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赤血球の勉強

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2025.4.27
2025.4.26
2025.4.25

2025.4.25

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体細胞の中で、一番素直で他のすべての細胞の役に立つのは、赤血球だと思う。
肺胞から渡された酸素を運び、細胞から二酸化炭素を受けとって肺胞に渡して、また体内を循環する。
寿命は１２０日だという。
ヒトの赤血球は真ん中がへこんでいて、核がない！
赤血球は生まれた場所から血管の壁をすり抜けて血液の流れに乗って体内をめぐる。
末端の細い血管の中では満員電車のようにひしめき合って通過する。
そんな健気な赤血球について勉強したい。

「新・細胞を読む」講談社　BLUE BACKS


「細胞紳士録」岩波新書



引用：wikipedia

赤血球は血液細胞の一つで色は赤く、血液循環によって体中を回り、肺から得た酸素を取り込み、体の隅々の細胞に運び供給する役割を担い、また同様に二酸化炭素の排出も行う。
赤血球の内部には鉄を含む赤いタンパク質ヘモグロビンが充満しており、赤血球はヘモグロビンに酸素を取り込む。
骨髄では毎日2000億個弱程度の赤血球が作られているが、その寿命は約120日で、120日の間におよそ20-30万回に渡って体を循環して酸素を供給し、古くなると脾臓や肝臓などのマクロファージに捕捉され分解される。
赤血球は体の隅々の細胞にまで酸素を供給するため、柔らかく非常に変形能力に富み、自分の直径の半分以下の直径の狭い毛細血管にも入り込み通過することができる。

赤血球は成熟する最終段階で細胞核やミトコンドリア・リボゾームなどの細胞内器官を遺棄する。
酸素の運搬には不要な細胞核や酸素を消費するミトコンドリアを捨て去り、乾燥重量の約9割がヘモグロビンである。
ミトコンドリアを持たないため、細胞の活動に必要なエネルギーは嫌気性解糖系と呼ばれる酵素によってグルコースを分解して得る。

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このように重要な役割を持つ赤血球は、まず、血管の中に入らなければならないが、そのメカニズムはどうなっているんだろう。
エネルギー源は嫌気性解糖系によるということがわかった。
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2025.4.26

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引用：https://www.jstage.jst.go.jp/article/naika/104/7/104_1367/_pdf/-char/ja

ヘモグロビン(Hb)は，4本のグロビン鎖（αとβが各2本）と，それぞれのグロビン鎖に1個ずつ結合したヘムでできてい る．
ヘムには鉄が含まれており，これに酸素が結合することによって，赤血球は酸素を運搬することができる．
赤血球が赤いのはヘムに含まれる酸化鉄の色による．
体内にはおよそ2×10^13個（２０兆個）の赤血球が存在する.
成人の骨髄では1秒間におよそ200万個の赤血球がつくられている．
赤血球は，造血幹細胞から赤芽球系前駆細胞，前赤芽球，赤芽球，さらに脱核を経て産生される.

引用：https://nikkeimatome.com/?p=54953　

血液1μLあたり成人男性で約500万個、成人女性で約450万個存在する。
赤血球の直径は約7～8μmで、厚さは中心部で約1μm、周辺部で約2μm。
赤血球は非常に柔軟性があり、自身の直径よりも小さな毛細血管（直径約4μm）も自在に変形して通過することができる。
ヘモグロビンは鉄を含む「ヘム」と「グロビン」というタンパク質から構成されており、血液が赤く見えるのはこのヘモグロビンの色による。
成人の赤血球1個には約2億8千万個のヘモグロビン分子が含まれている。
肺から運ばれる酸素の約97%はヘモグロビンと結合した状態で運搬されている。
赤血球の平均寿命は約120日間で、老化した赤血球は主に脾臓や肝臓で分解され、含まれていた鉄分は再利用される。

引用：https://www.otsuka.co.jp/oxygen-lab/about/breathing.html　

呼吸によって外界から取り入れた酸素は、肺胞に到達すると、肺胞の表面にはりめぐらされた毛細血管へ移動（拡散）する。
血液に入った酸素は、ヘモグロビンと結びつく。
ヘモグロビンは、4つの鉄を含む「ヘム」という赤色素（ヘム鉄）とグロビンというタンパク質の化合物。
1つのヘモグロビン分子には、最大4つの酸素分子が結合できる。
ヘモグロビンによって運ばれた酸素は、毛細血管の小孔と呼ばれる小さな穴から血管の外へとしみ出して細胞周辺の間質液と混ざり合い、この間質液がじわじわと細胞の中へ入っていくことで酸素を細胞に引き渡す。

引用：https://www.kango-roo.com/learning/8189/　

酸素は、血液中ではほとんどが赤血球中のヘモグロビン（Hb）と結合して運ばれ、二酸化炭素は重炭酸イオン（HCO3?）として運ばれる。
肺など酸素が豊富な組織ではヘモグロビンは酸素を離しにくく、酸素が少ない組織では酸素を離しやすくなる。

引用：https://numon.pdbj.org/mom/41?l=ja　

ヘモグロビン（hemoglobin）は血液を赤くしているタンパク質である。
４つのタンパク質鎖で構成されており、うち２つはα鎖、残り２つはβ鎖である。
それぞれ１個の鉄原子（iron atom）を含んだ環状のヘム基（heme group）を持っている。
酸素は可逆的にこの鉄原子と結合し、血液中を運ばれる。
各タンパク質鎖はミオグロビン（myoglobin）の構造と似ている。

ヘモグロビンはその活動を制御するのに動きと小さな構造変化を使う素晴らしい分子機械である。
ヘモグロビンにある４つのヘム部位への酸素結合は、同時には起こらない。
最初のヘムに酸素が結合すると、そのヘムを含むタンパク質鎖に小さな構造変化が起こる。

このようにして、最初の酸素分子は付け加えにくいが、２つ目、３つ目、４つ目となるに従い徐々に追加しやすくなっていく。
このことはヘモグロビンの機能において大変な利点となる。
血液が肺にある時、そこには酸素が豊富にあるため簡単に最初のサブユニットに酸素が結合し、速やかに残りのサブユニットにも酸素が満たされる。
そして血液が身体の各部を循環するに従い酸素濃度は低下し、二酸化炭素濃度が上昇していく。
この環境下では、ヘモグロビンは酸素を解離する。
最初の酸素分子が離れるとすぐに、タンパク質の構造は変化し始める。
このことが残りの酸素の速やかな解放を促す。

引用：https://ja.thpanorama.com/articles/anatoma-y-fisiologa/eritrocitos-glbulos-rojos-caractersticas-funciones-anormalidades-valores.html　

哺乳動物では、赤血球は核を含むすべての細胞内区画を失っているので、内部は基本的にヘモグロビンからなる。
ATPの生成は嫌気性代謝に限定されている。
赤血球は血液中に存在する形成された元素のほぼ99％に相当し、残りの1％は白血球および血小板または血小板からなる。
1ミリリットルの血液には、およそ540万の赤血球がある。
直径約7.5～8.7マイクロメートル、厚さ1.7～2.2マイクロメートルの円盤状細胞で、セルの中央で薄く、2億5000万以上の分子のヘモグロビンを含む。

赤血球の細胞膜は脂質二重層およびスペクトリンネットワークに結合した一連の内在性タンパク質および周辺タンパク質を含み、それらは細胞骨格と共に弾力性と膨張性を提供する。
組成物の50％以上がタンパク質で、脂質がわずかに少なく、残りの部分は炭水化物に相当する。
タンパク質結合を伴う結合は垂直相互作用として知られており、アクチン分子によるスペクトリンの二次元配列を含む結合は水平相互作用である。

赤血球の細胞膜にあるタンパク質は、スペクトリン、アンキリン、バンド3、タンパク質4.1および4.2、イオンチャネル、グリコホリンおよび酵素グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ。
これらのタンパク質は、その機能に応じて、膜トランスポーター、接着分子、受容体、酵素と細胞骨格の成分で膜に結合するタンパク質に分けられる。

赤血球はミトコンドリアを欠いているので、解糖フルクトース - ビスホスフェートアルドラーゼA、α-エノラーゼ、ALDOC、グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ、ホスグリセレートキナーゼおよびピルビン酸の酵素を含むほとんどの酵素は原形質膜に固定されている。
輸送タンパク質は数回膜を通過し、このグループの最も重要なものはバンド3、アニオン性塩化物および重炭酸塩交換体である。

構造タンパク質については、最も豊富なのはバンド3、スペクトリン、アンキリン、アクチンおよびタンパク質バンド4.1であり、一方タンパク質バンド4.2、デマチン、付加物、トロポモジュリン、トロポミオシンは膜の少数成分と考えられる。
スペクトリンは、その構造がアルファヘリックスであるアルファ鎖とベータ鎖によって形成された糸状タンパク質である。
スペクトリン繊維はマットレスのバネを思い出させ、マットレスを囲む布の部分はこの仮説の例では原形質膜を表す。

ヘモグロビンは赤血球で合成された四次構造を持つ複雑なタンパク質で、共有結合によって互いに結合した２対の鎖、２つのアルファおよび２つの非アルファ（ベータ、ガンマまたはデルタであり得る）からなる。
各ユニットはヘムグループを提示し、ヘム基は血液の特徴的な赤い色の原因。
大きさは６４，０００ｇ ／ ｍｏｌの分子量。
成人の場合、ヘモグロビンは2本のアルファ鎖と2本のベータ鎖から構成され、ごく一部がベータをデルタに置き換えている。
対照的に、胎児ヘモグロビンは2本のアルファ鎖と2本のガンマ鎖からなる。

引用：wikipedia

スペクトリンはαIとβIの2種類の単量体から二量体ができ、二量体同士が結合して四量体を形成する。
この両末端にアクチン繊維が結合して、最終的な六量体となる。
細胞膜の内側とは、表在性タンパク質であるアンキリンを介して間接的に結合する。
動物ではスペクトリンは網目構造を作って赤血球の形を与えている。

引用：https://www.sigmaaldrich.com/JP/ja/technical-documents/technical-article/research-and-disease-areas/cell-signaling/spectrin?msockid=077809d2b1766b1b366b1998b0fd6a29　

スペクトリンは、脊椎動物の赤血球細胞原形質膜表面を覆うタンパク質の網目構造を構成する主要成分であり、αおよびβの2種類のサブユニット（それぞれ約230 kDaおよび250 kDa）からなる高分子量のヘテロ二量体。
長さ200～260 nm x 幅3～6 nmの屈伸性に優れた分子で両末端にアクチン結合ドメインを有しており、いずれのサブユニットもαアクチニンと関連している。
両サブユニットは、横方向に会合して逆方向のへテロ二量体を形成し、さらに、これらの頭部同士が会合してヘテロ四量体を形成している。
5～7本の屈伸性スペクトリン分子が多角形の網目構造を形成し、長さ約40 nmの短いアクチンフィラメントと連結して赤血球細胞原形質膜の骨格を構築している。
赤血球細胞におけるスペクトリン-アクチン網目構造は、主にスペクトリンとアンキリンとの会合によって二重層膜と結合し、さらにアニオン交換輸送体の細胞質ドメインと結合している。
赤血球細胞におけるスペクトリン骨格の主な機能は、二重層膜の機械的支持体となり、循環血中での赤血球細胞の生存を可能にすること。


引用：https://www.jst.go.jp/pr/announce/20151106-2/index.html　

赤血球が、酸素を必要としている細胞に効率的に酸素を運ぶためには、赤血球が血液中の酸素の濃度を感知（センサー）することが求められる。
赤血球の細胞膜（赤血球膜）にある「バンド３」という膜たんぱく質が、このセンサーとしての役割を担っている。
バンド３は、赤血球膜にあるたんぱく質の３分の１を占める。

細胞において血液中に放出した二酸化炭素が赤血球の膜を透過し、赤血球内で重炭酸イオンと水素イオンに変換される。
次にバンド３は、この重炭酸イオン（電荷を持ったイオンは膜を透過できない）を外に放出すると同時に、血液中の塩素イオンを赤血球内に取り込む「交換輸送」を行う。
その結果、赤血球内では炭酸が塩酸に換わって、ｐＨ中性から酸性に変わり、ヘモグロビンに酸素の放出を促する。
つまり、バンド３が赤血球内のｐＨを制御することで、二酸化炭素を多く放出している組織に対して重点的に酸素を供給する。

バンド３の外向きの構造に赤血球外の塩素イオンが結合し、コアドメインがゲートドメインの方に動くことで赤血球膜の内向きが開き、塩素イオンを赤血球内に取り込む。
次に、塩素イオンが放出されて空いた部位に重炭酸イオンが結合し、バンド３のコアドメインが元の外向きの状態に戻ることで、重炭酸イオンが赤血球膜の外に放出される。




生化学89巻3号p359-367(2017)


2025.4.27

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赤血球の血管内の動きについて：
引用：日本バイオレオロジー学会誌9巻4号　1985 「血管とガラス管内における赤血球の流れの比較」

