メジャーiiの生物学

酸素は血液中に溶解しますが、このように輸送されるのは少量の酸素しかありません。 血液中の酸素のわずか1.5％が血液自体に直接溶解します。 ほとんどの酸素—98.5%—はヘモグロビンと呼出される蛋白質に区切られ、ティッシュに運ばれます。,

ヘモグロビン

ヘモグロビン、またはHbは、四つのサブユニットからなる赤血球（赤血球）に見られるタンパク質分子である：二つのアルファサブユニットと二つのベータサブユニット（図1）。 各サブユニットは、鉄を含み、一つの酸素分子を結合する中央のヘム基を囲み、各ヘモグロビン分子が四つの酸素分子を結合することを可能にする。 ヘム基により多くの酸素が結合している分子は、より明るい赤色である。 その結果、Ｈｂが四つの酸素分子を運んでいる酸素化された動脈血は明るい赤色であり、脱酸素化された静脈血は暗い赤色である。,

図1. 細胞に酸素を運び、肺に二酸化炭素を運ぶ（a）赤血球の中のタンパク質は（b）ヘモグロビンです。 ヘモグロビンは四つの対称サブユニットと四つのヘム基から構成されている。 ヘムに関連する鉄は酸素に結合する。 血液に赤い色を与えるのはヘモグロビンの鉄です。

第二および第三の酸素分子を第一の分子よりもＨｂに結合する方が容易である。 これは、酸素が結合するとヘモグロビン分子がその形状または立体配座を変化させるためである。, 第四の酸素は、結合することがより困難である。 ヘモグロビンへの酸素の結合は、血液中の酸素分圧（ｘ軸）と相対的なＨｂ酸素飽和度（ｙ軸）の関数としてプロットすることができる。 結果として得られるグラフ—酸素解離曲線—は、シグモイドまたはS字型です（図2）。 酸素の分圧が増加するにつれて、ヘモグロビンは酸素でますます飽和するようになる。

図2., 酸素解離曲線は、酸素の分圧が増加するにつれて、より多くの酸素がヘモグロビンに結合することを示している。 しかし、酸素に対するヘモグロビンの親和性は、環境条件に応じて左または右にシフトすることがあります。

酸素結合に影響を与える要因

ヘモグロビンの酸素運搬能力は、血液中にどのくらいの酸素が運ばれるかを決定します。 \Text{P}_{\text{O}_2}に加えて、他の環境要因および疾患は、酸素の運搬能力および送達に影響を及ぼす可能性がある。

二酸化炭素のレベル、血pHおよび体温は酸素運搬容量に影響を与えます（図2）。 二酸化炭素が血液中にあるとき、それは水と反応して重炭酸塩\left（\text{HCO}）を形成する。}^{-}_{3}\右）と水素イオン（H+）。, 血液中の二酸化炭素のレベルが増加するにつれて、より多くのH+が生成され、pHが低下する。 この二酸化炭素の増加およびそれに続くpHの低下は、酸素に対するヘモグロビンの親和性を低下させる。 酸素はＨｂ分子から解離し、酸素解離曲線を右にシフトさせる。 したがって、pHが高い場合と同じヘモグロビン飽和レベルに達するには、より多くの酸素が必要である。 曲線の同様のシフトは、体温の上昇にも起因する。, 骨格筋の活動の増加などによる温度の上昇は、酸素に対するヘモグロビンの親和性を低下させる。

図3. 鎌状赤血球貧血を持つ個人は三日月形赤血球細胞を持っています。 （credit：modification of work by Ed Uthman;Matt Russellのスケールバーデータ）

鎌状赤血球貧血やサラセミアなどの病気は、血液が組織に酸素を送達する能力とその酸素運搬能力を低下さ, 鎌状赤血球貧血では、赤血球の形状が三日月形、細長く、硬くなっており、酸素を供給する能力が低下しています（図3）。

この形態では、赤血球は毛細血管を通過することができない。 それが発生したとき、これは痛いです。 サラセミアはHbのアルファまたはベータ亜単位で欠陥によって引き起こされるまれな遺伝病です。 サラセミアの患者は赤血球の高い数を作り出しますが、これらのセルにヘモグロビンの低いより正常なレベルがあります。 従って、酸素運送容量は減少する。,

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