉ 〔Ｔｉ〕 はＴｉ上 の 結合 酸 素の 濃度 である． Ｍ ＷＣ モ デル により ｋ ｎ， ｋＲｉは ０２結 合数 に 関係 しな いと仮 定 して いる の で， た ＝た た ＝た ＝た Ｒ， Ｒ２ Ｒ３ Ｒ４ ＝ Ｒ. た ＝た ＝ た ＝た ＝た ｒ ． ｒ２ ｒ３ ｒ４ ｒ. Ｒ状態の微視的解離定数ｋＲｉは添え字の ｉ を取る こ と が でき，. 泰 Ｅ〒. ］期 ・ 戸－ . ３ ４ （嘩， ） ，. （ ５）. Ｒ状態の各成分の濃度も微視的解離定数を用いて同様に表される‐ 酸素結合の飽和度は占有された部位の濃度を， 全部位の濃度で割ればよい‐. にか 結合している部位］. た. １全部位］. －. ［噌十４間）十（ ［可＋３ （ロド２ ［ 【 １ Ｒふ２ Ｒふ３ １ ］ Ｒふ４ ） ＆. ４｛ （［瑚十 ［可十回十回十に］）＋（ 岡十四 十四十 図十［ ＆｝） ｝. （ ６ ）. 分子の 係 数 １ ～４ は， 酸 素 によ っ て 占有 さ れて いる 部 位 がＴＩに は１つ Ｔ２に は２つ …Ｔ４に は４つ ある こ ， ， と を示 して いる． 分母 の係 数 ４ は， ヘモ グロ ビン がそ れ ぞれ酸 素の 結 合可 能 な サ ブユ ニ ッ トを４つ 有 して い る こ と を示 す． わＪ た Ｒ ここ で α＝ 上 組 と置く， α は標準化 した酸 素濃度 と い っ て もよ い‐ ま た 酸 素の 解 離定 数の比 を じ＝ －－ た た ｒ. Ｒ. と する‐ ｃ はＲ状態の酸素結合親和性がＴ状態より大きいほど小さくなる α と ｃ よりＴ Ｒ状態の各成 ‐ ，. 分濃度の式に含まれている共通項は，. と表 さ れる か ら， Ｔ状 態 の ヘモ グロ ビンに 結 合 して いる 酸 素の 総量 は. ［ １４ 州 ｇ ・ ］ ６誓・ ［一 竺 ＋４ 一 号‐ 帥 ×. 挙 ・にー 誓‐ ［ ］ た. ｝ ２◎ ２十１ ２◎ ３十４ ◎ ４ ＝｛４ｃ ．［副 α十１ －４ｃα （１十ｃα）３． 岡. （７） ６７.
(9) . 苗木. 貢・矢沢 洋一. またＲ状態のヘモグロビンに結合した酸素の総量は. ３ ［鴎 １ ・ （ 十α） 恋 お２四 十３四 十４四 十４α. （８）. Ｔ， Ｒ状態 の ヘ モ グロ ビン濃度 は. ４ ｝ ＋Ｆヤ｛可） ＋ ｛ ｝ ＋囚一喝）＋ （岡一期一品 ｝ ｛ ｝ （岡一！ 考 ］十６ｃ ２［鍔］十４ｃ ３ ［島］十 〆α４ ［た］） ＝４｛（［毛］十４ｃα［７ ｂ ］ ）｝ ］十４α３［＆］＋α４［尺。 ］十６α２［尺。 十（［＆］＋４α［尺。 －４（ Ｈ ｃ. （９）. ４ ４１ 戸４ 鍔 （針α）［賜. （６） 式に （７） ～ （９） 式を代入すると た. ３ ３ ４α（１十α） 区 ］十４ｃα（・十 鯛） １叩 。. ４［ ４ ） 【賜 十４（ ・にα ４（・ ″） ”. （ ） １０. という 式 を得 る． 酸 素が結 合 して いな いとき の コ ンホメ ー シ ョ ン相 互 変換の 平 衡定 数 をＬ とする と，. ］ 区。. （ ） １１. を用いて整理すると た. ３ ３ １十ｃα） α（１十α）十乙鯛（. ４払（ ４ ） （１十α ） １“α. ） （ ２ １. Ｄ性の比ｃそして この 式 に は三つ の定 数 α， ｃ， Ｌがある． 標準化した酸素濃度 α， ＴとＲ状態の酸素親禾 ＴとＲ状態の安定度の比Ｌである． 協 奏モ デル に よ っ て 導か れ た （ １２） 式 を， ｃ， Ｌの 値 を変 えて α に対 して Ｙ値 を プロ ッ ト して みる． 表 計 算ソ フ トを使 っ て， ｃ ＝０ と したときの α‐Ｙ 曲線 を図３ に示 す‐. ６８.