赤血球は外力により変形し,血管内流動においてはその流動抵抗を減らす。
また,こ のような受動的な変形能力を持った赤血球が血管内を流れるときには,壁近くの赤血球は,ずり応力による膜の回転運動(tank-tread motion)により,血管の中心軸の方に移動する,い わゆる軸集中と呼ばれる現象を引き起こす。
軸集中がおこるため血管壁に沿って赤血球の存在しない層(cell-free layer),いわゆる血漿層(plasma layer)が形成される。
この血漿層の形成の状態は微小血管,とくに細動脈の領域における循環抵抗に影響するとともに,赤血球から組織への酸素の拡散距離も変化することが予想される。

微小血管,特に毛細血管内における赤血球の変形は流動抵抗を減らし,赤血球の循環を促す上で重要な生理的意義を持っている。
さらに,赤血球の変形は赤血球内部を攪拌し,赤血球周囲に形成される"よどみ"層(stagnant layer)を薄くするために,赤血球内部から組織への酸素の放出を促進する。

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赤血球の脱核について：
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引用：生化学89巻3号p359-367(2017)　布村 渉

生物進化の途上では，赤血球に先行してヘモグロビンが登場する．
酸素運搬に必要な分子の登場は細菌にまで溯る.
ミミズ（環形動物）の仲間は，エリスロクルオリン（erythrocruorin）という巨大な（多量体）ヘム結合グロブ リンを持ち，また，チューブワーム（羽織虫）の巨大ヘモグロビンは体液中に拡散している．
チューブワームは熱水噴出孔に棲息しており，多様な細菌とともに硫黄からエネルギー産生を行っている．
生物進化の中でヘモグロビンの登場に比べて赤血球が登場するのはかなり遅く，脊椎動物以降の動物である．
ヘモグロビンを体液中に拡散させておくのではなく，1個の細胞に入れる，つまり赤血球を分化させたことは，体内への酸素運搬効率を飛躍的に高めたと考えられる．
ヘモグロビンを細胞に閉じ込め，核を小さくして，さらに核を捨てて収容容積の拡大を図ったと考えられる．

赤血球の分化過程：
造血幹細胞から骨髄系幹細胞（骨髄系前駆細胞），赤血球・巨核球系前駆細胞，前期赤芽球系前駆細胞（burst-forming uniterythroid：BFU-E），後期赤芽球系前駆細胞（colony-forming unit-erythrocyte：CFU-E），前赤芽球までに数回の細胞分裂をするがその後停止し，好塩基性赤芽球，多染性赤芽球，正染性赤芽球，網赤血球を経て赤血球に成熟する．

この過程でオルガネラの空間的配置も変化する．
細胞質基質での主体はヘモグロビンの産生であるが，その他にもリボソームの減少や細胞膜骨格の構築，微小構造の再構成などが起こる．
正染性赤芽球では，核が細胞質の一方に偏在して細胞が極性化し，収縮環の収縮によって脱核する．
放出された核は細胞膜に覆われている.

脱核前の特徴的なイベントの一つに核濃縮がある.
脱核の最終段階は収縮環（アクトミオシン）の収縮による．
赤芽球の核は収縮環（アクトミオシン）の収縮によって分離される．
その他のオルガネラでは，ミトコンドリアがオートファジー（マイトファジー）によって脱核後，網状赤血球で処分される．
これは，ヘム合成経路の一部がミトコンドリアで行われることを考慮すると，ヘモグロビン合成の時間をできる限り長くとっているように思われる．

オルガネラのない赤血球のエネルギー代謝は嫌気的解糖による基質レベルのリン酸化による.

引用：https://square.umin.ac.jp/transfusion-kuh/related/Hemoglobin/index.html　

ヒトヘモグロビン(Hb)は、ヘムとグロビンが結合し会合して四量体を形成した赤色の複合蛋白。
グロビン鎖には141個のアミノ酸よりなるα鎖と、146個のアミノ酸よりなる非α鎖(β、γ、δ)があり、α鎖と非α鎖とは、通常、互いに過不足なく均衡をとって合成されている。
健常成人の赤血球中のヘモグロビン組成は90%以上がHbA (α2β2)で約2%の HbA2(α2δ2)、1%以下のHbF(α2γ2)です。
このほかにHbAが糖と結合したHbA1が約7%存在する。
各グロビンのサブユニットの疎水性ポケットには1個のヘムが結合しており、Hbは計4個のヘムを持っている。
ヘモグロビンは代表的なアロステリック効果を持つ蛋白質。
アロステリック効果とは、酵素や受容体などの蛋白質の機能が、エフェクターと呼ばれる他の化合物が標的蛋白質の活性部位やリガンド結合部位ではない部位（アロステリックサイト）に結合することで、調整される現象。
エフェクターによって標的蛋白質の立体構造が変化することで起きる。
ヘモグロビンの場合は、やや複雑で、それぞれのヘモグロビン蛋白（例えば、HbAにおける一つのヘムとα鎖）は酸素との結合には一定の平衡定数が存在する。
しかしそのヘムに酸素が結合すると、グロビン鎖（α鎖）の立体構造が変化し、その変化は、残りのグロビン鎖（もう一つα鎖とβ鎖）の立体構造を変化させる。
この変化によってそれぞれのヘモグロビン蛋白に存在するヘムの酸素結合定数が変化し、酸素と結合しやすくなる。
同じヘム蛋白でも、ミオグロビンのそれぞれのヘムにはヘモグロビンのようなアロステリック効果はないので、ヘムの酸素結合と酸素濃度の間の関係は単純な濃度依存関係。
これに対して、ヘモグロビンのヘムの酸素結合と酸素濃度の関係はS字状の変化を示し（シグモイドカーブ）、このような作用により、酸素濃度の高い所では単独のヘムよりも効率的にヘモグロビンは酸素を取り入れることができる。
またこのヘモグロビンの平衡定数はpHや温度などによって変化する。
二酸化炭素が多い環境（末梢組織）では二酸化炭素が水と反応し、重炭酸イオンとなり、赤血球内のpHが低下する。
この結果、ヘモグロビンの酸素親和性が低下しヘモグロビンは酸素を解離しやすくなる（酸素解離曲線の右方変移）。
また温度が上昇した場合や、解糖系の中間体である2,3-ビスホスホグリセリン酸塩（2,3-BPG）の濃度が上昇した場合も酸素解離曲線の右方変移が起きる。
このような現象をボーア効果（Bohr effect）と呼び、酸素需要が亢進してる部位（内呼吸が亢進している部位）でヘモグロビンは酸素を遊離しやすいという合目的な反応と考えられる。

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進化の初め、血液に溶けている酸素を細胞が利用していたが、二酸化炭素の濃度の濃い場所に、赤血球が酸素を運ぶ仕組みに進化した。
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ヘモグロビンの合成経路について：
引用：日薬理誌130 270～274(2007)

「ポルフィリン」という名称は，古代紫（ポルフィラ）に由来する．
古代紫という色は，紫草という多年草の根から染料として創り出された色で，日本の伝統色の中でも特別な意味を持っていた．
ポルフィリンはヘモグロビン，ミオグロビンのほか，我々の体内細胞におけるチトクロムの補欠分子族ヘムの基本骨格であり，生命維持に不可欠な生体物質である．
動物におけるヘムの生合成はミトコンドリアから始まり，その全過程には8種の酵素が関与する.


引用：https://seikagaku.jbsoc.or.jp/10.14952/SEIKAGAKU.2016.880171/data/index.html
ヘムは生命活動に必須な補欠分子族である．
この系はヘム代謝系として知られており，ヘムオキシゲナーゼ（HO）によって，ヘムはビリベルジン，一酸化炭素，鉄へと分解される．
ヘムは中心金属として鉄を持つポルフィリン錯体で，酸化還元によって鉄が二価と三価を行き来する性質や二価鉄に酸素分子が結合する性質を利用することによって，電子伝達，酸素の運搬，酵素の活性中心として用いられる補欠分子族である．
しかし，その有用性はタンパク質に結合している場合に限られ，ヘムタンパク質の新陳代謝などによって生じた遊離のヘムは，酸素分子と化学反応を起こすことで活性酸素種を生じる有害な分子（プロオキシダント）である．
哺乳類において，ヘムを最も多量に含んでいるのは赤血球である．
赤血球は120日周期の新陳代謝サイクルを持ち，老化した赤血球から生じる多量のヘモグロビンを速やかに分解する必要がある．
老化赤血球は細網内皮系によって分解を受ける．
このときに生じる遊離ヘムはヘムオキシゲナーゼ（heme oxygenase：HO）によって，ビリベルジン，二価鉄，一酸化炭素へと分解される.
二価鉄はトランスフェリンによる輸送やフェリチンによる貯蔵を経たのちに，最終的には骨髄でのヘムの合成などに再利用される．
この経路によって供給される鉄は，1日に必要とされる鉄の90％以上を占めており，鉄の恒常性維持に非常に重要である．
HOはその反応過程で一酸化炭素を放出する．
生体内では，この一酸化炭素の大部分は赤血球中のヘモグロビンに結合し，総ヘモグロビンの0.8％程度には一酸化炭素が結合している．
外界からの一酸化炭素の摂取が多くなりすぎると，より多くのヘモグロビンに一酸化炭素が結合し，酸素を輸送できなくなり，いわゆる一酸化炭素中毒となる．
しかし，HOでは反応中に生じる一酸化炭素が酵素反応を阻害しないように，ヘムHO複合体に対する酸素と一酸化炭素の親和性は同程度である.
酸素と一酸化炭素の親和性が同程度になる要因は二つあり，一つは酸素の親和性増大，もう一つは一酸化炭素の親和性減少である．
酸素の親和性増大はHO以外に，ヘモグロビンやミオグロビンでもとられている戦略である．
有機溶媒中のヘムは一酸化炭素を酸素の1万倍以上強く結合するが，ヘモグロビンやミオグロビンでは，酸素の親和性が増大している結果，親和性の比は数十倍から数百倍に抑えられている．
HOでも酸素分子の片方の酸素原子は水分子と，もう片方の酸素原子はGly143のアミド基と水素結合して安定化されることによって，酸素の親和性が増大している.

引用：https://imidas.jp/genre/detail/F-135-0150.html
血液は、酸素を肺から全身の組織に、二酸化炭素を全身から肺に運ぶ。
血液中の酸素は、ほとんどが赤血球中のヘモグロビン (hemoglobin) に結合し、わずか4％が血漿によって運ばれる。
ヘモグロビンは、pH（ペーハー）の低下、二酸化炭素濃度の増加、温度上昇によって酸素親和性が下がり、これによって、活動時には末梢の毛細血管からより多くの酸素が放出されやすくなる。
二酸化炭素は、血液中に溶けやすく、また赤血球内にも容易に拡散する。
二酸化炭素は、赤血球内で水和し、炭酸脱水素酵素の働きで、水素イオンと重炭酸イオンを生じる。
生じた重炭酸イオンは塩素イオンと交換されて赤血球の外に出る。
二酸化炭素の一部はヘモグロビンに結合する。
こうした過程が末梢の毛細血管で起こり、肺では逆の過程が起こって二酸化炭素を放出する。
血液中を運ばれる二酸化炭素の80％は重炭酸イオンとなり、11％はヘモグロビンと結合し、9％が溶解した二酸化炭素となっている。

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ヘモグロビン内部では一酸化炭素も生成するが最小にする仕組みがあり、PHや温度等の状況により酸素と二酸化炭素の拡散が調整されている。
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2025.4.28

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引用：「細胞紳士録」岩波新書

赤血球は骨髄で、白血球と共通の幹細胞から分化する。
赤芽球の段階になると、大きな核をもち、やがて細胞質にヘモグロビンが出現する。
赤芽球は成熟のある段階で、マクロファージに育てられる。
マクロファージは赤芽球島というところで数十個の赤芽球に接触し、インターロイキンⅠなどの物質を分泌して育てる。
生育の悪い赤芽球はマクロファージに捕食される。
赤芽球島から出た赤芽球は骨髄の血管に近づきながら核を排出し、核はマクロファージが始末する。

引用：https://note.com/nomura_369/n/n2472805c4c49

赤血球は、円盤状の形状をしており、中央部が薄くなっている。
この形状は、酸素の取り込みや放出をスムーズに行ううえで理にかなっているが、その形や弾力を維持するにはイオンバランスが非常に重要。
赤血球膜には、ナトリウムイオン（Na+）を細胞外へ、カリウムイオン（K+）を細胞内へ運ぶポンプが存在する。
これはATPのエネルギーを使って動くため、Na+/K+-ATPase（ナトリウム/カリウム-ATPアーゼ）と呼ばれる。
このポンプが正常に機能することで、細胞内外の浸透圧バランスが保たれ、赤血球が球状にふくらんで破壊されないようにしている。
赤血球内部のCa2?濃度は極めて低く抑えられている。
これはCa++-ATPase（カルシウムポンプ）が余分なCa++を外へ排出しているため。
Ca2?が過剰に蓄積すると、赤血球膜が硬くなり、微小血管を通過しにくくなる。
赤血球は炭酸脱水酵素によって、二酸化炭素（CO?）を重炭酸イオン（HCO3-）に変換し、効率的に運搬する。
代わりに塩化物イオン（Cl-）が細胞内に入る「クロライドシフト」によって電荷バランスを保つ仕組みがあり、これが血液のpHを安定させるうえで非常に大切。
もし赤血球のイオンバランスが崩れると、赤血球の形状変化（球状化など）が起こりやすくなり、脾臓などで急速に破壊される。

