カ ドミウム の生体 作 用 に対 す る実験 的研 究
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(2) 1468. 野. リ ア を加 え,. ADP. 度30℃).反. 3mMを. 添 加 し て 行 っ た(反 応 温. 応 停 止 に は,冷50%エ. タ ノー ル を使 用 した .. 反 応 液 中 の ヌ ク レ オ タ イ ドは,ヌ NH2カ. 上. ク レ オ ジ ー ド5. 祐. 作. 示 し, Piの 増加 と共 にADPあ った.し. か し, AMPの. ン トロ‑ル. 減 少 割 合 が 小 さ くな. 増 加 は 継 続 した.な. との 比 較 につ い て,. お,コ. 5分 経 過 時 点 で表1. ラ ム を装 着 し た 高 速 液 体 ク ロ マ ト グ ラ フ ィ ー. 表1. (HITACHI. 635)を. ム 圧75kg/cm2,移. 用 い て 測 定 し た.分. 析 条 件 は,カ. 動 相0.5MKH2PO4,流. 検 出 器UVphotometer. 反 応5分. 後 の ヌ ク レ オ タイ ドの 比 較(%). た,こ. の 現 象 が ミ トコ ン ドリア の 脱 共. ラ. 速0.8ml/min,. (254nm)で. あ る.. 無 機 リン の定 量 反 応 液 中 に 遊 離 し て く る 無 機 リ ン(Pi)の. 測 定 は,. 高 橋 氏 法17)に よ っ て 行 っ た. K+‑遊. に 示 し た.ま. 出の測定. 0.15M. Choline‑Chloride,. (pH7.5)の. 反 応 液3ml中. 10mM. 反 応 液 中 に 遊 出 し て くるK+‑を man社. 製)で,経. Tris‑HCl. buffer. に ミ ト コ ン ド リア を 添 加 し,. た め,典. 型 的 脱 共 役 剤 と し て 知 ら れ る2,4‑dinitrophe. no1 (DNP)を. カ リウ ム 電 極(Beck. 時 的 に 測 定 し た .反. 役 現 象 と共 通 し た も の で あ る こ と が 示 唆 さ れ て い る12). 用 い て 同 様 の 実 験 を 行 っ た(図2). . DNP. 応 温 度 は25℃. と し た.. 実. 験. 結. 果. ア デ ニ ン ヌ ク レ オ タ イ ドへ の カ ド ミウ ム の作 用 ラ ッ ト肝 ミ トコ ン ドリア(1.5mg蛋 Cl2 100μMを. 白/ml)にCd‑. 作 用 され た と きの アデ ニ ン ヌ ク レ オ タ. イ ド及 びPiの 経 時 的 変化 に つ いて 図1に 示 した.最 初,添. 加 さ れ たADPは. MPの. 増加 が み られ た.そ の 後, ATPも. 急 速 に 減 少 し, ATP及. びA. 減少傾向 を. 図2. DNPに. よ るア デニ ン ヌ ク レオ タ イ ドの経 時 的. 変化. 反 応 条 件 は 図1に. に よ るAMPの. 同 じ.. 増 加 現 象 は,同 様 に み られ た が,カ. ド ミウ ム に 比べ て 顕 著 で は な か った. 次 に,ア デ ニ ン ヌ ク レ オ タイ ド及 びPiに カ ドミウ ム の 濃 度 依 存 性 につ い て,図3に MPは,カ. 対す る 示 す. A‑. ドミウ ム 濃 度 に依 存 して 増 加 す る こ とが. 認 め られ た. K+‑遊 出 に対 す る カ ドミウム とラ ン タン の 相互 作 用 Cd2+は 図1.. Cd2+に. よ る ア デ ニ ン ヌ ク レ オ タ イ ド及 びPi. の 経 時 的 変 化(CdCl2: 反 応 液, (pH7.5) (1.5mg. 0.15M 1mlに. KC1,. に は,冷50%エ. 10mM. 作 用 部 位 とCa2+輸 Tris‑HCl. buffer. ラ ッ ト肝 ミ ト コ ン ド リア. Protein/ml)を. 添 加 し た.反. 100μM). 加 え,. 応 温 度 は30℃. ミ トコ ン ド リア 膜 に 作 用 し,ミ. ADP. 3m. と し,反. タ ノ ー ル(V/V)を. Mを 応停止. 使 用 し た.. トコ ン ドリ. ア 内 のK+‑を 遊 出 させ るが,生 体 膜 に対 す るCd2+の 送 に関 連 した部 位 とが密 接 に関係. して い る もの と思 われ る.そ こ で, Ca2+輸 送 を阻害 す る とい われ るラ ン タナ イ ドの う ち, La3+とCd2+と の ミ トコン ド リア膜 に 対す る相 互 作用 を検 討 した(図 4).図4‑AはCd2+単. 独 のK+‑遊. の で, CdC12 4.2μM/mg蛋. 出 作 用 をみ た も. 白以 上 で のK+‑遊. 出 速 度 は,.
