シトクロムCオキシダーゼと一酸化窒素(NO)の関係:低酸素状態でNOが心臓を動かす

みなさん、呼吸という

皆さん呼吸と言う言葉を科学的に理解しているだろうか?

人は呼吸をしないと死んでしまいます。

それは私たちが呼吸によってエネルギーを獲得しているからです。

まず私たちは、グルコースなどを分解して、エネルギーを獲得し、グルコースは最終的にCO2になります。これらの過程で電子が発生して、その電子がミトコンドリア内で酸素と反応します。

酸素と電子そしてプロトンが反応する酵素が、シトクロム C オキシダーゼです。

 シトクロムC オキシダーゼは、鉄と銅のタンパク質です。
鉄は ヘムの中心にあります。
シトクロムCオキシダーゼに電子が到達するまでに、電子は、電子伝達系と言う細胞内での電子回路を通っていきます。

この電子の移動の過程で、 プロトンのポンプが動いて 、ポンプを汲み出してプロトン勾配を作り出します。

発生したプロット勾配のエネルギーを利用し、 ATP 合成酵素というモーターによって ATP が合成されます。 

ここで大昔の酸素について話します。

酸素は大昔の藻類の光合成によって、大量発生したと言われています。

酸素は元々活性が高く、生物にとっては毒になります。

人間などの哺乳類は酸素を使うために、微生物を体の中に取り込んで、エネルギーを使うことができるようになったと言われています(細胞内共生説)。その微生物の名残がミトコンドリアになります。

ノーベル賞を取った一酸化炭素の偉業は、シグナル分子として活躍することにあります。

これまでの研究で一酸化炭素はシトクロム C オキシダーゼと反応することが知られています。

シトクロム C 酸化還元状態は、酸素が多い状態で酸化状態になり、少ないと還元状態になります。 シトクロム Cオキシダーゼ が還元状態にある場合には結合するだけですが、 オキシダーゼが酸化状態にある場合には一酸化窒素を酸化し、 NO2-を発生させると言われています。

シグナル分子としてる知られている 一酸化窒素を不活性化する機構として、 ペルオキシダーゼやフランボヘモグロビンなどが挙げられますが、シトクロム C オキシダーゼが特に重要な役割を担っていると言われています。

シトクロム C オキシダーゼの酸化還元状態の違いによって、一酸化窒素の量を調節していると考えられています。すなわち、低酸素状態では一酸化窒素の消費が抑えられます。高酸素状態では、一酸化窒素は酸素と競合する反応になり、結果として酵素活性を阻害することになります。

また、低酸素状態では グアニル酸シクラーゼを活性化させます。これによって心臓がよく動いて酸素の供給が良くされるようになるのです。 

参考文献

Taylor CT, Arterioscler Thromb Vasc. Biol., 2010.

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