血管の内側を覆う「内皮細胞」は、単に薄い膜のような存在ではなく、血管の状態を感知し、積極的に血液の流れを制御する非常に重要な“司令塔”のような役割を担っている。
内皮細胞は「一酸化窒素合成酵素（eNOS）」によってNO（一酸化窒素）をつくり、血管平滑筋を弛緩させることで血管を拡張する。
NOは血管拡張だけでなく、血小板の凝集抑制や血管の内壁の保護など、多面的に働く。
プロスタサイクリン（PGI?）も内皮細胞から分泌される物質のひとつで、血管を拡張し、血小板の凝集を抑える作用がある。
逆に、エンドセリン（ET-1）は強力な血管収縮因子で、血圧を上げる働きを持つ。
こうした拡張因子と収縮因子のバランスがとれていることが、健全な血管の状態を保つ。
赤血球自身も、血流が速い（せん断応力が大きい）環境でATPを放出し、これが内皮細胞に作用してNO産生を促すという説がある。
こうした赤血球と内皮細胞のコミュニケーションが、微小血管レベルでの血流分配をより精密にしている。

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赤血球が血管の中に進入する仕組みがまだわからないが、血管内皮細胞との関係がわかった。
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引用：「炎症反応における血管透過性亢進および白血球の血管外遊走の解析とフラボノイドの抑制効果」石川祐子


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この図によると、血管内皮細胞の間隙から血管外へ出ている。
白血球や赤血球が血管内に進入する場合もこれと同様ではないかと推察する。

（後述）そうではなくて、内皮細胞の小孔から出る！

赤血球の形成をよく見てみよう。
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引用：wikipedia

循環血液中の酸素が減少すると、腎臓が感知して刺激を受けエリスロポエチンというホルモンを分泌する。
このホルモンは、赤血球前駆細胞の増殖と分化を刺激し、造血組織における赤血球形成の亢進を活性化し、最終的に赤血球（erythrocytes、エリスロサイト）を形成する。
初期の胎児では、赤血球形成は卵黄嚢の中胚葉細胞で行われる。
3カ月目～4ヶ月目までに、赤血球形成は肝臓に移動する。
7ヶ月後には骨髄で赤血球形成が行われる。
身体活動が活発になると赤血球形成が活発になる。
ヒトは5歳頃までは、基本的にすべての骨の骨髄で赤血球を生成する。
脛骨と大腿骨は、25歳頃までに重要な造血部位ではなくなる。
椎骨、胸骨、骨盤と肋骨、および頭蓋骨は、生涯を通じて赤血球を生産し続ける。
20歳までは、すべての骨（長骨とすべての扁平骨）の赤色骨髄から赤血球が作られる。
20歳を過ぎると、赤血球は、椎骨、胸骨、肋骨、肩甲骨、腸骨などの膜性骨から生成される。
20歳を過ぎると、長骨の骨幹は脂肪の沈着により黄色骨髄（黄色髄とも）となり赤血球形成の機能を失う。

造血幹細胞から分化し始めた幼若な血液細胞は盛んに分裂して数を増やしながら少しずつ分化を進めていく。
最終的に赤血球に分化・成熟する場合は造血幹細胞、骨髄系幹細胞（骨髄系前駆細胞）、赤芽球・巨核球系前駆細胞、前期赤芽球系前駆細胞 (BFU-E)、後期赤芽球系前駆細胞 (CFU-E)、前赤芽球、好塩基性赤芽球、多染性赤芽球、正染性赤芽球、（網赤血球）、赤血球と成熟していく。
赤血球系と判別できるようになった前赤芽球から多染性赤芽球までの細胞も前駆細胞ほど盛んではないが細胞分裂能を持ち、1つの前赤芽球は多染性赤芽球の段階までに3-4回細胞分裂を起して8-16個の細胞に増える。

1.前赤芽球は直径が 20-25μm で前の段階の前駆細胞より大きくなり、赤血球への分化・成熟の段階で一番大きい細胞であり、顕微鏡観察で赤血球への分化の方向が明らかな最初の段階の細胞であり、核構造は繊細で、細胞質は塩基性[注 8]が強く、リボゾームが多い。

2.好塩基性赤芽球では大きさは前赤芽球より小さくなり（この後の段階でさらに小さくなり続ける）16-18μm ほどであり、前赤芽球ほどではないが細胞質は塩基性であり、核構造はやや粗くなる[51]。
3.多染性赤芽球ではヘモグロビンの合成が開始され、ヘモグロビン量が増えるにつれ細胞質の塩基性は弱くなり、細胞はさらに小さくなり、核構造は凝縮しさらに粗くなる。
この段階でも弱いながらも細胞分裂能を残している。

正染性赤芽球では細胞分裂能は失われ細胞核は凝縮し細胞質は赤血球に近くなる。
直径は 10-15μm でやがて細胞核が脱落して赤血球に成熟する。

これらの幼若な段階の細胞、造血幹細胞、前駆細胞、赤芽球は骨髄にのみ存在する。
骨髄にはバリアがあり、幼若な血液細胞は骨髄から出ることができず、脱核して赤血球になって初めて血液中に出ることができる。

正染性赤芽球から核が脱したばかりの若い赤血球では、まだリボゾームが残っており、ニューメチレンブルーによる超生体染色を行うとタンパク質と RNA の複合体であるリボソームがその他の細胞内小器官を巻き込みながら網状に凝集し、凝集したリボソームの RNA が青く染まり、顕微鏡観察では網状に見えるので網赤血球と呼ぶ。

網赤血球の段階でも 10%-30% ほどのヘモグロビンが合成される。
網赤血球は骨髄内に2日ほど留まり、その後血液中に移動して1-2日ほどでリボソームやミトコンドリアが抜け落ちて成熟し完成した赤血球になる。

赤血球は骨髄で造血幹細胞から作られるが、その分化・成熟には骨髄においてマクロファージが大きく関わっている。
骨髄において、赤血球の幼若な段階である赤芽球はマクロファージを中心にその回りを取り囲むように数個から数十個が集団で寄り集まっている。
中心に存在するマクロファージは赤芽球に接し、ヘモグロビンの合成に不可欠な鉄や細胞の生育に必要な物質を供給し、成熟をコントロールし、また脱核させた核の処理や、不要になった赤血球細胞の除去にも関与している。
この、骨髄内においてマクロファージを中心に赤芽球が集まり、赤血球の形成に関わっている細胞集団を赤芽球島もしくは赤芽球小島という。

ミトコンドリアが作ったヘムとポリリボソームが作ったグロビンが細胞質内で出会い、ヘモグロビンになる。

組織内では細胞の活動により二酸化炭素が発生し血漿や組織液に溶け込んでいるが、細胞膜を通して二酸化炭素は赤血球内に取り込まれる。
赤血球内で二酸化炭素 (CO2) と水 (H2O) は炭酸脱水酵素によって重炭酸イオン (HCO?3) と水素イオン (H+) になり、水素イオンが増加することにより酸性が強くなった赤血球内では、酸素とヘモグロビンが結びついたオキシヘモグロビンから酸素分子が遊離し、細胞膜を通って体細胞に酸素が供給される（ボーア効果）。
酸素を放出したヘモグロビンは水素イオンと結びついて赤血球内が極端に酸性に傾くのを防ぐ。

血液中の二酸化炭素のほとんどは赤血球内に取り込まれ、二酸化炭素の約70%は赤血球内の炭酸脱水酵素によって重炭酸イオンに変換され、重炭酸イオンの多くはバンド3 (band 3) と呼ばれる赤血球膜を縦貫する膜輸送たんぱく質によって塩素イオンと交換に赤血球外に出され血漿に溶け込んで肺に循環する。
二酸化炭素の15-20%は酸素を放出したヘモグロビンに結びつきカルバミノヘモグロビンとして赤血球により肺に運ばれ、約10%はそのまま血漿に溶け込んで肺に循環する。

酸素に富み二酸化炭素の少ない肺では、赤血球は逆の行程で重炭酸イオンを二酸化炭素に戻して吐き出し、酸素を取り込む。
つまり、二酸化炭素の少ない肺では赤血球内の二酸化炭素が出て行くが、赤血球内の二酸化炭素濃度が下がると炭酸脱水酵素は組織内のときとは逆に水素イオンと重炭酸イオン (HCO?3) から二酸化炭素 (CO2) と水を生成して、赤血球内の細胞質の pH は上昇する。
また赤血球内の重炭酸イオンが減少したことで赤血球外の重炭酸イオンが塩素イオンと交換で取り込まれ、二酸化炭素に変換されて再び放出される。
pH が上昇した赤血球内では酸素を取り込みやすくなり、もともと酸素に富んだ肺組織内であるのでヘモグロビンはいっぱいに酸素を取り込む。


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赤血球の細胞膜の内側はスペクトリンが網目状に形成されているが、他の細胞のサイトスケルトンとは違うようだ。
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2025.4.29

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引用：wikipedia

成熟した赤血球は、通常の細胞が持つ核やミトコンドリア、リボゾーム、ゴルジ体、小胞体などを捨て去り、酸素の輸送に特化した細胞であるので、細胞の運動能やタンパク質・脂質の合成能を持たず、通常の細胞のようには多くのエネルギーを必要としない。
そのために酸素を消費してエネルギーの産出を担うミトコンドリアを捨て去ることができる。
しかし、赤血球でも ATP を用いての陽イオンの輸送や細胞膜やヘモグロビンなどの各タンパク質の維持のためにエネルギーを必要とする。
エネルギーはグルコースを分解することで得られるが、グルコースの90%は嫌気性解糖系と呼ばれる多数の酵素による ATP合成経路であるエムデン-マイヤーホフ経路によって消費され ATP を産出する。
この ATP は Na+ や K+ などの陽イオンの輸送や膜タンパクのリン酸化、解糖系自身の維持などに使われる。
残りのグルコース10%は NADPH を産出するためにペントースリン酸経路を経由することで消費される。
NADPH はヘモグロビンなどの各タンパク質が酸化されることを防ぎ、保護する。

ヘモグロビンは脊椎動物に固有のものではない。
動物界や植物界を通して見れば、酸素に結合し運搬を行う様々なタンパク質が存在する。
また真正細菌、原生生物界、菌界などでも、可逆的なガス結合を行うと見られる配位子を含んでいるヘモグロビン様のタンパク質が存在する。
これらのタンパク質の多くはグロビンとヘム（平面状のポルフィリンが配位した鉄イオン）を含んでいるため、単にヘモグロビンと呼ばれることがある。
しかし、これらのタンパク質の三次構造は、脊椎動物のヘモグロビンとは大きく異なる場合がある。
特に、原始的な動物で、筋肉を持たないものにおいては、「ミオグロビン」とヘモグロビンを区別することは難しい。
また、循環器があるものでも、酸素運搬をするタンパク質が複数ある場合がある（昆虫類やその他の節足動物など）。
これらの中で、ヘムとグロビン（単量体の場合もある）を含み、ガス交換を行うものをヘモグロビンと称する。
酸素を運搬するもの以外にも、NO、CO2、硫化物を運搬するものもある。
また嫌気的環境を必要とする生物は、O2を環境へ排出することもある。
さらに、塩素化合物の解毒を行うものもあり、その動作はシトクロムP450やペルオキシダーゼと類似する。