(3) カ ド ミウ ム の 生体 作 用 に対 す る実 験 的 研 究. 極 め て 速 い.そ. 1469. れ に 対 し て, LaCl3を み ら れ る 如 く,遊. る こ と を 示 す.す. な わ ち,先. 先 に 添 加 して お. く と,図4‑Bに. Ca2+に. 出 速 度 が 遅 くな. に ミ トコ ン ドリア 膜 の. 親 和 性 の 高 い 結 合 部 位 にLa3+が. 作 用 し, Cd2+. の 作 用 を抑 制 し て い る こ と が 推 定 で き る. 考. 察. ア デ ニ ン ヌ ク レ オ タ イ ドへ の カ ド ミ ウ ム の 作 用 ミ ト コ ン ド リア 内 の 酵 素 系 は,極 種 金 属 の 作 用 も 又,複. 成 機 構 に 関 し て は,. 1ate kinase系. AMP. やGTP:. に 多 量 に 存 在 し,し れ て い る19)20).カ. 図1に. トコ adeny. phosphotransferase. 者 は,ミ. トコ ン ドリア 内. か も強 い酵 素 活 性 を示 す とい わ ド ミウ ム がAMPを. メ カ ニ ズ ム と し て は,こ. ア デ ニ ン ヌ ク レ オ タ イ ド及 びPiに 対 す るCd2+ の 濃 度依 存 性(反 応 時 間: 12分)反 応 条件 は. 方,ミ. ン ド リ ア 内 で のAMP生. 系18)な ど が 考 え ら れ る,前. 図3. め て 複 雑 で,各. 雑 と 思 わ れ る.一. 生成促進す る. のadenylate. kinaseが. す る こ と が 十 分 考 え ら れ る.図1はADP添 2ADP→ ←ATP+AMPに. 関与 加 時 に,. よ っ てATPとAMPが. 生. 同 じ.. 図4. Cd2+に. よ るK+‑遊. す るLa3+の 反 応 液,. 出 に対. 作用. 0.15M. Choline. chloride, 10mM Tris‑HCl buffer (pH 7.5) 3mlに ラ ッ ト肝 ミ ト コ ン ド リ ア (0.8mgProtein/ml)を た.反 応 温 度 は25℃. 加 え と し た..
(4) 1470. 野. 成 す る こ と を 示 唆 す る. 化 さ れ たATPaseが ATPの た,. 減 少, DNPに. ATPが. 増 加 す る と,活. 性. 働 き,, ATP→ADP+Piに. Piの. 顕 著 で な い の は,. 増 加 が カ ド ミ ウ ム に 比 べ,. DNPがGTP:. AMP. phosphotra. 活 性 化 す る こ と18)に よ っ て,. 減. 少 さ せ る 方 向 に 働 く こ と な ど が 考 え ら れ る.こ. の よ. kinaseの. を 考 え る こ と に よ っ て,. AMPの. 活 性 化 だ け で もadeny1ate. kinase系. は 可 能 で あ る.正. 確 に は,. adenylate. AMPの kinaseの. 性 に よ るadenylate. kinase系. は,. CdがAMPを. kinaseを. の こ と か ら 考 え て,. 者 らが. 活性化. kinaseの. 活性 化 に. kinaseを. kinaseがCd2+. 抽 出 し,そ. トコン. れ を用 い た. 実 験 結 果 を 待 た な け れ ば な ら な い. 一 方 , AMPは. 階 の う ち,. phosphofructo. わ れ る22). Cd2+に ADP,. kinase,. AMPな. よ っ て,. pyruvate. kinaseの3段. ラ ッ ト 肝 ミ ト コ ン ド リア の 酸 化 的 リ ン 酸 化 反 応 に お い て,. Cd2+が. ミ ト コ ン ド リ ア 内 のAMPを. 増 大 させ る. こ と. 2). AMPの. 3). こ の 現 象 に,ミ. ylate. 増 加 がCd2+濃. kinaseの. 度 に依 存 す る こ と. ト コ ン ド リ ア のATPase,. kinaseの. 活 性 化 に つ い て は,. ミ ト コ ン ド リ ア か ら のadenylate 行 い,さ 5)ま. aden. 活性 化 が 関 与 して い る と思 わ れ る こ と. か し, adenylate. kinaseの. の抽出を. らに検 討 が 必要 で あ る こ と た,. AMPの. 増 加 が 解 糖 系 の代 謝 変動 を誘 引. 等 が 判 明 し た. 6)ま. た,ミ. ト コ ン ド リア 膜 のCa2+結. 