老化のメカニズム

生体分子に起こる加齢変化

01-活性酸素とミトコンドリア

私たちが呼吸している空気の中には21%の酸素が含まれています。 酸素はラジカルの一種ですが、特殊な分子構造をしているため他の物質と反応することほとんどありません。しかし、高い熱が加わると活性化されて他の物質と反応し易くなります。木片を長い間擦っていると摩擦熱で燃え出すのはこのためです。

呼吸で肺から取り込まれて組織に運ばれた酸素は、生体内の穏やかな条件下で反応し易い不安定な形に変わることがあります。この不安定な酸素種を活性酸素種 (Reactive Oxygen Species、略してROS)といいます。

活性酸素は他の物質と反応して安定になろうとする性質があります。そのため活性酸素はタンパク質・脂質・核酸などと反応し、酸化して変性してしまうことがあるのです(酸化傷害)。この点では、活性酸素は“悪玉”ということになります。

代表的な活性酸素にスーパーオキシドラジカル、過酸化水素、ヒドロキシラジカル、一重項酸素などがあります。このように活性酸素はラジカル*であるものも、そうでないものもあります。
活性酸素は、生体内では主にミトコンドリアや種々の酵素反応で産生されますが、酵素が関わらない反応(還元された鉄イオンや銅イオンが触媒になる反応(フェントン反応)でも生じます。過酸化水素から金属イオン触媒で生じるヒドロキシラジカルは極めて反応性が高くもっとも危険な活性酸素と考えられています。生体内には鉄イオンは沢山あります(その多くはヘモグロビンなどにあるヘム鉄という形になっていてそれ自体は危険どころか生命に必須の役割を果たしていますが)。また、過酸化水素が生じる反応は細胞内で常に起こっていますから、いつも危険と隣りあわせで生きていることになります。

ミトコンドリアは、活性酸素の産生源として特に注目されています。私たちが呼吸で取り込んだ酸素の90%以上はミトコンドリアで使われます。ミトコンドリアの最も重要な機能は、その酸素を使って成長や生存のためのエネルギー(ATP)を作ることです。この過程で酸素の0.1-2%が活性酸素に変わるのは避けられないと考えられています(酸素の2-3%が活性酸素になると書いてある文献が多いのですが、これは初期の報告に見られる不正確な数字を使っているためと思われます。実際はもっと少ないようです)  生きるために必要な過程で生命を脅かしかねない物質が出来てしまうのは皮肉なことです。ミトコンドリアからの活性酸素の産生は老齢動物で増加するという報告が多くあります(図15を参照)。

ミトコンドリアから産生される活性酸素はミトコンドリア自身も傷害します。損傷ミトコンドリアからは一層多くの活性酸素が産生され、それがさらに傷害を増幅するという悪循環が形成されると考えられています。
このように活性酸素の発生源としてはミトコンドリアがもっとも注目されていますが、細胞内の種々の酵素反応でも主産物あるいは副産物として活性酸素(過酸化水素、スーパーオキシドラジカル)が生成しています。

活性酸素は、しばしば悪者扱いされますが、身体にとって必要な場合もあります。
例えば、私たちの身体にバクテリアが侵入した場合、生体防御の第一線で働く白血球は活性酸素を産生・放出してこれを殺そうとします(なお最近、活性酸素が 直接バクテリアを殺すのではなく、間接的に関わっているという報告も出ています)。この機能が損なわれるとひどい感染症を起こすことになります。リンパ球の一種ナチュラルキラー(NK)細胞が、がん細胞を殺す場合も活性酸素を使っています。また、生体内には、情報伝達、遺伝子発現の調節やプロスタグランジンの合成などのように活性酸素が関わる重要な反応も起こっています。このような機能に関わる活性酸素はいわば“善玉活性酸素”と言えるでしょう。従ってすべての活性酸素を悪者扱いにして、これをむやみに抑え込もうとするのは得策ではない、ということになります(→「抗酸化サプリメント」の項参照)。何事もバランスが大事というわけです。

註 ラジカル

化合物、たとえば水は酸素原子と水素原子が結合したものです。結合は酸素原子と水素原子がそれぞれの持つ電子をお互いに共有しあうことで成り立っています。“成り立つ”というのは安定に存在するということです。共有しない電子(不対電子)をもつ原子(これがラジカルです)は共有できる相手を求めています。だからラジカルは一般に反応性が高く、いろいろな物質と容易に反応してしまうのです。

ATP

アデノシン三リン酸の省略形。細胞で使われるエネルギー。主にはブドウ糖や脂肪酸、そしてある場合にはアミノ酸を分解する過程で作られます。
酸素が使われるミトコンドリアの好気的反応(水素と酸素から水が出来る反応)で特に多くのATPが産生されます。糖や脂肪の化学構造の中にある水素原子がエネルギーの元になっているという点ではガソリンやロウソクを燃やして熱や光のエネルギーを取り出す反応と本質的には同じです。
筋肉活動や神経活動、タンパク質や核酸などの生体高分子の生合成ではATPが分解されるときに出るエネルギーが使われます。このとき出るエネルギーの一部は熱になるために激しい運動をすると身体が熱くなるのです。

 

 

 

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