ヘモグロビンの構造は生物種によって異なる。
ヘモグロビンは生物界のそれぞれの界に存在するが、すべての種が持つわけではない。
グロビンを1つだけ含むヘモグロビンは、細菌・原生生物・藻類・植物などの原始的なものに観察される傾向がある。
対照的に、線虫類・軟体動物・甲殻類などは、脊椎動物のヘモグロビンよりはるかに大きいヘモグロビンを持つ。
特大ヘモグロビンは、菌類および巨大環形動物に見られ、グロビンとその他のタンパク質を含んでいる。
生物界におけるヘモグロビンの、特に顕著な事例は、体長2.4メートルにも達するチューブワーム （Riftia pachyptila (Vestimentifera)）で観察される。
この種は海底火山の周辺の熱水噴出孔によく見られる。
これらは消化器系を持たないかわりに、体重の半分ほどに達する重量のバクテリア（硫黄酸化細菌）を体内に飼っており、熱水噴出孔からのH2Sと水中のO2を取り入れ、共生細菌によるH2OとCO2からATPを生み出す反応によってエネルギーを得る。
また、血液中には144ものグロビン鎖を持つ巨大ヘモグロビン他、複数存在する。
この生物は、末端に濃い赤色の扇状の器官(plume) を持ち、それを海水中に伸ばして、呼吸のためにO2を、バクテリアのためにH2OとO2を吸収し、また同化のためにCO2を取り入れている（光合成を行う植物と同様）。
この器官は鮮やかな赤色をしているが、これは何種かの非常に巨大なヘモグロビンのためである。
通常、ヘモグロビンは、硫化物に働きを阻害されるが、これらチューブワームのヘモグロビンは、硫化物と酸素の両方を運搬できる点で特徴的である。
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ヘモグロビンの機能は実に不思議。
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ミオグロビン：
ヒトを含む多くの脊椎動物の筋肉組織に見られる。
筋肉組織の色に赤と灰色があるのはこれのためである。
タンパク質としての構造と配列はヘモグロビンに非常に近いが、4量体ではなく単量体であり、cooperative binding（英語版）を持たない。
酸素運搬よりも、酸素の貯蔵のために用いられる。

ヘモシアニン：
自然界で2番目に多く見られる酸素運搬タンパク質である。
多くの節足動物・軟体動物の血液に見られる。
鉄原子のヘム基のかわりに銅の補欠分子族を持つ。
酸素結合時は青色になる。

ヘムエリスリン：
海棲の無脊椎動物と、環形動物のいくつかの種の血液中に存在し、酸素を運搬する。
ヘム基ではない鉄原子を含む。
酸素結合時はピンクから紫色になる。
非結合時は透明である。

2025.4.30

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赤血球が血管内に進入する様相を知りたい。

引用：「血管壁の微細構造と物質輸送経路」山元寅男

毛細レベルで有窓毛細血管と呼ばれるものは、直径約70nmの小陥入がある。

引用：wikipedia
毛細血管の内皮を構成する内皮細胞は薄い板状であるが、核の部分だけが厚く盛り上がっている。
細胞の全形は、血管の方向に概ね一致してやや長く伸び、核もこの方向に長軸を向いた小判形である。
細胞の1個が指輪のように全周を抱くこともあり2,3個がつながって全周を囲むことがある。細胞の1個が指輪のように全周を抱くこともあり2,3個がつながって全周を囲むことがある。細胞の1個が指輪のように全周を抱くこともあり2,3個がつながって全周を囲むことがある。細胞の1個が指輪のように全周を抱くこともあり2,3個がつながって全周を囲むことがある。 そのほか、核周囲部にはミトコンドリア、若干の粗面小胞体、遊離リボゾーム、少数のリソソームがある。
リソソームは内部に加水分解酵素を持ち、エンドサイトーシスやオートファジーによって膜内に取り込まれた生体高分子はここで加水分解される。
分解された物体のうち有用なものは、細胞質に吸収される。
細胞質の薄い部分にはのみこみ陥凹や小胞が通常みられる。 内部に加水分解酵素を持ち、エンドサイトーシスやオートファジーによって膜内に取り込まれた生体高分子はここで加水分解される。分解された物体のうち有用なものは、細胞質に吸収される。
通常の毛細血管では内皮細胞を外から抱くように周皮細胞（pericyte）とよばれる細胞がある。
これはアクチン（平滑筋型のα-アクチン）とミオシンに富み、収縮能力が推測されている。

赤芽球の最後の段階である正染性赤芽球は細胞核が抜け落ちて網赤血球となるが、細胞核が抜け落ちた時点では細胞質にリボソーム(ポリリボソーム）やミトコンドリアなどの細胞内小器官が残っている。
網赤血球はまだ成熟赤血球のような真ん中がくぼんだ円盤状ではなく、残っているリボソームやミトコンドリアによってヘモグロビンの産出がつづいており、網赤血球の段階で10%-30%ほどのヘモグロビンが合成される。
この若い赤血球はニューメチレンブルーによる超生体染色を行うとタンパク質とRNAの複合体であるリボソームがその他の細胞内小器官を巻き込みながら網状に凝集し、凝集したリボソームのRNAが青く染まり、顕微鏡観察では網状に見えるのでこの名前がある。
網赤血球は骨髄内に2日ほど留まり、その後血液中に移動して1-2日ほどでリボソームやミトコンドリアが抜け落ちて成熟した赤血球になる。

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網赤血球のときに血管内に移動する、どうやって。
その前に、酸素はどこに運ばれて何によって利用されるのかを知りたい。
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引用：https://www.otsuka.co.jp/oxygen-lab/about/reaction.html


酸素はミトコンドリアの電子伝達系で利用される。

引用：Wikipedia
酸素はミトコンドリアの外膜と内膜の間で、水素イオンを作るために使われる。


細胞質の解糖系で生成されたピルビン酸は、ピルビン酸共輸送体（ピルビン酸/H+）により細胞質からミトコンドリアへ輸送される。
同じく細胞質で生成されたNADHはリンゴ酸-アスパラギン酸シャトルによりミトコンドリアへ実質的に輸送される。
ただし、グリセロリン酸シャトルで輸送される場合もあり、この場合にNADHは、ミトコンドリアのTCAサイクルで発生するFADH2相当に、ミトコンドリアでのATPの産生量は目減りする。
なおADPは、ATP/ADPトランスポーターにより細胞質からミトコンドリアへ輸送される。
H2O、O2、CO2、NH3は、そのままミトコンドリア内膜を通過できる。

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ミトコンドリアのことを詳しく知りたい。
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引用：https://seikagaku.jbsoc.or.jp/10.14952/SEIKAGAKU.2022.940159/data/index.html

哺乳類ミトコンドリアに局在するタンパク質のデータベース「MitoCarta3.0」1）によると，ヒトでは1136種類の遺伝子（産物）がミトコンドリアで機能するとされる．
このうち，ミトコンドリアDNA（mtDNA）にはOXPHOSのサブユニット13種類がコードされ，それ以外の99％はゲノムDNAにコードされる．
これらの1136遺伝子には，「Metabolism（代謝）」，「OXPHOS（酸化的リン酸化）」，「Central dogma（mtDNAの複製，転写および翻訳に関連する遺伝子）」，「Mitochondrial dynamics and surveillance（ミトコンドリアダイナミクス・サーベイランス）」，「Protein import, sorting and homeostasis（タンパク質輸送，恒常性）」，「Small molecule transport（小分子輸送）」，「Signaling（シグナリング）」といった「Mito-Pathways」へのアノテーションが付与されている．
このうち，ミトコンドリア代謝に関わると考えられる「Metabolism（461遺伝子）」，「OXPHOS（169遺伝子）」，「Small molecule transport（85遺伝子）」の遺伝子数を合算すると，実に715となり，全体の63％を占めている．
このファクトは，ミトコンドリア機能において「代謝」の役割が大きなウェイトを占めることをよく示している．

細胞代謝に関わる全1182遺伝子のうち，約60％もの715遺伝子がミトコンドリアに局在する（あるいは濃縮されている）というファクトは，ミトコンドリアが細胞代謝の重要な場であることを強く示唆している．

TCA（トリカルボン酸）回路:
この代謝系の主な機能は，
①糖質，脂質，アミノ酸由来の炭素を二酸化炭素として放出すること，
②OXPHOSに必要な電子をNADHとFADH2の形で供給すること，
③コハク酸デヒドロゲナーゼ（または複合体II）が電子伝達系と共役していること，
④アミノ酸や脂肪酸代謝のハブとして機能することである．

脂肪酸のβ酸化経路:
この代謝経路は，肝臓，心筋，腎臓，小腸，および褐色脂肪組織で活発に機能するとされ，逆に脳では進行しないとされている．

ケトン体合成:
肝臓や腎臓のミトコンドリアにおいて，アセチルCoAが過剰となった場合にケトン体が合成される．
ケトン体とは，アセト酢酸，β-ヒドロキシ酪酸，アセトンのことを指す．
この反応は，飢餓（またはインスリン不足）時にエネルギー源としての糖質が低下し脂質代謝が亢進した場合，OXPHOSに障害が起きた場合（ミトコンドリア障害）やTCA回路がうまく機能しないときに進行するとされる．

ステロイド合成:
ステロイドホルモンは副腎皮質や生殖腺（精巣，卵巣，胎盤）において臓器特異的に合成される．
これらの生合成はすべてコレステロールを原材料とするが，律速となる最初の反応がミトコンドリア内膜（のマトリクス側）で起きる．

カルジオリピン:
カルジオリピン（CL）は，二つのリン酸基と4種類の脂肪酸鎖を有するミトコンドリア特異的なリン脂質であり，肝臓，心臓，腎臓のミトコンドリア内膜の約20％を占めるとされる．

ユビキノン代謝;
ユビキノン（またはコエンザイムQ）はミトコンドリア内膜に存在し，電子伝達系において必須の役割を担う．

鉄代謝:
鉄は，細胞質とミトコンドリアのそれぞれにおいてバランスを一定に保つ鉄恒常性の仕組みが働いていると考えられる．
ミトコンドリアでは，鉄輸送（import/export）に関わるトランスポーター群，鉄を貯蔵するフェリチン（FTMT），ヘム生合成経路，および鉄?硫黄クラスター（Iron?Sulfur cluster：ISC）タンパク質群が関与するとされる．
特に，電子伝達系の複合体IからIVは，ヘムとISCのいずれか（複合体IIおよびIIIは両方）を含むため，鉄代謝はOXPHOSの機能維持に必須といえる．

アミノ酸代謝:
アミノ酸は，内膜に存在するトランスポーター群によってマトリクスに移行し，脱アミノ化を受けた後はさまざまな代謝反応を受け，最終的にTCA回路に入るか，生体成分に組み込まれるかのいずれかの運命をたどる．

糖新生:
糖新生は，低血糖に応答したグルカゴンによって発動する代謝反応であり，主に肝臓と腎臓で行われ，一部の反応はミトコンドリアのTCA回路を経由する．

ミトコンドリアシャトル系;
解糖系で生成したNADHは，ミトコンドリア内膜を透過できない．
そこで，NADHに含まれる電子をミトコンドリアに輸送するため，特別なシャトル経路が存在する．

ヌクレオチド生合成:
ミトコンドリアDNAやRNA合成に必要なヌクレオチドは，増殖細胞ではほぼ細胞質から供給されている．

アルコール代謝;
エタノールの80％は小腸で，20％は胃から吸収される．
その後，血流を介して主に肝臓（他に脳，膵臓，胃）で代謝される．
まず細胞質のアルコールデヒドロゲナーゼ（ADH）によってアセトアルデヒドが生成し，その後ミトコンドリアのアルデヒドデヒドロゲナーゼ（ALDH2）によって酢酸に分解され，酢酸はアセチルCoAとなってTCA回路に入る．

活性酸素種の生成とその消去系:
ミトコンドリアは生体の約95％の酸素を消費するとされるが，このうちの0.1～4％は電子伝達系から漏れ出た電子還元によって・O2?が生成し，複合体Iのフラビン部位やISR-ユビキノン部位，複合体IIのフラビン部位，複合体IIIのユビキノール酸化部位（Qo site/center P）が主要な発生源とされている．
マトリクスの・O2-はスーパーオキシドジスムターゼ2（SOD2/Mn-SOD）によって水と過酸化水素に分解される．
複合体IIIから発生した・O2-は，マトリクスだけでなく膜間腔にも放出されるが，こちらはSOD1（Cu/Zn-SOD）やαトコフェロール（ビタミンE）などによって除去される．
過酸化水素はタンパク質や核酸などの生体高分子に対して強力な酸化剤として働く一方で，細胞外に移行しシグナル分子として働く役割も知られている．
さらに，過酸化水素はFe2＋やCu＋を介したフェントン反応によって，より細胞障害性の高い・OHに変換される．
このため，マトリクスには過酸化水素を速やかに処理する二つの消去系が備わっており，NADPHの供給がこの仕組みを維持するうえで不可欠な役割を果たしている．

NAD＋代謝:
ミトコンドリアの代謝は，OXPHOSを含めて電子の授受を伴う酸化還元反応が多い．
NAD＋やNADP＋はさまざまなデヒドロゲナーゼの補酵素として，またNADHやNADPHは還元酵素の電子供与体としてきわめて重要な役割を果たしているが，このうち，マトリクスの内膜を通過できるのは唯一NAD＋のみである（細胞質のNADHは，シャトル系を介して還元当量がマトリクスに伝わる）．

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ミトコンドリアが多岐にわたって関与していることがわかった。
赤血球に戻ろう。
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2025.5.1

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引用：https://www.jmedj.co.jp/files/item/books%20PDF/978-4-7849-3224-5.pdf