(10) . 人赤血球酸素化ヘモグロビンのアロステリックメカニズ. ー. （ 囲碁漉Ｓ綴綴） 〉. 圏□ 圏□. 署喜 圏. ◎ ◎. ぶ. □Ｌ ＝１０. 題□. 霊 Ｌ；１. ◎. □. ◎ ◎. . . 彊喜 ぶ. メ Ｌ＝１０００. 誓ぎ. ｏ Ｌ＝１００〇〇. Ｏ ０. ２. 図３. ４. ｃ. ６. ８. ｉｏ. ｉ２. １４. １６. ＝０としたときの酸素飽和度曲線. Ｒ状態の酸素親和性が℃状態より極端に大きい （ｃ ＝０） と仮定した場合， シグモイ ド型は曲線の初めにお ける立ち上がりの度合いでその特徴が左右され， 酸素が結合していないときにＴ状態の相対安定度 （Ｌ値） が大き いほど， 協同性は大きくなる‐ このとは酸素分圧の低 い組織ではヘモグロビンの活性が低く酸素を離 しやすいことを意味する‐ これに対し単量体のミオグロビンは酸素分圧の低いところでも酸素で飽和されや す い か ら， ヘ モ グロ ビンか ら酸 素 を受 け 取り や す い． ミオ グロ ビン は筋 肉活動 に 際 し 消 費 さ れる 多量 の Ａ ，. ＴＰを電子伝達系から再生するために必要な酸素を蓄えている‐ 次 に， Ｌ ＝１０００の とき. ｃ. を パ ラメ ー タと した とき の飽 和 曲線 を図４ に 示す ‐. ６９.
(11) . 苗木. 貢・矢沢 洋一. Ｄ Ｃ＝０ ‐００. ・ Ｃ＝０‐０４ ＊ Ｃ＝０ Ｉ ．. ０. ２. ４. ６. ８. １０. １２. １４. １６. １８. ２０. 図４ Ｌ＝１ ００ ０のときの酸素飽和度曲線 酸素が結合していないときのＴ状態が安定 （Ｌ値が大きい） とした場合， Ｒ状態の酸素に対する相対親和性 がＴ状態より大きいほど （ｃ 値が小さいほど） 協同性は顕著にあらわれる‐ 酸素濃度が低いとき， ヘモグ ロビンは主としてＴ状態なので， Ｔ状態の親和性 が大きいほど （ｃ 値が大きいほど） 結合する酸素量は多 くなる． α が大きくなると， Ｒ状態の結合親和性が大きいほど （ｃ 値が小さいほど） 結合する酸素量は多 くなっている‐ すなわち， 酸素分圧を高くすると活性が高まり結合する酸素量が多く なるのでＴ状態より本 来不安定なＲ状態をとるヘモグロビンの方が多くなり協同性を示す‐ 酸素分圧の高い肺では酸素で飽和され る こ と を示 す‐. ｃ 値が小さいほど協同性を示すから， Ｔ状態より不安定なＲ状態の方が酸素結合親和性は大きくなる．. 豊ぱ ー キ. 聞. 齢開. 自由エネルギー変化は. Ｒｒ ‐ 崎 ）＞Ｒ 川 考） より， 酸素結合の自由エネルギーがＴ状態に比べてＲ状態を安定化させている‐ したがって， 最初の酸素が 結合すると次の酸素の結合を促進する． Ｔ状態とＲ状態との平衡定数， ヘモグロビンと酸素との平衡定数か ら自由エネルギー変化は求まる． 自由エネルギーの相対関係を図５に示す‐ このことより， Ｌ値が大きいと ７０.