活 性 化 す る とい. の 高 いLa3+とCd2+の. AMPが. 増 加 し,. Cd2+に. ATP,. Cd2+の. れ る23).従. っ て,今. るこ と. 体 内 に お け るア デ ニ ン ヌ. ク レ オ タ イ ドの 変 動 も検 討 す る 予 定 で あ る.. 合部 位 に親 和 性. 相 互 作 用 に つ い て,. La3+が. よ る ラ ッ ト肝 ミ ト コ ン ド リ ア 膜 か ら のK+‑遊. 出作 用 を抑 制 す るこ と. 組 織 の 代 謝 に も影 響 が 及 ぶ もの と考 え ら. Ca2+輸. 加 に 伴 う 呼 吸 促 進 時 に お け るCd2+. そ の 結 果, 1). 般 的 に,肝. K+‑遊. ADP添. kinaseを. ど の 存 在 比 率 が 変 動 す る こ と は,一. 後,生. 論. す る と い う新 た な 問 題 を 提 起 す る こ と. 解 糖 系 に お け る 律 速 段 階 で あ るhexo. kinase, phosphofructo. 結. 4)し. に よ っ て 活 性 化 さ れ る と い う 直 接 の 証 明 は,ミ ド リ ア か らadenylate. 用 を考 慮 しな が ら,今 後進 め る予 定 で あ る.. 及 ば す 影 響 を 検 討 し た.. 用 い た実 験 で. ト コ ン ド リ ア のadenylate. 身 の作. 活性. よ る 平 衡 増 加 も 否 定 で き な い. し か し,ミ. 出 作 用 を抑. に よ る ミ ト コ ン ド リア の ア デ ニ ン ヌ ク レ オ タ イ ドに. ATPaseの. に よ る 平 衡 増 加 の 他 にadenylate. ッ ドが や は りCd2+に よ るK+.遊. 制 す る とい う事 実24)と併 せ て 考 え る と興 味 深 い.ま. 生成. 増加 す る方 向 に平 衡 をず らす 結 果. を 得 た21).こ. 分 予 想 され る.. 合 部 位 に 親 和 性 が 高 い と い わ れ るル テ ニ ウ. ム,レ. の平. 衡 の ず れ が 同 時 に 生 ず る も の と思 わ れ る.著 行 っ た 市 販 の 筋 肉adenylate. Ca結. 生 成 促 進 現 象 を説. の 平 衡 の ず れ を ひ き お こ し,. 化 とATPase活. ヤ リア が 関 与 し て い る こ とは,十. 活性化. 明 で き る が,. ATPaseの. 作. た,酸 化 的 リ ン酸 化 に 対 す る検 討 もLa3+自. AMPを. う に ミ ト コ ン ド リ ア 内 のadenylate. 祐. よ り,. 増 加 を伴 う も の と思 わ れ る .ま. よ るAMPの. nsferaseを. 上. 生 体 膜 作 用 にCa2+輸. 送 機 構 の 関 与 が 考 え られ. 等 が 判 明 し た.. 出 に 対 す る カ ド ミウ ム と ラ ン タ ン の 相 互 作 用 送 を抑 制 す るLa3+がCd2+に. リア 膜 か らのK+‑遊. よ る ミ トコ ン ド. 出 作 用 を抑 え る こ とは,. の 生 体 膜 に 対 す る 障 害 作 用 を 抑 制 す る こ と を意 味 す る. こ の こ と は,. Cd2+の 生 体 膜 に 対 す る 作 用 部 位 とLa3+の. 作 用 部 位 に 共 通 す る 部 分 が 存 在 す る こ と を示 唆 す る. Mela15)は. 謝 La3+がCd2+. ラ ン タ ナ イ ドの 高 親 和 性 の 結 合 部 位 を ラ. 稿 を 終 わ る に あ た り御 懇 篤 な る 御 指 導,御. ま た 本 実 験 を 行 う に 当 り御 協 力 を い た だ い た 教 室 員 の 方 々 に 厚 く感 謝 い た し ます.. トコ ン ドリア 膜. な お,本. のCa2+キ. トコ ン ド リア 内. 学 会(1979)に. へ のCd2+輸. 送 をLa3+が. 阻 止 す る こ とに よ っ て, Cd2+. の 障 害 作 用 を 抑 制 す る と す れ ば,. Cd2+輸. 送 にCa2+キ. 校 閲 をいた. だ き ま した 恩 師 緒 方 正 名 教 授 に 深 甚 の 謝 意 を表 し ます.. ン タ ナ イ ドの 特 殊 な 機 能 に よ り,ミ ャ リ ア と呼 ん で い る.ミ. 辞. 論 文 の 一 部 に つ い て は,第52回 於 て 発 表 した.. 日本 産 業 衛 生.