骨髄が未形成の胎生期においては，造血は骨髄以外の組織で行われる。
ヒトでは胎生第2週頃に卵黄嚢で造血が始まり，第5週頃に肝臓造血へと移行する。
骨髄造血は第11週頃から鎖骨で始まり，その後，大腿骨や上腕骨が続き，第14週頃に脊椎など全身の骨へと広がる。
骨髄は骨の髄腔を埋める組織であり，成人で重さ2,600gに達する。
通常，その約半分（1,200g）が造血を行う赤色骨髄red marrowであり，胸骨，肋骨，脊椎，鎖骨，肩甲骨，骨盤および頭蓋などに分布する。
その他の部位は脂肪を蓄積した黄色骨髄yellow marrowで，主に体肢骨に分布する。
黄色骨髄は単に退化した骨髄ではなく，必要な場合（大量出血や放射線被曝により赤色骨髄の造血能が低下したときなど）には造血細胞が出現して赤色骨髄に置き換わる。
この際，造血能は正常の6～7倍にまで亢進するという。

骨髄は，細網組織によって形成された網工を支柱とし，その網の目にあたる空間に造血細胞が密集している。
このような網目構造を間質stromaといい，突起によって互いに連絡する細網細胞reticular cellと，これに沿って網状に走る細網線維reticular fiber，および線維芽細胞fibroblastなどで構成される。

赤血球系細胞はマクロファージを中心に集合し赤芽球島erythroblastic islandと呼ばれる細胞集団を作り，前赤芽球proerythroblast，好塩基性赤芽球basophilic erythroblast，多染性赤芽球polychromatophilic erythro blast，正染性赤芽球orthochromatic erythroblast，網状赤血球reticulocyteと成熟するに従い，島の外縁に移動する。

巨核球は，巨核芽球megakaryoblast，前巨核球promegakaryocyteの順に成熟するが，他の血液細胞と異なり，成熟後も骨髄にとどまる。
成熟巨核球は直径100μmにも達する巨大な細胞で，分画膜で分けられた細胞質が洞様毛細血管内に突起状に伸び，これが細かくちぎれて血小板となる。

成熟した血液細胞は洞様血管に入り，全身循環に出てゆく。
骨髄は主として栄養孔から骨に進入する栄養動脈より血流を受ける。
栄養動脈は骨髄内で細かく分岐し，洞様毛細血管（類洞sinusoid）へと続く。
洞様毛細血管は直径60μmほどの内腔を持つ有窓型の毛細血管であり，骨髄において分化・成熟した血液細胞は，毛細血管の小孔（窓）から血液中へと出る。
洞様血管は互いに吻合したのち，骨髄中央の中心静脈に注ぎ，再び栄養孔を通って骨髄外へ向かう。



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ヘモグロビンの生合成について調べよう。
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2025.5.2

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引用：https://www.jstage.jst.go.jp/article/kobunshi1952/8/7/8_7_395/_pdf/-char/ja
引用：日薬理誌130 270～274(2007)

ヘモグロビンはヘムとタンパク質グロビンとの結合した分子であって，通常脊椎動物の赤血球の中に高い濃度で含まれ，呼吸のための酸素運搬の役目を果している。
このヘムという分子は，プロトポルフィリンに鉄原子が結合したもので，タンパク質グロビンも酸素も，ともにこの鉄原子に配位的に結合している。
ヘモグロビンのポルフィリンは プロトポルフィリンと呼ばれる次のような分子である。


ポルフィリンはヘモグロビン，ミオグロビンのほか，我々の体内細胞におけるチトクロムの補欠分子族ヘムの基本骨格であ り，生命維持に不可欠な生体物質である．
一方，ABC（ATP-Binding Cassette）遺伝子は，細菌から酵母，植物，哺乳類に至る広い生物種に分布して，多様な生 理的役割を担っている．
ヒトでは現在までに48種のABCトランスポーターが同定されており，それらはタンパク質の1次構造の特徴に基づいて7つのサブフ ァミリー（AからG）に分類される．

動物におけるヘムの生合成はミトコンドリアから始まり，その全過程には8種の酵素が関与する.


引用：https://knowledge.nurse-senka.jp/218130/

約120日の寿命を終えた赤血球は、脾臓のマクロファージによって破壊され、ヘモグロビンが溶出します。
このヘモグロビンはもともと「ヘム」と「グロビン」が結合したものですが、このうちのヘムのほうが代謝されると、ビリベルジンという緑色の色素になります。
これがさらに代謝を受けて、オレンジ色のビリルビンになります。
ビリベルジンとビリルビンは相互に変換されることがあり、胆汁中のビリルビンが空気に触れると、酸化されてビリベルジンに戻ります。
ビリベルジンは、緑色の胆汁性嘔吐や胎便として私たちの目に触れることがあります。
ビリルビンは単独では水に溶けにくいため、血中ではアルブミンと結合することで水溶性を得て、肝臓に運ばれます。
この状態が間接ビリルビンです。

肝臓に到達した間接ビリルビンは、肝細胞に取り込まれてアルブミンを手離し、細胞内でグルクロン酸という物質と結合します(グルクロン酸抱合)。
この働きにより、ビリルビンは再び水に溶けやすくなりますが、この状態を直接ビリルビン(抱合型ビリルビン)と呼びます。
直接ビリルビンは胆道に排泄され、やがて小腸に到達します。
ビリルビンは腸内細菌によってステルコビリノーゲンとなり、最終的にステルコビリンとなって便中に排泄されます。
便の色が茶色いのは、このステルコビリンによるものです。

2025.5.3

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赤血球の寿命が約120日ということで、赤血球の老化を調べてみたい。

引用：「寿命を終えた赤血球の処理機構」東京女子医科大学　菅野仁、藤井寿一
引用：「赤血球膜の脂肪酸形成、膜の老化および膜流動性」東京医科大学　今村敏治ほか
引用：Wikipedia

恒常性を維持できなくなった赤血球は網内系、特に脾臓で破壊される。
このような赤血球の膜表面に、ホスファチジルセリン（PS）という貪食目印分子が出現し、マクロファージによって捕食される。
ヒト赤血球は無核で、ミトコンドリアなどの細胞小器官がないので、アポトーシスによる細胞死は起こさない。
しかし、膜からの微小胞の遊離による形態変化、膜裏打ちタンパクのスペクトリンの減少、PSの膜外露出などの加齢現象は、アポトーシスと類似点がある。

赤血球は酸素と二酸化炭素の運搬機能のゆえに、細胞内タンパクや脂質は常に酸化ストレスにさらされている。
特に、変性ヘモグロビンから析出されたハインツ小体が含まれると、脾臓で選択的に破壊される。

赤血球におけるATP産生のほとんどは解糖系に依存しており、解糖系酵素の構造変異は赤血球の寿命に影響する。

ホスファチルセリンは、リン脂質の成分であり、通常はフリッパーゼと呼ばれる酵素によって細胞膜の内葉（細胞質側）に留められている。
細胞にアポトーシスが起こる時、ホスファチジルセリンは細胞膜の細胞質側にもはや制限されず、細胞の表面に露出するようになる。

2025.5.4

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引用：https://www.lab.toho-u.ac.jp/med/omori/kensa/column/column20130927.html

ヘモグロビンは酸素、二酸化炭素のほかに糖と結合しやすい。
糖と結合したヘモグロビンであるヘモグロビンA1c(HbA1c)は、赤血球の寿命がつきるまで元に戻らない。
赤血球は、血液1μL中に男性で約500万個、女性で約450万個あり、体内に約20兆個存在する。
この内、寿命を迎えた赤血球は1日当たり250万個ずつ脾臓で破壊され、これと同数の赤血球が骨髄で産生されて体内循環に入る。
このため、3～4か月前の赤血球は全体の10％程度と少なくなるため、HbA1cは概ね1～2か月前の血糖値を反映する事となる。

引用：https://www.okaybio.com/jp/HbA1c/HbA1c-clinical-significance/

タンパク質はさまざまな酵素反応により、よく糖化される。
ヘモグロビンの糖化は、グルコースとβ鎖のN末端との間の非酵素反応を通じて起こり、シッフ塩基を形成する。
再配列中に、シッフ塩基は、血中グルコース濃度に比例して数時間で平衡に達することができ、その後、アマドリ再配列を受けて、初期の安定した糖化産物を形成する。
HbA1cがその産物。
糖化ヘモグロビン形成の主なステップでは、ヘモグロビンと血糖が可逆反応で相互作用してアルジミンを形成する。
2番目の不可逆ステップでは、アルジミンは徐々に安定なケタミン形態に変換される。
ヘモグロビンのグリコシル化の主な部位は、β-Val-1、β-Lys-66およびα-Lys-61。
健常者のヘモグロビンは主にHbA（α2β2）、HbA2（α2δ2）、HbF（α2γ2）で構成され、それぞれ97％、2.5％、0.5％。
総HbAの約6％はHbA1と呼ばれ、HbA1a1、HbA1a2、HbA1b、およびHbA1cコンポーネントから構成される。
上記のように、アマドリ転位の前に、より安定なケトアミンを形成する前に、グルコースの開鎖形態がN末端と結合してアルジミンを形成する。
体内で継続的にこの非酵素的なプロセスが行われる。
グリコシル化ヘモグロビンの形成は、生理機能サイクルの正常な部分、ただし、血液にグルコースが増加すると、血漿中のグリコシル化ヘモグロビンの量も増加する。

2025.5.5

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引用：https://note.com/nomura_369/n/n3da969b31809#bd88dab6-a9ab-4535-94a9-42aa8ebfb2f3

赤血球のイオン状態は、血液の酸塩基平衡、酸素運搬能力、そして体内のpH調節に重要な役割を果たしている。
赤血球内部およびその膜に存在するさまざまなイオンが、細胞の機能を維持し、酸素を効果的に運搬するために調整されている。

ナトリウム-カリウムポンプ（Na+/K+-ATPase）は、赤血球膜に存在し、細胞内のK+濃度を高く、細胞外のNa+濃度を高く保つ役割を果たす。
このポンプはエネルギーを消費して、細胞内のK+濃度を維持し、細胞外へのNa+排出を行い、このバランスが崩れると、赤血球の形態や機能に影響を及ぼす。
K+とNa+のバランスが保たれることで、赤血球の浸透圧が調節され、細胞の形状を維持し、正常な酸素運搬を可能にする。

赤血球のカルシウムイオン濃度は非常に低く抑えられており、カルシウムポンプ（Ca++-ATPase）によって細胞内のCa++は速やかに除去される。
Ca++濃度の上昇は、赤血球の膜の硬化や形状変化（エリプトサイトやスフェロサイトの形成）を引き起こし、正常な機能を妨げる。
Ca++の濃度が制御されることで、赤血球の柔軟性が維持され、微小血管を通る際の変形が可能になる。

赤血球は酸塩基平衡の調節に関与しており、二酸化炭素（CO-）を取り込み、それを酵素炭酸脱水酵素の働きで重炭酸イオン（HCO--）に変換する。
HCO3-は赤血球外へ輸送され、その際に塩化物イオン（Cl-）が交換される（クロライドシフト）ことで、赤血球内外の電荷バランスが保たれる。
このメカニズムにより、赤血球はCO-を効率的に運搬し、体内のpH調節に寄与する。

クロライドシフト（Hamburger現象）として知られるメカニズムにより、赤血球はHCO3-を放出し、Cl-を取り込むことで電荷を均衡させる。
これは血液が酸性環境下でCO２を効率的に運搬するのに重要な役割を果たす。
Cl-の移動は、血液中の酸塩基平衡を維持するために重要であり、CO2の輸送においても欠かせない。

赤血球のイオンバランスが崩れると、以下のような影響がある：

・細胞の形状変化：イオン濃度の乱れは、赤血球の形状を変化させ、球状化や破壊につながり、これにより、赤血球が脾臓で除去される速度が速まる。
・酸素運搬能力の低下：イオンバランスの乱れがヘモグロビンの酸素親和性に影響し、酸素の放出や結合が効率的でなくなる。

血管内皮細胞の分泌物と赤血球のイオン状態の間には、重要な関連性があり、特に、内皮細胞が分泌する一酸化窒素（NO）、プロスタサイクリン、エンドセリンなどの物質が、血管の収縮・拡張や血流に影響を与えることで、赤血球のイオン状態や機能にも影響を及ぼす。

1. 一酸化窒素（NO）と赤血球の関係

一酸化窒素（NO）は、血管内皮細胞によって生成・分泌される強力な血管拡張因子。
NOの主な作用は血管平滑筋を弛緩させ、血流を増加させることだが、赤血球のイオン状態や機能にも影響を与える。
NOは赤血球の膜の流動性を高める効果があり、これにより赤血球が微小血管を通過しやすくなる。
NOは赤血球膜に存在するイオンチャネルに影響を与える可能性があり、特にカリウムチャネルの活性を調節する。
カリウムチャネルの活性化は、細胞内外のK?バランスに影響を与え、赤血球の形状や酸素運搬能に関連するイオン環境を変える。

