英: carbonic anhydrase CA
同: 炭酸デヒドラターゼ, carbonate dehydratase, カルボニックアンヒドラーゼ
関: [[]]

人体では２カ所にしか存在しない？？？ ←　なにこのガセネタ
1. 尿細管上皮細胞
2. 赤血球の中

CO₂の運搬

3. 膵臓の導管細胞 <-ここにもある？？？
4. 毛様体無色素上皮細胞にもある？？眼房水の産生を行っている(SOP.80,102)

尿細管上皮の炭酸脱水酵素 (SP.812)

原尿に含まれる重炭酸イオンは炭酸脱水酵素により水と二酸化炭素に分解される。
二酸化炭素は脂質二重膜を透過しやすく、尿細管上皮の細胞質内に移行する。
細胞質内に移行した二酸化炭素は、細胞質に存在する炭酸脱水酵素により再び重炭酸イオンを生成し、基底側の膜を透過して体内に取り込まれる。

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California

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出典(authority):フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』「2013/12/14 17:09:31」(JST)

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炭酸脱水酵素
系統名 carbonate hydrolyase
EC番号 4.2.1.1

CAS登録番号 232-576-6

炭酸脱水酵素(たんさんだっすいこうそ、Carbonic anhydrase、carbonate dehydratase; 略号: CA)あるいは炭酸デヒドラターゼとは金属プロテイン酵素^[1]に属する酵素で二酸化炭素と水を炭酸水素イオンと水素イオンとに迅速に変換する酵素である。この反応は触媒が存在しないときわめて遅い^[2] 。炭酸脱水酵素はこの反応速度を非常に増大させる。反応速度はこの酵素の形態により異なり、10⁴から10⁶反応毎秒である.^[3]。大抵のCAは活性中心^[4]に亜鉛イオンを含有する。

炭酸脱水酵素の構造と機能[編集]

自然界の炭酸脱水酵素は幾つかの形態が存在する^[5]。もっとも研究されているものが「α-炭酸脱水酵素」で動物の体内に存在する。亜鉛イオンは His94, His96そしてHis119である3つのヒスチジン残基のイミダソール環が配位している。

動物においてこの酵素の主たる機能は、二酸化炭素と炭酸水素イオンとを相互変換することで、血液や他の組織の酸-塩基平衡を維持し、組織から二酸化炭素を運び出す補助をする。

植物においては「β-炭酸脱水酵素」と呼ばれる形態の異なる酵素が含まれる。その酵素は進化的には起源を異にするが、同じ反応に関与し、活性中心には亜鉛イオンが存在する。植物において炭酸脱水酵素はCO₂濃度の上昇を補助し、葉緑体中でリブロース1,5-ビスリン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ酵素の炭酸固定反応を増大させている。この反応により光合成ではCO₂ガスを有機化合物の糖に固定しているが、CO₂の炭素のみが利用され、炭酸や炭酸水素イオンでは利用されない。

2000年にはカドミウム含有炭酸脱水酵素^[6]が亜鉛が限定される海洋の珪藻から発見されている。大洋では亜鉛はその濃度は定常的に低い濃度であり、珪藻のような植物プランクトン生育の制限になりうる。そうした場合、炭酸脱水酵素は環境中で使用できる他の金属イオンを利用する。この発見以前は一般にはカドミウムは生物学的な機能がない非常に毒性のある重金属であると考えられていた。2005年の時点では炭酸脱水酵素に結合する例だけがカドミウムが関与する生化学反応である。

炭酸脱水酵素は次の反応を触媒する。

^[7](組織中ではCO₂濃度は高い)

炭酸脱水酵素の反応速度はすべての酵素の中でも早いもののひとつであり、通常、反応速度の足かせとなるのは基質(二酸化炭素)の拡散速度である。

逆反応は相対的に遅い(速度定数は15秒程度である)。炭酸飲料が栓をあけたときにカンやビンでは速やかにガスが抜けずに、口に入れると急にガスが抜けるのは、唾液中に炭酸脱水酵素が含まれるためである。

(肺や腎の尿細管ではCO₂濃度が低い。植物細胞ではこの反応が進行する)

反応機構[編集]

ヒトのカルボニックアンヒドラーゼIIの活性中心付近のクローズアップ。3つのヒスチジン残基(ピンク色)と亜鉛(紫)に配位した水酸化物イオン(赤と白)が見られる。PDBより.

