「カルシウムキレート剤」の版間の差分

　以下に詳説するEDTA、EGTA、BAPTAの他、N'-(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミン-N,N,N'-三酢酸（HEDTA）やニトリロトリ酢酸（NTA）などもカルシウムキレート剤として用いられることがある。<br>

 

 

　ethylenediaminetetraacetic acid：EDTA

　アミノポリカルボン酸の一種。1935年オーストリアの化学者[[wikipedia:Ferdinand Münz|Ferdinand Münz]]（1888-1969）によって初めて合成され<ref>'''Matteo Paolieri'''<br>Ferdinand Münz: EDTA and 40 years of inventions.<br>Bull. Hist. Chem. ACS.: 2017, 42(2);133–140</ref>、ドイツの染料会社イーゲーファルベン（I.G. Farben）よりTrilon Bという商品名で硬水軟化剤として発売された<ref>'''柴田村治, 永田恭一<br>'''対話でつづる錯塩化学 : その4 錯体化学の周辺<br> [https://doi.org/10.20665/kagakukyouiku.21.6_446 化学教育: 1973, 21(6);446-450]</ref>。

　生物学実験では、しばしば酵素の不活性化剤として用いられる。例えば、[[DNA]]を溶解・保存するTE（Tris－EDTA）溶液中のEDTAは、DNA分解酵素DNAaseの補因子であるMg²⁺をキレートしてDNAaseの活性を抑制する。また、タンパク質分解酵素の一種金属プロテアーゼの多くはZn²⁺依存的であり、タンパク質精製に際してはプロテアーゼ活性抑制のためにEDTAが添加される。さらに、接着性細胞の接着はMg²⁺、Ca²⁺依存的な[[細胞接着因子]]のはたらきによるため、細胞を単離したり培養ディッシュから剥がしたりする際にもEDTAがキレート剤として使用される。<br>

　ethylene glycol tetraacetic acid：EGTA、GEDTA

　EGTAと（EDTAも）Ca²⁺の結合は水溶液のpHに依存する。EGTA1分子には最大4つのH⁺が結合できるが、生理学的pH（=7）付近では通常2つのH⁺が結合している。この状態でのCa²⁺との結合速度は、H⁺が結合していない状態のEGTAより100～1000倍遅い<ref>'''Pietro Mirti'''<br>Kinetics of ligand exchange and dissociation reactions of the calcium(II)-EGTA complex investigated by the NMR technique.<br>J. inorg. nucl. Chem.: 1978, 41;323-330</ref>。EGTAにCa²⁺が結合するとH⁺は解離する。pH依存性はpH7付近で顕著に変化し、さらにEGTAとCa²⁺の結合は溶液の温度とイオン強度にも影響される<ref><pubmed> 6771253 </pubmed></ref><ref><pubmed> 6442108 </pubmed></ref>（図1）。EGTAの特性はこれら複数の要素に依存するため、測定法による誤差を大きくしている。例えばpH7.2における室温下でのEGTAとCa²⁺の解離定数は70～543 nM、結合速度定数は1.05×10⁷～ 4.38×10⁶ M^-1s^-1と報告されている<ref name=Naraghi><pubmed> 9481476 </pubmed></ref><ref><pubmed> 11106608 </pubmed></ref><ref><pubmed> 27957749 </pubmed></ref>。

　EGTAを用いてCa²⁺緩衝液を作製する場合、上述の種々の依存性を考慮して適切なEGTA濃度を設定しなければならない。溶液中のCa²⁺濃度、Mg²⁺濃度、EGTA濃度の総量とpH、温度、イオン強度から遊離Ca²⁺濃度を計算で求める方法が開発され<ref><pubmed> 15003852 </pubmed></ref>、プ[[ラット]]フォームが公開されている（[http://maxchelator.stanford.edu/ maxchelator]）。細胞外から投与して細胞内Ca²⁺をキレートできるよう、エステル基をつけて[[細胞膜]]の透過性を高めたEGTA-AMも利用される。

　1,2-bis-(o-Aminophenoxy)-ethane-N,N,N',N'-tetraacetic acid：BAPTA

　EGTAの誘導体として1980年に[[wikipedia:ja:ロジャー・Y・チエン|Roger Tsien]]（1952-2016）によって開発された。細胞内Ca²⁺測定に用いる低分子[[カルシウム指示薬]]はカルシウムキレート剤がその母核化合物となっているが、EGTA（およびその誘導体のカルシウム指示薬Quin2）はそのpH依存性が問題であった。また高いpKa（>8）値に起因するCa²⁺との遅い結合速度も時間分解能を高める上で不都合であった。よりすぐれたカルシウム指示薬の開発にあたって彼は、EGTAで窒素原子と酸素原子をつないでいるメチレン基をベンゼン環へ置換することですべての配位子の[[PKA|pKa]]を6.5以下にし、pH7付近での性質を安定させることに成功した<ref name=Tsien><pubmed> 6770893 </pubmed></ref>（図2）。こうしてできたキレート剤がBAPTAであり、Fura2に続く多くの低分子カルシウム指示薬の母核化合物となった。細胞内の生理的Ca²⁺濃度（0.1 nM～1 mM）では、BAPTAとCa²⁺は1:1で結合する<ref name=Tsien />。解離定数は220 nMでEGTAと同等であるが、結合速度定数は4.0 × 10⁸ M^-1sec^-1とEGTAに比べて50～100倍速い<ref name=Naraghi />。たとえばイカの巨大[[シナプス前]]末端からの[[神経伝達物質]]放出はEGTAでは抑制されないがBAPTAで抑制されることから[[シナプス]]前末端内におけるCa²⁺の源（[[カルシウムチャネル]]）とCa²⁺の受容器（[[シナプス小胞]]のCa²⁺センサー）の距離が近いことを反映していると考えられる<ref><pubmed> 1675264 </pubmed></ref>。このように、結合速度定数の異なるEGTAとBAPTAによる生理現象の抑制率を比較定量することによって、生理現象に関わる[[カルシウムドメイン]]のサイズを推定することができる<ref><pubmed> 9539117 </pubmed></ref><ref name=Nakamura><pubmed> 29563180 </pubmed></ref>。

　細胞外から投与して細胞内Ca²⁺をキレートするときには、エステル基をつけて細胞膜の透過性を高めたBAPTA-AMが利用される。