2. プロスタサイクリン（PGI2）と赤血球の関係

プロスタサイクリン（PGI2）は、血管内皮細胞から分泌される血管拡張因子で、血小板の凝集を防ぐ。
プロスタサイクリンは、血管拡張を促進することで赤血球の流動性を高め、細胞内イオンバランスが維持されやすくなることにより、Na?/K?ポンプなどの正常な機能が維持され、赤血球の酸素運搬能力が向上することが期待されます。

3. エンドセリン（ET-1）と赤血球の関係

エンドセリン（ET-1）は、強力な血管収縮作用を持つペプチドで、血管内皮細胞から分泌される。
エンドセリンは主に血管平滑筋を収縮させますが、赤血球にも間接的な影響を与える可能性がある。
エンドセリンによる血管収縮は、赤血球が通過する血管径を狭め、血流速度や圧力を変化させ、このような血管環境の変化は、赤血球の膜イオンチャネルに影響を与え、特にカリウムやナトリウムの移動に関連するイオンバランスに影響を及ぼすことがある。

4. 血流と赤血球のイオン状態への影響

内皮細胞からの分泌物によって血管が拡張したり収縮したりすることで、血流速度が変わり、赤血球の膜イオンチャネルの機能に影響を与える。
・せん断応力によるイオンチャネル活性化：
赤血球が血流中で受けるせん断応力（shear stress）は、イオンチャネルを活性化させる。
特に、カリウムチャネルやカルシウムチャネルが影響を受けることで、細胞内のイオン濃度が変化し、赤血球の形状や柔軟性に影響を与える。
・酸素運搬能力とイオンバランス：
血流の増加は酸素の供給を効率化するが、同時に赤血球の酸素運搬能力にも影響を与える。
この過程で、赤血球内のイオンバランス、特にH+やK-、Na+の濃度調整が重要な役割を果たす。
興味深いことに、赤血球自体もATPを放出することで内皮細胞のNO分泌を促進する。
このATP放出は、赤血球のイオンチャネル（例えば、カリウムチャネルや塩化物チャネル）が関与している。
このフィードバックループは、赤血球が血流環境に応じて自律的に内皮細胞との相互作用を調整し、酸素供給を最適化するメカニズムの一環と考えられる。

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引用：https://vitaminj.tokyo/archives/9612

この解釈おもしろい


赤血球は骨髄で生まれて成長過程で核を捨てます。
その時、一緒にミトコンドリアも捨ててしまいます。
これを「脱核」といいます。
脱核したあとの赤血球は細胞内小器官が赤血球内に残りカスとしてのこり、着色すると網目状に見えることから網赤血球とか、網状赤血球と言う。
このミトコンドリアも捨ててしまう、つまり、赤血球はエネルギー源として脂肪酸やケトン体を使えないということ。
つまり「糖」が唯一のエネルギー源！
低血糖になると、赤血球の膜の変形する能力が落ちて、毛細血管の中に入っていけなくなり、さまざまな症状が出ます。
赤血球はいち早く低血糖に反応しやすい細胞と言えます。
全身の赤血球で1日あたりに必要となる糖の量はおよそ20g程度。
つまり20g程度は毎日糖質を摂取しないと赤血球の膜の変形能に影響が出てくるから全身の機能低下につながるということ。
20gと言えば、角砂糖5個程度。
ごはんのお茶碗4分の一以下、湯のみ半分程度。
赤血球がミトコンドリアを持たないという特徴はよく考えてみれば至極当然、
もし、赤血球がミトコンドリアを持っていたら、全身の細胞へ届けるべき酸素を自分で自家消費してしまう。

2025.5.6

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引用：https://www.jst.go.jp/pr/announce/20151106-2/index.html

赤血球が、酸素を必要としている細胞に効率的に酸素を運ぶためには、赤血球が血液中の酸素の濃度を感知（センサー）することが求められる。
赤血球の細胞膜（赤血球膜）にある「バンド３」という膜たんぱく質が、このセンサーとしての役割を担っている。
バンド３は、赤血球膜にあるたんぱく質の３分の１を占める。

まず、細胞において血液中に放出した二酸化炭素が赤血球の膜を透過し、赤血球内で重炭酸イオンと水素イオンに変換される。
次にバンド３は、この重炭酸イオン（電荷を持ったイオンは膜を透過できない）を外に放出すると同時に、血液中の塩素イオンを赤血球内に取り込む「交換輸送」を行う。
その結果、赤血球内では炭酸が塩酸に換わって、ｐＨ中性から酸性に変わり、ヘモグロビンに酸素の放出を促す。
つまり、バンド３が赤血球内のｐＨを制御することで、二酸化炭素を多く放出している組織に対して重点的に酸素を供給することができる。
酸素は多くても少なくても細胞にとって害になりますが、赤血球はこのような制御機構により、過不足なく組織に酸素を供給し、その細胞を維持している。




引用：https://www.greelane.com/ja/%E7%A7%91%E5%AD%A6%E6%8A%80%E8%A1%93%E6%95%B0%E5%AD%A6/%E7%A7%91%E5%AD%A6/red-blood-cells-373487/

腎臓が低酸素レベルを検出すると、エリスロポエチンと呼ばれるホルモンを生成して放出する。
エリスロポエチンは、赤血球による赤血球の生成を刺激する。
より多くの赤血球が血液循環に入ると、血液と組織の酸素レベルが上昇する。
腎臓が血中の酸素レベルの上昇を感知すると、エリスロポエチンの放出を遅らせ、その結果、赤血球の生成が減少する。

引用：wikipedia

エリスロポエチンは主に腎臓の尿細管間質細胞で生成され、補助的に肝臓でも作られる。
エリスロポエチン(EPO)の産生は、血液中の酸素分圧によって調節されている。
EPOの転写調節機構はいくつか報告されているが、低酸素応答転写因子であるHIF (hypoxia inducible factors) が代表的なものである。
HIFは酸素濃度が高いときには分解され、低酸素のときには核内に移行してEPOの転写を促進する。
つまり、慢性的な低酸素状態となった時にEPOの産生が促進される。
したがって、貧血などでもEPOの産生は促進される。

EPOは赤血球上のエリスロポエチン受容体(EpoR) に結合し、ヤヌスキナーゼ2（JAK2）を活性化する。
このEpoRは多くの骨髄細胞、白血球、末梢・中枢神経に発現しており、Epoに結合することで細胞内のシグナル伝達に関わっている。

ヤヌスキナーゼ2（Janus kinase 2、JAK2）は、非受容体型チロシンキナーゼの1つで、ヤヌスキナーゼ（JAK）ファミリーに属する。
II型サイトカイン受容体ファミリー（インターフェロン受容体など）や、GM-CSF受容体ファミリー（IL-3受容体、IL-5受容体、GM-CSF受容体、gp130受容体ファミリー（IL-6受容体など）、一本鎖受容体（エリスロポエチン受容体、トロンボポエチン受容体、成長ホルモン受容体、プロラクチン受容体など）を介したシグナルの伝達への関与が示唆されている。

ヤヌスキナーゼは、細胞膜に隣接し、box1/box2領域と呼ばれる各細胞内ドメイン内のプロリンリッチ領域と会合する。
受容体がそのそれぞれのサイトカインまたはリガンドと会合した後、立体構造変化を経て、2つのヤヌスキナーゼにリン酸化するのに十分接近させる。ヤヌスキナーゼ ヤヌスキナーゼの自己リン酸化はそれ自身の中で立体構造の変化を引き起こし、STATと呼ばれる転写因子をさらにリン酸化し活性化することによって細胞内シグナルを伝達することを可能にする。
活性化されたSTATは受容体から解離し、細胞核に移動する前に二量体を形成し、そこで選択された遺伝子の転写を調節する。

EPOは赤血球上のエリスロポエチン受容体 (EpoR) に結合し、ヤヌスキナーゼ2（JAK2）を活性化する。このEpoRは多くの骨髄細胞、白血球、末梢・中枢神経に発現しており、Epoに結合することで細胞内のシグナル伝達に関わっている。

引用：https://www.jstage.jst.go.jp/article/membrane1976/25/4/25_4_156/_pdf/-char/ja

赤血球の長期間にわたる末梢循環の間,赤血球膜は毛細血管で機械的ストレスに曝されるが,ちぎれることなく,形を変えて通過する.
赤血球の生存を保証する安定性や変形能には赤血球膜を内側から裏打ちする膜骨格(membrane skeleton)が重要な役割を果たす.
膜骨格はいくつかの蛋白質問の"横方向のつながり"からなる網目状の構造である.
網目状構造は,短いアクチン線維,プロテイン4.1,アデューシン等からなる連結部複合体(junctionalcomplex)の間が紐状蛋白質スペクトリンの四量体が網の一辺となって結びつけられたものである.
膜に機械的ストレスが加わると,スペクトリン分子が伸縮し,膜骨格は網目状構造を壊すことなく変形する.

赤血球の膜骨格は,主に2通りの蛋白質問相互作用からなる"縦方向のつながり"によって脂質二重層に連結され,赤血球膜を内側から裏打ちして安定化させている.
すなわち,スペクトリンーアクチン複合体は,アンキリンを介してバンド3の4量 体に,また一方でプロテイン4.1を介してグライコフォリンCに結合している
また,ス ペクトリンとプロテイン4.1は 一部で直接に膜リン脂質と結合しているらしい.
脂質二重層直下に配置した網目状の膜骨格は,これと結合するもののみならず,直接は結合せず膜に分散する蛋白質の分布を均一に保つ役割も有する.



引用：https://www.jstage.jst.go.jp/article/membrane/32/3/32_122/_pdf

スペクトリンは膜骨格ネットワークの主要な構成成分である．
長さ約100nmの線維状蛋白質でα鎖（240 kDa）とβ鎖（220 kDa）から成るヘテロ二量体である．
両鎖とも配列の似た3つ折れαヘリックス（106アミノ酸残基）から成る分節（α鎖22分節とβ鎖19分節）が繰返されて線維状を成し，この構造が 分子自体に伸展性を与えている．
膜骨格においては二量体同士が反対方向に結合した四量体（200～260 nm）が網目構造の一辺を成し，その両端（β鎖のN末端部分）にはアクチン結合部位が存在する．
スペクトリンとアクチンの結合は4.1Rにより促進され，複合体は4.1Rを介して膜貫通蛋白質（グリコフォリンC）と連結している．
また，β鎖の第15分節はアンキリンとの結合を介してバンド3蛋白質と連結している．
したがって，スペクトリンはスペクトリン同士およびアクチンとの結合という2つの「横のつながり」と4.1Rやアンキリンとの結合を介した2つの「縦のつながり」に寄与している．
実際に原子間力顕微鏡などで赤血球膜を内側から眺めるとスペクトリン四量体を一辺とした六角形の網目構造が観察される．
赤血球が循環する過程で受けるshear stressに応じてスペクトリン分子は伸縮し，網目構造を保ちながら赤血球は変形する．
また，アンキリンと結合していない可動性のバンド3蛋白質は六角形の網目（フェンス）のなかに動きが制約されることで赤血球膜表面にほぼ均等に分布し，陰イオン交換は効率良く行われる．



引用：https://www.jstage.jst.go.jp/article/jscc1971b/5/3/5_251/_pdf

酸素の運搬そのものは特に代謝と関係ないようにみえるが,正 しく機能するためには,解糖の助けを借 りなければならない。
ヘモグロビンは酸素によってしだいに酸化され,運搬機能をもたないメトヘモグロビンに変化する。
メトヘモグロビンを機能のあるヘモグロビンに戻すのは,解糖で作られるNADHを主に利用する酵素であり,一部はNADPHも利用される。

ヘモグロビンが酸素運搬の機能を果たすためには,血球内に高濃度の2,3-ジホスホグリセリン酸(2,3-DPG)が必要である。
2,3-DPGは解糖の側路で作られ,赤血球では他の細胞にくらべて非常に高濃度に含まれている。
これは直接にヘモグロビンと結合して酸素親和性を下げ,組織において酸素を放し易くするとともに,血球内のpHを下げることによっても酸素親和性を下げ、組織において酸素を離しやすくするとともに、血球内のPHを下げることによっても酸素親和性を下げる。

赤血球の形を円盤状に保ち,内部にK+を保つために,解糖で作られるATPが利用される。
ATPはまた赤血球が脾などの狭い間隙をくぐりぬけるためにも必要である。
実際 血液保存などでATPが減少した赤血球の体内寿命は短いが,ATPを増加させるとその寿命が延びる。

赤血球は酸素を運搬しているので,ヘモグロビンだけでなく,赤血球の構成成分は酸化される危険がある。
これを防ぐのは還元型グルタチォン(GSH)であり,赤血球はGSHを多く含んでいる。
グルタチオンを還元型に保っているのはNADPHであり,NADPHは,解糖の重要な側路であるヘキソースリン酸経路(Warburg-Dickens回路)で生成されている。