酵素の補欠分子族である亜鉛は3部位のヒスチジン側鎖に配位している。4つ目の配位座は水分子により占められている。水素-酸素結合は分極を生じ、酸素はわずかに陰性を帯びそれにより弱められている。

4番目のヒスチジンが近づくと基質の水からプロトンを受け取る。この例は典型的な酸-塩基触媒モデルである。そして亜鉛から水酸化物イオンが解離する。

活性部位も二酸化炭素に特異的なくぼみを持ち、水酸化物イオンを導入するのに都合が良い。この電子過剰の水酸化物イオンが二酸化炭素に攻撃を加え、炭酸水素イオンが生成する。

炭酸脱水酵素ファミリー[編集]

ヒトカルボニックアンヒドラーゼIIのリボン図。中心の紫色は活性中心の亜鉛イオンPDBより .

炭酸脱水酵素には少なくとも5つの独立したファミリー (α, β, γ, δそして ε)が存在する。3つのファミリーは.アミノ酸配列にほとんど相同性はなく、平行進化が顕著に現れた例と考えられている。

α-CA[編集]

この炭酸脱水酵素は哺乳類から発見され、4つのサブグループに区分されている。

細胞質性炭酸脱水酵素群 (CA-I, CA-II, CA-III, CA-VII and CA XIII)
ミトコンドリア性炭酸脱水酵素群(CA-VA and CA-VB)
分泌型炭酸脱水酵素群(CA-VI)
膜結合型炭酸脱水酵素群 (CA-IV, CA-IX, CA-XII, CA-XIV and CA-XV)

β-CA[編集]

真正細菌と植物の葉緑体に存在する炭酸脱水酵素はβファミリーに属する。このファミリーは次に示す2種類の配列モチーフにより同定される。

C-[SA]-D-S-R-[LIVM]-x-[AP]
[EQ]-[YF]-A-[LIVM]-x(2)-[LIVM]-x(4)-[LIVMF](3)-x-G-H-x(2)-C-G

γ-CA[編集]

γクラスファミリーの炭酸脱水酵素はメタン菌（メタンを生産する古細菌）より見出されている。

δ-CA[編集]

δクラスの炭酸脱水酵素は珪藻より見出された。この区分は最近^[8]のもので、独立であるか疑問ももたれている。

ε-CA[編集]

εクラスの炭酸脱水酵素は化学合成無機栄養細菌やCSO-Carboxysome^[9] を持つ海洋の藍色細菌などの細菌にのみ見出される。最近の3次元解析^[8]によるとε-炭酸脱水酵素は、特に金属イオンサイト部位で、部分的にβ-炭酸脱水酵素と類似性をもつことが示唆されている。しかしこの二つのファミリーはかけ離れており、アミノ酸配列の点ではかなりかけ離れている。

外部リンク[編集]

Carbonic Anhydrase PDB Molecule of the Month(英語)

出典[編集]

[ヘルプ]

^ 酵素中に1つ以上の金属原子を酵素活性中心に持つもの。metalloenzymes
^ Badger MR, Price GD. 1994. The role of carbonic anhydrase in photosynthesis. Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol. 45:369–392
^ Lindskog S. 1997. Structure and mechanism of carbonic anhydrase. PHARMACOLOGY & THERAPEUTICS. 74:1-20
^ w:en:active site
^ 酵素の分類命名は機能によってなされる為に、異なるアミノ酸配列のたんぱく質が同一酵素に区分される。
^ cadmium containing carbonic anhydrase (英語)
^ 炭酸のpK_aはおよそ6.36 (実際の値は媒質に依存する)でありpH 7であり炭酸水素イオンのうちのわずかな部分がプロトン化しているだけである。HCO₃^- + H⁺ H₂CO₃ and H₂CO₃ CO₂ + H₂Oの平衡の詳細は炭酸に詳しい。
^ ^a ^b Sawaya MR, Cannon GC, Heinhorst S, Tanaka S, Williams EB, Yeates TO, Kerfeld CA. 2006. The structure of beta-carbonic anhydrase from the carboxysomal shell reveals a distinct subclass with one active site for the price of two. J Biol Chem. 281(11):7546-55
^ So AK, Espie GS, Williams EB, Shively JM, Heinhorst S, Cannon GC. 2004. A novel evolutionary lineage of carbonic anhydrase (epsilon class) is a component of the carboxysome shell. J Bacteriol. 186(3):623-30.