(12) . . 人赤血球酸素化ヘモグロビンのアロステリックメカニズ. きは酸素が一つ結合するとヘモグロビンを不安定なＲ状態へ押しやる． 全部のサブユニッ トが一斉にコンホ メーションを変えるから残る三つの部位は結合しやすくなる‐ 最初の酸素結合が， 続く酸素の結合を促進す る の である‐. Ｔ 状態のヘモ グロ ビン. Ｒ 状態のヘモ グロ ビ ン Ｒｏ. ー Ｒｒｌｎ上. ない Ｔｏが安定 ＲＩ. Ｇ Ａ Ｒ２. Ｒ３. ぜｍ （声）. 酸素が結合するにつれて Ｒ型が安定になる 図５. ） ヘ モ グロ ビンの 酸 素結 合に伴う 自 由エネ ル ギー変化６. Ｍ Ｗ Ｃ 理 論 はＴ と Ｒ状 態 と の 平 衡 定 数 （Ｌ） そ して ヘ モ グロ ビン と 酸 素 との 解 離定 数 による Ｒ Ｔ 状 態 ， ， と での 違 い いう 直感 的 に かわり や すく ま た数 少 な い パ ラメ ー タ だ け でこ の現象 を説 明する す ばら しい理論 ， である こと を確認 でき た．. ７１.
(13) . 菌木. 貢・矢沢 洋一. 参考文献 ｌ ｍｏｄｅ ｌｉｎ ｉｍｅｎ ｔ副 ｂｉ ｉｎｇ ｄａ ｔａａｎｄｔｈｅｏｒｅ菖ｃａ Ｑｅｒ ｌ ｎｄ ｓｏｎ ｏｆｅｘｐｅ １ ）Ｋｏｓｈｌａｎｄ‐ Ｄ．Ｌ． ｒ ‐Ｃｏｍｐ棚ｉ ． ，ａｎｄ 困却 ，１９６６ ，Ｊ ，Ｄ‐ ，Ｎｅｍｅｄｌｙ， Ｇ． ｉｎｇｓｕｂｕｎ ｉ ｈ ｉｓセリメ５ ３６５３８５ ｉ ｍｓｃｏｎｔａ ｉｎ ｔ ｓ ｏｃｈｅｒ ： ｐｒｏｔｅ ． ．Ｂｉ ｌ ｌ １２ ｌ ｂｌ ｉ ｈｏｎｓ ｉ ｔ ｏｌ ：Ａｐ ａｕｓ ｅｍｏｄｅ ｅｈｃ官ａｎｓ ２ ａｎ ）Ｍｏｎｏｄ ‐ ‐Ｊ ‐Ｍｏ ‐Ｂｉ ． ｌ ．ｏｎ 位ｅｎａｍｒｅｏｆ紙ｏｓ ，：８８１１８ ，１９６５ ，ｊ ，ａｎｄＣｈｚ胆ｇｅｔロ（ＬＰ‐ ，Ｗｙｎ ，Ｊ ｄＣ Ｎ Ｙ ｋ ３ ｔｓ ）Ｌｕｂｅｒ ｔｙ ｅ ｒ ，１９９５．Ｂｉｏｃｈｅｌｈｉｓｔ呼，Ｗ．Ｈ．Ｆｒｅｅｍａｎａｎ ｏｍｐそｍｙ ｅｗ ｏｒ．. ４ ） 田宮信雄・松村正実・ 八木達彦・吉田浩訳， １９９２ ‐ ヴォー ト 生化学， 東京化 学同人． ２月． ５ ） 大田隆久・岩田想， １９９４ ． アロステリク現 象の分子メ カニ ズム， 現代化学． １. ０月‐ ９ ９ ２ ６ ）大田隆久，１ ． 酵素反応速度論入門， 現代化学， １ ７ ） 浅井博， １９８２ ． ヘモ グロ ビンの アロステリ ック転移. Ｉ 月刊 フィ ジ ックス ＶＯ ．３. Ｎｏ７．. １３ Ｉ １５ Ｎｏ ８ ） 浅井博， １９７０ ． ‐ ． ． 下等動物のヘモ グロ ビンのアロス テリ ッ クモ デル， 蛋白質・核酸・酵素 ＶＯ. ７２.
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