赤血球内では過酸化水素が常に作られているが,GSHによって赤血球膜などに対するその有害な作用が防がれている。

赤血球の解糖も他の動物細胞と同じようにEmbden-Meyerhof経路とWarburg-Dickens回路からなっている。
これらの経路は本質的に何ら他の細胞と変わりはないが,高等動物の赤血球は成熟過程において細胞内小器官を失い,それに伴って赤血球の営む代謝はきわめて限られたものとなる。
ミトコンドリアを持たないことは,他の細胞で重要な役割を果たしている脂肪酸酸化,トリカルボン酸サイクル,呼吸鎖がないことを意味し,赤血球で必要なすべてのエネルギーはグルコースの嫌気的代謝(解糖)によって供給される。

解糖に利用されるのはグルコースの他にフルクトース、マンノース、ガラクトース、イノシン酸があり、ヘキソナーゼやガラクトキナーゼによりATPを利用してリン酸化される必要がある。
グルコースはヒトの赤血球では細胞膜を容易に透過するために,肝その他の細胞のようにその膜透過により解糖が調節されることはない。

赤血球中のATPレベルは赤血球の寿命と深い関係があり、ATPレベルが低下すると寿命が短かくなる。
ATPレベルが低下すると赤血球の形態が変化する。
赤血球膜組成とATPレベルとは関係があり,多分この膜組成の反映だと考えられるが、赤血球自体の硬さが増す。
これらのことから脾や網内系の狭い間隙を通過できず捕捉され,生体内での寿命が短かくなるものと思われる。

引用：https://numon.pdbj.org/mom/41?l=ja

ヘモグロビンはその活動を制御するのに動きと小さな構造変化を使う素晴らしい分子機械である。
ヘモグロビンにある４つのヘム部位への酸素結合は、同時には起こらない。
最初のヘムに酸素が結合すると、そのヘムを含むタンパク質鎖に小さな構造変化が起こる。
この変化によって隣の鎖が少し押されて形状変化が起こり、より酸素が結合しやすくなる。
このようにして、最初の酸素分子は付け加えにくいが、２つ目、３つ目、４つ目となるに従い徐々に追加しやすくなっていく。
このことはヘモグロビンの機能において大変な利点となる。
血液が肺にある時、そこには酸素が豊富にあるため簡単に最初のサブユニットに酸素が結合し、速やかに残りのサブユニットにも酸素が満たされる。
そして血液が身体の各部を循環するに従い酸素濃度は低下し、二酸化炭素濃度が上昇していく。
この環境下では、ヘモグロビンは酸素を解離する。
最初の酸素分子が離れるとすぐに、タンパク質の構造は変化し始める。
このことが残りの酸素の速やかな解放を促す。
こうしてヘモグロビンは、肺にある酸素という荷物を最大限積み込み、全ての必要な場所へ必要な時に酸素を供給している。

ヘモグロビンは酸素だけではなく、一酸化窒素（nitric oxide、NO）や一酸化炭素（carbon monoxide、CO）のような他の分子とも結合し輸送することができる。
一酸化窒素は血管壁に作用し血管を弛緩させる。
これによって血圧は低下する。
一酸化窒素はヘモグロビン中にある特定のシステイン（cysteine）残基とヘム基の鉄どちらにも結合できる。
こうして、ヘモグロビンは血液を通じて一酸化窒素の供給することにより血圧制御に寄与している。
一方、一酸化炭素は有毒なガスであり、ヘム基の酸素と置き換わり、除去が難しい安定な複合体を形成してしまう。

引用：https://www.msdmanuals.com/ja-jp/professional/　酸塩基の生理

炭水化物および脂肪の代謝により，1日当たり15,000～20,000mmolの二酸化炭素（CO2）が発生する。
CO2はそれ自体は酸ではないが，炭酸脱水酵素に属する酵素の存在下で，CO2は血中の水（H2O）と結合して炭酸（H2CO3）を産生し，これが水素イオン（H+）と重炭酸イオン（HCO3-）に解離する。
H+は赤血球中でヘモグロビンに結合し，肺胞における酸素化に伴って放出されるが，このときに別の炭酸脱水酵素により反応が逆向きに進み，水（H2O）およびCO2が産生されて，前者は腎臓から排出され，後者は呼吸のたびに吐き出される。

2025.5.7

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赤血球は核を亡くしてから仕事をする。
他の細胞は核を持って指令が来るたびに仕事をする。
核が人格を持っているとすれば、どちらが幸せだろう。
仕事をするのが幸せならば、どちらもいい仕事をしている。
それにしても細胞は、細胞を構成している分子というか、化合物というか、それらは、なんという複雑な連携をしているのか。
驚異というほかない。
赤血球を調べてゆくと生命の神秘的ななにものかに近づいてゆく。
今朝は雨上がりのすばらしい日の出。
がんばろう

引用：https://stnv.blog/multicellularity/#gsc.tab=0

二酸化炭素について興味ある説明：

この地球上に生命らしきものが誕生したのは、今から38～40億年前であるとされていて、当時の地球の大気に占める二酸化炭素の濃度（大気中に占める割合）は20％前後であったと推定されています。
そして、酸素は殆ど存在していませんでした。
そのような環境に生まれて棲息していた生命体は、いわゆるバクテリア（細菌）に分類されるものであり、現代の嫌気性細菌（酸素が在ると繁殖できなかったり死滅したりする細菌）に相当するものです。
私たちの大腸に生息する腸内細菌も、その殆どが嫌気性細菌ですので、当時の形式を引き継いだ生物が今も私たちと共存してくれていることになります。
その後の二酸化炭素濃度は、30％を超える程度まで高まった時期もありましたが、その後は減少に転じて現代に至っています。
なお、現代の二酸化炭素濃度の平均値は0.04％ですので、当時よりも2～3桁少ないことになります。
時代が進み、およそ27億年前になると、光合成によって酸素を排出する細菌（シアノバクテリア）が現れましたので、大気中に酸素が含まれるようになってきました。
当初は低濃度でしたので問題は少なかったのですが、酸素を発生するシアノバクテリア自らが苦労をし、SODやカタラーゼといった酵素を作り出して活性酸素による傷害を防ぐ方法を身につけました。
因みに、この仕組みは私たちも受け継いでいて、活性酸素種による傷害を乗り越えています。
シアノバクテリアのお陰だと言うことができます。
酸素濃度が徐々に高まっていくと、その酸素を有効利用する好気性細菌が誕生することになりました。
その一種が、私たちの細胞に在るミトコンドリアへと姿を変えていくことになるのですが、やはり酸素は猛毒ですので、あまり高濃度になることは望んでいませんでした。
そのため、どこかに潜り込んで、酸素濃度が適度になる環境を得ようとしていました。
一方で、酸素が無い時代に生まれた嫌気性細菌の一部は、アメーバのような単細胞生物へと進化していました。
ただ、酸素濃度が徐々に高まっていきましたので、それから逃れるために海の底や地面の中へと潜り込もうとしていましたが、問題は栄養源の確保やエネルギー効率を高めることでした。
そこで、およそ21億年前に、どこかに潜り込みたいと思っていた好気性細菌と、細胞内に染み入ってくる酸素を何とかしたいと思っている単細胞生物が合体することになりました。
具体的には、単細胞生物の細胞内に好気性細菌が潜り込むスタイルとなりました。
そうすることで、好気性細菌は高濃度の酸素から逃れられることになり、単細胞生物にとっては細胞内に染み入ってくる酸素を好気性細菌が利用して二酸化炭素と水に変えてくれるので、両者がwin-winの関係になりました。
その潜り込んだ好気性細菌が、今のミトコンドリアに相当します。

ミトコンドリアを備えた単細胞生物は、永らく（1億数千万年間）その状態で過ごしていたのですが、その後に光合成によって酸素を放出する生物（シアノバクテリアや、その仲間を葉緑体として持つ単細胞生物（植物の前身）が繁茂したため、大気中の酸素濃度は10％を超えるようになりました。
併行して光合成の時に二酸化炭素が炭素源として利用されたため、大気中の二酸化炭素濃度がどんどん低下していきました。
因みに、私たちの細胞もそうなのですが、二酸化炭素は細胞内のpHの上昇を抑えるために欠かすことのできないものになっています。
そこで、今からおよそ6億3千万年前、細胞同士が寄り集まって集合体を作る方法が編み出されました。
細胞の中にはミトコンドリアが居てくれて酸素を消費しながら二酸化炭素を排出してくれますから、集団を作って一塊となれば、最も外側に位置する細胞の一面だけは犠牲になりますが、その他の細胞は環境中の高濃度の酸素から逃れることができ、併せて内部に生じた二酸化炭素の放散を防ぐことができます。

現代のように、環境中の二酸化炭素濃度が0.04％などという低濃度では、細胞は一定のpHを保つことができずに死ななければなりません。
しかし、一塊となれば、即ち多細胞生物になれば、内部の二酸化炭素濃度を5％程度に保つことが出来るというわけです。
実験系において、ヒトを含めた動物の細胞を培養しようとする場合、容器内や培養機（インキュベーター）内の二酸化炭素濃度は5％にするのが一般的です。
この濃度は、私たちの体の健全な組織中の二酸化炭素濃度でもあります。
また、酸素を運んでくれているヘモグロビンも、この程度の二酸化炭素濃度になったときに酸素を離し易くなるように設定されています。
要するに、組織中の二酸化炭素濃度がこれよりも低下すると、酸素の供給もできない状態になるわけです。
概して言いますと、私たちの細胞レベルでは、細胞が生まれた時代の大気組成にて、はじめて健全に生きられるように設定されていますので、組織中から二酸化炭素を排出し過ぎないように注意することが極めて大切だということになります。

酸化と還元とPHについて：

大抵の物質は、酸素より電気陰性度が小さい（＝電子を引っ張る力が小さい）ので、ある物質と酸素の間にある共有電子対は酸素側に偏って酸化される。
共有結合がなくなると、電子は元に戻り、還元される。
ということか。
引用：wikipedia

PHとは溶液の酸と塩基の程度を表す物理量で、希薄溶液のpHは、水素イオンのモル濃度をmol/L単位で表した数値の逆数の常用対数にほぼ等しい。
室温の水溶液では、水溶液のpHが7より小さいときは酸性、7より大きいときはアルカリ性、7付近のときは中性である。

引用：https://chemist-eyes.com/lecture/redox_redenv01

水溶液中の反応では，しばしば酸化還元（電子の移動）とプロトンの移動が同時に起こります。
PHが大きくなると電極電位は小さくなる。
過塩素酸 ClO4-は酸化剤としてはたらくことが知られており，自らは還元されて塩素酸ClO3-になる。
ClO4- + 2e- + 2H+ ---> ClO3- + H2O
電極電位が小さくなるということは過塩素酸の還元反応が進みにくくなり、酸化剤としては弱くなる。
過塩素酸は酸性条件で強い酸化剤としてはたらく。

2025.5.10

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なぜ、赤血球に生まれるのか、ほかの細胞になるのとどこでどうちがうのか。

引用：https://www.kagakueizo.org/create/yoneproduction/178/

細部ははわからないが、生命の不思議を見る。
赤血球の分化

2025.5.11

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ヘモグロビンをコードする染色体は？

引用：Wikipedia

ヒトヘモグロビンサブユニットは、異なる染色体に2つの族（α-グロビン遺伝子座とβ-グロビン遺伝子座）と10個の遺伝子にコードされている。
これら2つの遺伝子族は5億年前に1つの遺伝子が複製され続けた結果、生じたと考えられている。

引用：https://www.tmd.ac.jp/artsci/biol/textintro/Chapt10.htm

ヘモグロビンは、αグロビンとβグロビンというポリペプチドからできている。













タンパク質の生成について：
引用：https://www.tmd.ac.jp/artsci/biol/textintro/Chapt9.htm

DNAからmRNAへの転写は、酵素であるRNAポリメラーゼによって触媒される。
RNAポリメラーゼは、DNAの二重ラセンをほどきながら、二本鎖のうち鋳型となる鎖の塩基の配列を読んで、これと相補的な塩基をもったヌクレオチドを次々と呼び込んで結合をつくっていく。
RNAの鎖の伸長は必ず５’→３’の方向におきるので、鋳型鎖の配列にしたがってこの方向に塩基をつないでいくと、コード鎖と同じ塩基の配列（ただしTはUとなる）をもったmRNAができることになる。
ＤＮＡ　　　　　(5' → 3') ATGGAATTCTCGCTC （コード鎖、sense strand）
二本鎖　　　　　(3' ← 5') TACCTTAAGAGCGAG （鋳型鎖、antisense strand）
　　　　　　　　　　　　　　　　↓（転写）
転写された　　　(5' → 3') AUGGAAUUCUCGCUC
一本鎖のmRNA

