拡散と赤血球

By Catherine Shaffer, Ph.D. Reviewed by Chloe Barnett, BSc

動物は酸素を吸い、それを体内のすべての器官に送る必要があります。 このプロセスには、赤血球と拡散が関係しています。

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赤血球

赤血球（RBC）は、肺から体の末梢組織へ酸素を運ぶ役割を持つ血液細胞の一種である。 酸素は肺胞から赤血球に拡散し、そこでヘモグロビンと結合する。 ヘモグロビン1分子は酸素（O2）4分子と結合できます。

ヘモグロビンの酸素に対する親和性は、酸素分圧によって決まります。 肺では酸素分圧が高く、ヘモグロビンは酸素に対して高い親和性を持っています。 他の組織では酸素分圧が低く、ヘモグロビンは酸素分子を放出します。

この親和性の違いは、必要な場所に酸素を供給するために重要なことなのです。 赤血球は扁平な円盤状をしており、酸素を拡散させるための広い表面積を有しています。

ヘモグロビン

赤血球はヘモグロビンで満たされています。 ヘモグロビンは4本のポリペプチド鎖からなる球状のタンパク質で、それぞれの鎖にヘムという鉄結合基がある。 ヘム基は酸素と親和性があり、酸素があるときは赤く、酸素が不足すると青っぽくなる。 ヘモグロビンは老廃物の二酸化炭素も結合して肺に戻しますが、これはヘム結合部位では起こりません。

胎児ヘモグロビン

発育中の胎児は、母親の血液を通して酸素を供給されています。 胎児ヘモグロビンは、母体の赤血球から胎盤を通って胎児の赤血球に酸素をうまく運ぶために、母体の血液よりも酸素に対する親和性が高くなっています。

胎児ヘモグロビンの酸素に対する親和性が高い理由は、成人の細胞では酸素に対する親和性が低下する2，3-ビスホスホグリセレート（2，3-BPG）との相互作用が欠如しているためと考えられています。

赤血球内の拡散

赤血球が酸素と二酸化炭素を交換できる速度は、細胞の体力を示す指標である。 ガス交換をするために、細胞は細胞膜を通過するガス透過やヘモグロビンの結合など、いくつかのステップを経る。 CO2の場合、分子はHCO3-イオンとH+イオンに変換される。

HCO3-イオンは陰イオン交換体AE1によって輸送され、H+イオンはヘモグロビンによって緩衝される。 細胞内の細胞質拡散がこれらすべてのプロセスを結びつけている。 ガス交換の効率はAE1によるHCO3-イオンの輸送や膜タンパク質によるガス透過など、タンパク質による膜輸送に依存する。

赤血球の扁平な形状は、体積に対する表面積の比率を高め、細胞質拡散の経路長を短縮し、それによって細胞質拡散による遅延を軽減することでガス交換を促進していると考えられている。

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