(5) カ ド ミウ ム の 生 体 作 用 に対 す る実 験 的 研 究. 文. 1471. 献. 1.. Friberg, L.: Proteinuria. 2.. Ind. Hyg. Toxicol. 30, 32-36, 1948. Friberg, L., Piscator, M., Nordberg, G. F., and Kjellstrom,. and kidney injury among workman. exposed to cadmium. and nickel dust. J.. T.: Cadmium in the Environment.. CRC. Press, Cleveland, Ohio, 1974. 3.. Friberg, L.: Health hazards ronic cadmium. 4.. Paterson,. in the manufacture. of alkaline accumulators. J. C.: Studies on the toxicity of inhaled cadmium. III. The pathology. isoning in man and in experimental G. F.(訳:榎. animals. J.. Nordberg,. 6.. Diamond, E. M., and Kench, J. E.: Effects of cadmium on the respiration Environ. Physiol. Biochem. 4, 280-283, 1974.. 7.. Southard,. 本 悟):カ. J., Nitisewojo,. al control. to ch. of cadmium smoke po. Ind. Hyg. Toxicol. 29, 294-301,. 5.. 8.. with special, reference. poisoning. Acta Med. Scand. 138, Suppl. 240, 124, 1950.. ド ミ ウ ム 汚 染 に よ る 健 康 被 害.公. 害 と 対 策.. 1947.. 11,. 904‑914,. P., and Green, D. E.: Mercurial toxity and the perturbation. system. Physiol. Adaptations Environ.. 33, 2147-2153,. 1975.. of rat liver mitochondria. of the mitochondri. 1974.. Jacobs, E. E., Jacobs, M., Sadani, D. R., and Bradley, L. B.: Uncoupling of oxidative phosphorylation by cadmium. ion. J. Biol. Chem. 223, 147-156,. 1956.. 9.. Mustafa, M. G., and Cross, C. E.: Pulmonary alveolar macrophage. Oxidative metabolism of isolated cells and mitochondria and effect of cadmium ion on electron and energy-transfer reactions. Bioche. 10.. 長 谷 川 亨:環. mistry 10, 4176-4185,. ア 膜 に 対 す る 作 用,特 11.. 劒 持 堅 志:ミ 作 用.岡. 12.. 1971.. 境 汚 染 物 質(重. 金 属 な ど)の. にK+区. ト コ ン ド リ ア のATPase活. 山 医 学 会 雑 誌90,. 飯 田 幸 男:ミ. 生 体 膜 に 対 す る 作 用:第1報. 画 性 に つ い て,岡. 山 医 学 会 雑 誌89.. 性 に 対 す る カ ド ミウ ム,ル. 251‑256,. tration 14.. of adenine. 長 谷 川 亨,野. T., Yamazaki,. nucleotides. 上 祐 作,緒. 方 正 名:環. vitroで. Y., and Nogami,. induced. by mitochondria.. 境 汚 染 物 質(重. と ル テ ニ ウ ム レ ッ ドの 相 互 作 用,特 1501‑1505,. テ ニ ウ ム レ ッ ド及 び カ ル シ ウ ム の 相 互. ト コ ン ド リ ア の 酸 化 的 燐 酸 化 シ ス テ ム に 関 す る 研 究II.諸. M., Hasegawa,. 1977.. 1978.. ラ ッ ト肝 臓 ミ ト コ ン ド リ ア へ の 影 響 に つ い て のin. 13. Ogata,. 各種 重 金 属 イ オ ン の ミ ト コ ン ド リ 1‑8,. 種 有 機 水 銀 化 合 物,及. の 研 究.日. Y.: Effect. 衛 誌,. Acta Med.. 金 属 な ど)の. 33,. 417‑425,. of cadmium. び重金属の 1978.. on changes. Okayama. 32,. in concen. 387-392,. 生 体 膜 に 対 す る 作 用,第3報. に ミ ト コ ン ド リ ア の 酸 化 的 リ ン 酸 化 反 応 に 対 し て,岡. 1978. カ ド ミウム. 山 医 学 会 雑 誌89,. 1977.. 15. Mela, L.: Effect of Lanthanides. and heavy metals on mitochondrial. cation transport,. In Effects of me. tals on cells, subcellular elements, and macromolecules, ed. Maniloff, J., Coleman, J. R., and Miller, M. W., Charles C Thomas. Publisher, USA, pp 235-251,. 1973.. 16. Utsumi, K.: Relation between mitochondrial swelling induced by inorganic phosphate and accumu lation of P in mitochondrial Pi fraction. Acta Med. Okayama 17, 258-271, 1963. 