RNAポリメラーゼ


tRNAは、73から93個のヌクレオチド（対応するアミノ酸によって異なる）が連結した構造をしているが、一本鎖の中に相補的な塩基間の水素結合が４ヶ所かあるために、その部分が柄となった三つ葉のクローバ形をしている。
大部分のヌクレオチドは共通しているが、下の図でACアームと書いてある部分にアンチコドンと呼ばれる連続した３つのヌクレオチドが含まれていて、この部分がmRNAを認識するところである。
３’側に共通のCCAという配列があり、その先にアンチコドンに対応した特定のアミノ酸が結合している。
左側の図の赤い部分は実際は折れ曲がっている。


食べ物から取り込んで分解されたアミノ酸は、アミノアシルtRNA合成酵素という酵素によってtRNAに結合され、合成の場に次々と供給される。
アミノアシルtRNA合成酵素は、逆L字形のtRNAとピッタリと結合してアンチコドン部を読み取り、これに合うアミノ酸を取り込んで３’側のCAAのAにリン酸を介して結合をつくる。


引用：https://alchetron.com/Aminoacyl-tRNA-synthetase



引用：https://pssj2.jp/abstract/files/101_003.pdf





引用：Wikipedia

真核生物の翻訳における伸長段階と膜結合段階。
リボソームは緑と黄色、tRNAは紺色、関与するタンパク質は水色で示されている。
生成したタンパク質（ペプチド）は小胞体に分泌される。



引用：https://lifescience-study.com/1-translation-mechanism-1/

タンパク質合成を行ってないときには、リボソームの大サブユニットと小サブユニットは解離した状態にあるが、タンパク質合成が開始されると大サブユニットと小サブユニットが結合して、翻訳可能なリボソームが完成する。
mRNAがタンパク質へと翻訳されるとき、mRNAにリボソームの小サブユニットが結合し、mRNAのコドンのそれぞれを解読して、コドンに対応したアンチコドンをもつtRNA を結合させる。
tRNAのリボソームへの結合部位は３箇所あり、A部位（アミノアシルtRNA結合部位）、P部位（ペプチジルtRNA結合部位）、E部位（ペプチジル基を転移した後のtRNA結合部位）と呼ばれている。



引用：http://nsgene-lab.jp/expression/translation_extend/

まず、伸長中のプリペプチド鎖がペプチジルtRNAとして存在する。
そしてその隣に、次に付加されるべきアミノ酸を運ぶアミノアシルtRNAがやってくる。
すると、ペプチジルtRNAのポリペプチド鎖とtRNAをつなぐ高エネルギー結合が切断されて切り離される。
そのエネルギーを利用して、ポリペプチド鎖のC末端と隣のアミノアシルtRNAに結合したアミノ酸のアミノ基（NH2基）との間でペプチド結合が形成される。
結果として、１アミノ酸分伸長した新しいペプチジルtRNAが形成される。



2025.5.19

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赤血球が毛細血管のなかをくぐりぬけてゆくにはATPによるエネルギーを使うはずだ。
引用：https://www.jstage.jst.go.jp/article/jsao1972/3/4/3_4_217/_pdf/-char/ja

赤血球膜の可変性を支配するものは赤血球の有するATPであるという.
ATPレベルが低下するにつれて変形赤血球の出現頻度が高くなって来る.

赤血球系細胞において細胞内のpH,無機燐NADH/NAD比が上昇または増加すると解糖系が賦活化されATPの 産生増加が認められる.
これは主として解糖系における重要な酵素であるphosphofructokinaseが賦活化されるためである.
このようにして解糖系が活動を始めればATPの産生増加, ADPの減少を来たす.
そこでphosphofructokinaseに対してATPが抑制的に, ADPが活性化に働くfeed back controlが働 く.
この現象はATPが 細胞内でchelating agentとして働きCa++に関して膜表面と競合しているためである.
ATPが減少するとfreeのCa++が増加して膜成分のゾルーゲル交換反応を起こすためであるといわれ ている.
このように赤血球が変形して来るのにATPが極めて重大な関係をもっていることが解明されて来ているが、高度にATPが減少して来ると赤血球はもはや元の形に戻ることができなくなり,コンペイト状となったりして流血中又は網内系で破壊されてしまう.



2025.5.20

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引用：https://www.kango-roo.com/learning/2296/

解糖系では、グルコース（ブドウ糖）をピルビン酸（pyruvic acid）または乳酸（lactic acid）まで分解して ATPを産生するが、酸素を必要としないので嫌気的解糖（anaerobic glycolysis）ともよばれる。
解糖系は、エネルギー産生に深く関与するミトコンドリアをもたない赤血球でも存在するATP産生系である。
解糖系に関与する酵素は一般に細胞質に存在するが、ヘキソキナーゼ（hexokinase） は脳などではミトコンドリアに結合して存在する。
解糖系では、グルコース1分子から ATP2分子がつくられる。
解糖系でグルコースから得られたピルビン酸は、TCA回路に入ってさらにATPに変換される。

解糖系の第一段階に関与する酵素であるヘキソキナーゼ（hexokinase）は、肝臓ではグルコキナーゼ （glucokinase）として存在する。
グルコキナーゼとヘキソキナーゼは互いにアイソザイムisozymeで、いずれもグルコースをグルコース-6-リン酸（glucose - 6 - phosphate〔G6P〕）にリン酸化する酵素である。

グルコース・トランスポーターのなかでGLUT4だけは細胞内に存在する。
血糖を下げるにはGLUT4を細胞内から細胞膜に移行させることが必要で、その機構として①インスリンと②筋収縮（運動）がある。

引用：https://www.kango-roo.com/learning/2297/

TCA回路の酵素はミトコンドリア（mitochondria）のマトリックス（matrix）内にある。

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解糖系でグルコースから得られたピルビン酸は、TCA回路に入ってさらにATPに変換される、というが、では、ミトコンドリアのない赤血球ではどうするのか。
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引用：https://search-console.seesaa.net/article/%E8%A7%A3%E7%B3%96%E7%B3%BB.html

解糖(glycolysis)はほとんど全ての生物に共通に存在する糖の代謝経路で，反応は細胞質で行われる。解糖はEmbden-Meyerhof 経路とも呼ばれ，本来、D-グルコースの嫌気的分解による乳酸やエタノール生成までの過程(発酵という）を意味したが、好気的条件下でもピルビン酸までは全く同じ経路をたどる事が分かった。
ただし，ある種の微生物はEmbden-Meyerhof 経路とは少し異なるEntner-Doudoroff経路を利用する｡

1.細胞に取り込まれたグルコースはすぐに6-リン酸化される。ATP消費。
2.グルコース 6-リン酸(G-6-P)はフルクトース 6-リン酸(F-6-P)に異性化される｡
3.F-6-Pはさらに二リン酸に変えられる。ATP消費。
4.生じたフルクトース 1,6-ビスリン酸(FBP)はアルドール開裂により，ジヒドロキシアセトンリン酸(DHAP)とグリセルアルデヒド 3-リン酸(GAP)になる。
5.DHAPはGAPに異性化される｡４で分かれた2つの経路がこれで1つになる｡
6.無機リン酸を利用してGAPを1,3-ビスホスホグリセリン酸(BPG)に変える。この段階はNAD+を消費する｡
7.BPGの１位のリン酸基をADPに転移し，ATPを合成（基質レベルのリン酸化）するとともに，3-ホスホグリセリン酸(3-PG)に変える。
8.3-PGを異性化する｡
9.生じた2-ホスホグリセリン酸(2-PG)から，脱水反応により高エネルギー化合物であるホスホエノールピルビン酸(PEP)をつくる。
10.PEPの2位のリン酸基をADPに転移し，ATPを合成（基質レベルのリン酸化）する。エノール型のピルビン酸は互変異性によりひとりでにピルビン酸になる｡

嫌気的条件では、乳酸やエタノールの生成が最終段階となり，１分子のグルコースから２分子のATPがつくられる。
解糖によるATP合成は呼吸鎖を利用した場合の約100倍の速度をもつ。



引用：https://www.riken.jp/press/2021/20211207_1/index.html


グルコースがピルビン酸に代謝されるまでの代謝産物とそれぞれ反応の自由エネルギー差。
反応が一つ進むときの自由エネルギー差が大きいほど反応が進みやすく、差がほとんどない準平衡状態では自発的な反応は起きにくい。
PGK（ホスホグリセリン酸キナーゼ）は準平衡状態のうち1,3-bPG（1,3-ビスホスホグリセリン酸）から3PG（3-ホスホグリセリン酸）への反応を担い、この際1分子のATPを合成する。
PGKは、アデノシン二リン酸（ADP）[1]にリン酸を付加することで、ATPを合成する。
この際、副産物として3-ホスホグリセリン酸（3PG）も同時につくられる。

PGKにADPが結合していると、3PGの結合力は、ADPが結合していない場合と比べて2倍程度弱くなり（結合していない場合の1/2程度になる）、逆にATPが結合している場合は、ATPが結合していない場合と比べ、1.4倍程度強くなることが判明した。

これは、3PGはADPが結合しているとPGKに結合しにくく（負の協同性）、逆にATPが結合しているとより結合しやすく（正の協同性）なることを表している。

ATPの濃度が低い場合にはADPと3PGの負の協同性が3PGのPGKからの解離を促進し、ATPの濃度が高い場合は、ATPと3PGの正の協同性が3PGの解離を一部抑制することが分かった。
すなわち、PGKはATP合成を促進すべき状況ではADP結合状態を増やして合成反応を進め、そうでない場合は3PGをある程度結合させることで合成反応が進みすぎないように自身の反応を制御していることになる。
以上の結果から、PGKは細胞中のATPの濃度を感知し、基質結合協同性を巧みに利用することで、解糖流量をコントロールすることが明らかになった。


引用：https://jglobal.jst.go.jp/detail?JGLOBAL_ID=201902211686679009

グルコース輸送体1(GLUT1)はヒト平衡グルコース輸送蛋白質ファミリーの13メンバーの1つであり,ヒト赤血球膜で発現すると考えられる唯一のグルコース輸送体である。
GLUT1は,複数の蛋白質との相互作用を介して膜の結合スペクトリン-アクチン複合体におけるアダクトに固定されていることが示されているが,GLUT1の他の集団がヒト赤血球膜にも存在するかどうかは調べられていない。
GLUT1は赤血球生物学においてそのような重要な役割を果たし,それが全膜蛋白質の10%から成るので,単一粒子追跡を用いて赤血球GLUT1のサブ集団を評価することを行った。
無傷赤血球表面上の個々のAlexaFluor488標識GLUT1分子の拡散をモニターすることにより,GLUT1の3つの異なるサブ集団を同定することができた。
主要なサブ集団の移動度はアニオン輸送体のそれと類似しているが,バンド3はより移動性でより固定されたサブ集団も存在する。
これらの研究から,GLUT1の約65%はバンド3と同じまたはおそらく同じ蛋白質複合体に存在するが,残りの1/3は他の細胞骨格アンカー膜蛋白質複合体と自由に拡散または相互作用していると結論した。

引用：Wikipedia

グルコースの分子は極性を有するため、生体膜を通過するのには特別な膜輸送タンパク質を必要とする。

GLUTは、12回膜貫通型の膜内在性タンパク質で、アミノ末端とカルボキシル末端の両方が細胞膜の細胞質側に出ている。
GLUTタンパクは、交互配座モデルに従いグルコースおよび類似のヘキソースを輸送する。
ここから、トランスポーターが基質結合部位を1か所だけ、細胞の外側または内側のいずれかに露出させていることが推論できる。
ひとつの結合部位にグルコースが結合すると構造の変化が誘発され、グルコースを輸送して膜の反対側に放出する。
血中のグルコースを脳内に取り込むGLUT1はインスリンでも反応するがインスリンの有無に関わらずGLUT1は細胞膜上に存在してグルコースを取り込む。
胎児組織に広く発現している。
成人では、赤血球で最も高頻度に発現しており、また血液脳関門のような関門組織の内皮細胞にも発現している。
しかし、すべての細胞で、呼吸を維持していくのに必要な最低限のグルコース取り込みに深く関わっている。

細胞膜における密度は、グルコース濃度が下がると増加し、グルコース濃度があがると減少する。

2025.5.21

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引用：https://www.jstage.jst.go.jp/article/jslab/33/1/33_12/_pdf

乳酸菌が乳酸を生産するのは解糖系でGAPDHの反応で還元されるNAD+をLDHの反応で再生するためである。


多くの乳酸菌は酸素を電子受容体としてNADHを酸化して水を生じるNADHoxidaseを持っている。
NADHoxidaseには過酸化水素を生成するものがあり、NADHperoxidaseによる処理が追いつかなければ過酸化水素が蓄積するが、過酸化水素からは、鉄イオンが触媒するフェントン反応により、反応性が高く毒性が高いヒドロキシラジカルが生じる。
乳酸菌は対抗する機構としてNADHperoxidaseの他、ヘム依存性のカタラーゼやマンガン依存性のカタラーゼを持っている。
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酸素が多量にある赤血球細胞質では、このような機構があると推察する。
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はじめに