carboxyhaemoglobinは、結合したヘモグロビンの一酸化炭素（CO）です。ヘモグロビンは、人間や他の多くの脊椎動物の血液を通して酸素を運ぶタンパク質です。
酸素を輸送するには、ヘモグロビンがそれに結合する必要があります。1914年にウィーンで生まれ、2002年にケンブリッジで亡くなった化学者でノーベル賞受賞者のマックスペルーツは、ヘモグロビンの酸素結合挙動を「不道徳」と呼んでいました。
ヘモグロビンの構造（出典：Wikimedia Commons経由のBielabio）
それぞれ4つの酸素分子に結合できる2つのヘモグロビン分子を想像してみてください。1つにはすでに3つの酸素分子があり、もう1つにはありません。別の酸素分子が現れた場合、問題は次のとおりです。すでに3つある「豊富な」分子、または何もない「貧しい」分子に結合しますか？リッチ分子をターゲットにする確率は100対1です。
次に、他の2つのヘモグロビン分子を想像してみてください。1つには4つの酸素分子（飽和）があり、もう1つには1つしかありません。どの分子が酸素を組織に与える可能性がより高いか、それとも貧富か？貧しい人々は裕福な人々よりも簡単に酸素を届けます。
ヘモグロビン分子内の酸素の分布は、聖書のたとえとして見ることができます：「…持っている人には彼に与えられ、持っていない人には与えられます、彼が持っているものさえ奪われます…」（マタ13:12）。生理的観点から見ると、ヘモグロビン分子のこの「不道徳な」振る舞いは、組織への酸素の供給に寄与するため、重要性に満ちています。
ただし、一酸化炭素は、ヘモグロビン分子に結合している酸素原子の数に関係なく、それらすべてを「殺し」ます。つまり、豊富なCOの存在下では、ヘモグロビンに結合したすべての酸素がCOに置き換えられます。
構造的特徴
一酸化炭素に関連するヘモグロビンの状態に過ぎないカルボキシヘモグロビンについて話すには、最初にヘモグロビンを一般的な用語で呼ぶ必要があります。
ヘモグロビンは、グロビンと呼ばれるポリペプチド鎖によって形成される4つのサブユニットと、ヘムグループと呼ばれる非タンパク質性のグループ（補欠分子族）で構成されるタンパク質です。
各ヘムグループには、鉄の状態（Fe 2+）の鉄原子が含まれています。これらは、酸化することなく酸素に結合できる原子です。
ヘモグロビン四量体は、それぞれ141アミノ酸のアルファグロビンの2つのサブユニットと、それぞれ146アミノ酸のベータグロビンの2つのサブユニットで構成されています。
ヘモグロビンの形態または構造
ヘモグロビンが酸素原子に結合されていない場合、ヘモグロビン内の塩橋の形成により、ヘモグロビンの構造は剛直または緊張しています。
無酸素（脱酸素化）ヘモグロビンの四次構造は「T」またはひずみ構造と呼ばれ、酸素化ヘモグロビン（オキシヘモグロビン）は「R」または緩和構造と呼ばれます。
T構造からR構造への遷移は、各グロビン鎖に結合しているヘム基の第一鉄原子（Fe 2+）に酸素が結合することによって発生します。
協調行動
ヘモグロビンの構造を構成するサブユニットは、次の例で説明できる協調動作を示します。
脱酸素化されたヘモグロビン分子（T構造内）は、酸素結合部位（ヘムグループ）が非常に隠された羊毛のボールとして想像できます。
このタイトな構造が酸素分子に結合すると、結合の速度は非常に遅くなりますが、この結合はボールを少し緩めて次のヘムグループを表面に近づけ、結合する速度を作るのに十分です次の酸素はより高く、プロセスを繰り返し、各結合との親和性を高めます。
一酸化炭素の影響
ガスの血液輸送に対する一酸化炭素の影響を研究するためには、まず酸素ヘモグロビン曲線の特性を説明する必要があります。これは、酸素分子による「充電」または非充電の酸素分圧への依存性を説明しています。
オキシヘモグロビン曲線は、酸素の分圧の関数として変化するS字型または「S」字型をしています。曲線のグラフは、それを構築するために使用された血液サンプルに対して行われた分析から生じます。
曲線の最も急な領域は60 mmHg未満の圧力で取得され、これよりも高い圧力では、曲線は平坦域に達しているかのように平坦になる傾向があります。
特定の物質が存在する場合、曲線は大きな偏差を示す可能性があります。これらの偏差は、同じPO 2での酸素に対するヘモグロビンの親和性に発生する変化を示しています。
この現象を定量化するために、ヘモグロビンの酸素に対する親和性の測定値が導入されました。これは、ヘモグロビンが50％飽和する酸素分圧の値であるP 50値として知られています。つまり、ヘム基の半分が酸素分子に結合している場合です。
pH 7.4、40 mmHgの酸素分圧、および37°Cの温度として理解される標準的な条件下では、成人男性の低P 50は27 mm Hgまたは3.6 kPaです。
酸素に対するヘモグロビンの親和性に影響を与える可能性のある要因は何ですか？
赤血球に含まれるヘモグロビンの酸素に対する親和性は、2,3ジホスホグリセリン酸（2-3DPG）、二酸化炭素（CO 2）、高濃度のプロトンの存在下、または温度上昇により低下する可能性があります。一酸化炭素（CO）についても同様です。
機能上の影響
一酸化炭素は動脈血の酸素輸送機能を妨害することができます。この分子は、ヘモグロビンに結合し、カルボキシヘモグロビンを形成することができます。これは、ヘモグロビンとの親和性がO 2の約250倍であるため、ヘモグロビンが結合している場合でも、それを変位させることができるためです。
身体は少量ではありますが、永久的に一酸化炭素を生成します。この無色無臭のガスは、O 2と同様にヘム基に結合します。通常、血中のヘモグロビンの約1％がカルボキシヘモグロビンとして存在します。
有機物の不完全燃焼によりCOが生成されるため、喫煙者のカルボキシヘモグロビンの割合ははるかに高く、総ヘモグロビンの5％と15％の間の値に達します。カルボキシヘモグロビン濃度の慢性的な増加は健康に有害です。
40％以上のカルボキシヘモグロビンを生成する吸入されるCOの量の増加は生命を脅かします。第一鉄結合部位がCOで占められている場合、O 2は結合できません。
COの結合はヘモグロビンのR構造への移行を引き起こし、ヘモグロビンは毛細血管でO 2を送達する能力をさらに低下させます。
カルボキシヘモグロビンは淡い赤色をしています。したがって、昏睡状態や呼吸麻痺でも、CO中毒患者はピンク色になります。これらの患者の命を救うための最善の治療法は、高圧でも、純粋な酸素を吸入させて、鉄とCOの結合を置換することです。
参考文献
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