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→カルシウムキレート剤の例
Junko kurahashi (トーク | 投稿記録) |
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[[カルシウム]]キレート剤は、キレート剤の中でもCa<sup>2+</sup>をキレート化するものである。Ca<sup>2+</sup>と同時に他の金属イオンもキレートする非選択的なカルシウムキレート剤と、Ca<sup>2+</sup>に特異性の高い選択的なカルシウムキレート剤が存在するが、研究や実験の目的に応じてどちらも使用されるため、本項では両者ともカルシウムキレート剤として解説する。 | [[カルシウム]]キレート剤は、キレート剤の中でもCa<sup>2+</sup>をキレート化するものである。Ca<sup>2+</sup>と同時に他の金属イオンもキレートする非選択的なカルシウムキレート剤と、Ca<sup>2+</sup>に特異性の高い選択的なカルシウムキレート剤が存在するが、研究や実験の目的に応じてどちらも使用されるため、本項では両者ともカルシウムキレート剤として解説する。 | ||
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> | |||
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| Name = EDTA | | Name = EDTA | ||
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ethylenediaminetetraacetic acid：EDTA | 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[[ | 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[[w: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[[wj:IG・ファルベンインドゥストリー|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>。 | ||
EDTAはCa<sup>2+</sup>とMg<sup>2+</sup>をはじめとする二価の金属イオンと特によくキレート結合するが、それ以外にAg<sup>+</sup>、Fe<sup>3+</sup>、Zr<sup>4+</sup>などの1～4価の金属イオンとも結合する広範なキレート剤である<ref name = dojin>'''同仁化学研究所<br>'''Dojindo技術情報 >プロトコル集 >[http://www.dojindo.co.jp/technical/protocol/log.pdf カタログ付録Iキレート安定度定数一覧表]</ref>。その強力なキレート能と安定性のため、現在では工業目的から食品添加物まで日常生活の多岐にわたって使用されている。 | EDTAはCa<sup>2+</sup>とMg<sup>2+</sup>をはじめとする二価の金属イオンと特によくキレート結合するが、それ以外にAg<sup>+</sup>、Fe<sup>3+</sup>、Zr<sup>4+</sup>などの1～4価の金属イオンとも結合する広範なキレート剤である<ref name = dojin>'''同仁化学研究所<br>'''Dojindo技術情報 >プロトコル集 >[http://www.dojindo.co.jp/technical/protocol/log.pdf カタログ付録Iキレート安定度定数一覧表]</ref>。その強力なキレート能と安定性のため、現在では工業目的から食品添加物まで日常生活の多岐にわたって使用されている。 | ||
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Mg<sup>2+</sup>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Zn<sup>2+</sup>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Mg<sup>2+</sup>、Ca<sup>2+</sup>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。 | 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Mg<sup>2+</sup>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Zn<sup>2+</sup>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Mg<sup>2+</sup>、Ca<sup>2+</sup>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。 | ||
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1,2-bis-(o-Aminophenoxy)-ethane-N,N,N',N'-tetraacetic acid：BAPTA | 1,2-bis-(o-Aminophenoxy)-ethane-N,N,N',N'-tetraacetic acid：BAPTA | ||
EGTAの誘導体として1980年に[[ | EGTAの誘導体として1980年に[[wj:ロジャー・Y・チエン|Roger Tsien]]（1952-2016）によって開発された。細胞内Ca<sup>2+</sup>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Ca<sup>2+</sup>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Ca<sup>2+</sup>濃度（0.1 nM～1 mM）では、BAPTAとCa<sup>2+</sup>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 × 10<sup>8</sup> M<sup>-1</sup>sec<sup>-1</sup>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Ca<sup>2+</sup>の源（[[カルシウムチャネル]]）とCa<sup>2+</sup>の受容器（[[シナプス小胞]]のCa<sup>2+</sup>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>。 | 細胞内の生理的Ca<sup>2+</sup>濃度（0.1 nM～1 mM）では、BAPTAとCa<sup>2+</sup>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 × 10<sup>8</sup> M<sup>-1</sup>sec<sup>-1</sup>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Ca<sup>2+</sup>の源（[[カルシウムチャネル]]）とCa<sup>2+</sup>の受容器（[[シナプス小胞]]のCa<sup>2+</sup>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Ca<sup>2+</sup> | 細胞外から投与して細胞内Ca<sup>2+</sup>をキレートするときには、エステル化して細胞膜の透過性を高めたBAPTA-AMが利用される。 | ||
[[Image:CaChelator figure2.png|none|thumb|200px|'''図2．各種Ca<sup>2+</sup>錯体の条件定数のpH依存性'''<br>生理的pH（7）付近における曲線の傾きに着目。（株）同仁化学研究所の[http://dominoweb.dojindo.co.jp/goodsr7.nsf/View_Display/B019?OpenDocument 製品情報]より許可を得て転載]] | [[Image:CaChelator figure2.png|none|thumb|200px|'''図2．各種Ca<sup>2+</sup>錯体の条件定数のpH依存性'''<br>生理的pH（7）付近における曲線の傾きに着目。（株）同仁化学研究所の[http://dominoweb.dojindo.co.jp/goodsr7.nsf/View_Display/B019?OpenDocument 製品情報]より許可を得て転載]] | ||