17.. 高 橋 泰 幸:組 okinaseの. 18. Tokumitsu,. 織 中 の 無 機 リ ン 酸 値:とCreatine燐. 作 用 に つ い て.生. 690‑698,. of intramitochondrial. G., and Criss, W. E.: Purification. with isozymeIII.. ibid 258, 436-445,. of rat liver adenylate. 1973.. kinase isozyme II and co. 1972.. 20. Criss, W. E., Sapico, V., and Litwack, G.: Rat liver adenosine triphosphate: phosphotransferase activity, I purification kinase III. J. Biol. Chem. 245, 6346-6351,. phosph. AMP: A suggestion for the co. of endogenous Pi pool. Biochim. Biophys. Acta 292, 325-339,. 19. Sapico, V., Litwack,. Creatine. 1955.. Y., and Ui, M.: The phosphorylaton. mpartmentation mparison. 化 学26,. 酸 の 定 量 法 及 び 豚 梢 子 のphosphamidas. and physical and 1970.. adenosine. kinetic characterization. monophosphate of adenylate.
(6) 1472 21.. 野 緒 方 正 名,野. 上 祐 作,山. の 変 動.第52回 22.. 中 沢 淳:ヌ. 23.. Sporn,. ク レ オ チ ドに よ る 調 節 .蛋. A., Dinu,. 長 谷 川 亨:環 K+遊 89,. 谷 川 亨:各. 日本 産 業 衛 生 学 会 講 演 集,. llular energetic 24.. 崎 吉 郎,長. I., and. Stoenescu,. metabolism. in the. 上. 祐. 種 重 金 属 に よ る ミ トコ ン ド リア の ア デ ニ ン ヌ ク レ オ タ イ ド. 164‑165,. 1979.. 白 質 核 酸 酵 素22, L.: Influence rat. liver.. 作. Rev.. 1739‑1748,. of cadmium roum.. 1977.. administration Biochim.. 境 汚 染 物 質(重 金 属 な ど)の 生 体 膜 に 対 す る 作 用,第4報. 7,. on. 299‑305,. carbohydrate. 1977.. ce. カ ド ミウ ム に よ る ミ トコ ン ドリア の. 出 作 用 及 び カ ド ミウ ム の ミ ト コ ン ド リ ア 膜 へ の 結 合 に 対 す る ル テ ニ ウ ム レ ッ ドの 作 用,岡 1507‑1510,. and. 1970.. 山医学会雑誌.
(7) カ ド ミウム の生 体 作 用 に 対 す る 実 験 的 研 究. The. influence and of rat. of. cadmium. the. effect. liver. on of. mitochondria. of Public Health, (Director:. nucleotide. lanthanium. Yusaku Department. adenine. 1473. on. induced. concentration. K+-release by. cadmium. NOGAMI Okayama. University. Medical School. Prof. M. Ogata). The influence of cadmium (Cd2+) on adenine nucleotide concentration in a reaction mixture consisting of rat liver mitochondria and ADP was studied using high performance liquid chromatography. The results were as follows: An increase in AMP concentration was brought about by the addition of Cd2+. This increase in AMP concentration occurred in parallel with increase in Cd2+ concentration. The appearance of AMP was thought to be due to an ATPase reaction and an adenylate kinase reaction stimulated by Cd2+ although further studies on the adenylate kinase reaction stimulated by Cd2+ are needed. An increase in AMP may influence metabolism via glycolysis. As lanthanium (La3+) is related to Ca2+-binding sites, the effect of La3+ on the K+-release of rat liver mitochondria induced by Cd2+ was also studied. The results were: K+-release induced by Cd2+ was inhibited by La3+. The Cd2+ - binding site was thought to be related to the Ca2+ carrier of mitochondria..
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