UpToDate Contents

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1. Chapter 11A：腎臓での水排泄 chapter 11a renal hydrogen excretion
2. 利尿剤の作用機序 mechanism of action of diuretics
3. 代謝性アルカローシスの治療 treatment of metabolic alkalosis
4. 幼児および小児における尿細管性アシドーシスの病因および臨床症状 etiology and clinical manifestations of renal tubular acidosis in infants and children
5. 尿細管性アシドーシスにおける腎結石症 nephrolithiasis in renal tubular acidosis

Japanese Journal

臨床講座(26)緑内障

松下賢治
Pharma tribune 3(2), 19-30, 2011-02
NAID 40018725788

緑内障患者に対する炭酸脱水酵素阻害薬の点眼回数が及ぼす眼圧の検討

大槻智宏,森田哲也,庄司信行,冨岡敏也,有本あこ,原直人,鈴木宏昌,清水公也
緑内障 : 日本緑内障学会雑誌 : journal of Japan Glaucoma Society 20(1), 41-44, 2010-12-27
NAID 10027747612

緑内障患者に対する炭酸脱水酵素阻害薬の点眼回数が及ぼす眼圧の検討

大槻智宏,森田哲也,庄司信行,冨岡敏也,有本あこ,原直人,鈴木宏昌,清水公也
あたらしい眼科 = Journal of the eye 27(10), 1435-1438, 2010-10-30
NAID 10028246412

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★リンクテーブル★

リンク元	「利尿薬」「近位尿細管性アシドーシス」「アセタゾラミド」「CA」
拡張検索	「炭酸脱水酵素阻害薬」「炭酸脱水酵素阻害剤」
関連記事	「酵素」「脱水酵素」

「利尿薬」

　　[★]

英: diuretic, diuretics
関: 尿細管

適応

心不全、腎不全、高血圧症、肝硬変による腹水貯留、妊娠中毒症

利尿薬の種類 (GOO.744)

CATIONS

ANIONS

尿酸

腎血液動態

Na⁺

K⁺

H⁺

Ca²⁺

Mg²⁺

Cl^-

HCO₃^-

H₂PO₄^-

急性

慢性

RBF

GFR

FF

TGF

炭酸脱水酵素阻害薬

炭酸脱水酵素阻害

近位尿細管
　

＋

＋＋

－

NC

V

(＋)

＋＋

I

－

NC

＋

浸透圧利尿薬

浸透圧

ヘンレループ
　

＋＋

＋

I

＋

＋＋

＋

I

＋

NC

－

I

ループ利尿薬

Na⁺-K⁺-2Cl^- symport阻害

太い上行脚
　

＋＋

＋

＋＋

＋⁽¹⁾

＋

－

V(＋)

NC

V(－)

－

チアジド系利尿薬

Na⁺-Cl^-symport阻害

遠位尿細管
　

＋

＋＋

＋

V(－)

V(＋)

＋

＋⁽¹⁾

＋

－

NC

V(－)

NC

カリウム保持性利尿薬

上皮性ナトリウムチャネル阻害

遠位尿細管後部と集合管
　

＋

－

＋

(＋)

NC

I

－

NC

アルドステロン受容体拮抗

遠位尿細管後部と集合管
　

＋

－

I

－

＋

(＋)

I

－

NC

利尿薬の例

浸透圧利尿薬

炭酸脱水酵素阻害薬

ループ利尿薬

チアジド系利尿薬

ヒドロクロロチアジド hydrochlorothiazide

カリウム保持性利尿薬

上皮性ナトリウムチャネル阻害薬

アルドステロン受容体阻害薬

スピロノラクトン spironolactone

利尿薬の作用部位

ホルモンと利尿薬の作用部位についての簡単なまとめは→尿細管

参照

http://hobab.fc2web.com/sub4-Diuretics.htm

「近位尿細管性アシドーシス」

　　[★]

英: proximal renal tubular acidosis, proximal RTA, pRTA, proximal tubular acidosis
同: 2型尿細管性アシドーシス、II型尿細管性アシドーシス、尿細管性アシドーシス2型、尿細管性アシドーシスII型; 2型腎尿細管性アシドーシス、II型腎尿細管性アシドーシス、腎尿細管性アシドーシス2型、腎尿細管性アシドーシスII型; type 2 renal tubular acidosis, type II renal tubular acidosis, renal tubular acidosis type 2, renal tubular acidosis type II; type 2 RTA, type II RTA, RTA type 2, RTA type II
関: 尿細管性アシドーシス、アシドーシス。遠位尿細管性アシドーシス

[show details]

ja

2型尿細管性アシドーシス : 30 件
II型尿細管性アシドーシス : 20 件
尿細管性アシドーシス2型 : 46 件
尿細管性アシドーシスII型 : 31 件
2型腎尿細管性アシドーシス : nothing
II型腎尿細管性アシドーシス : 1 件
腎尿細管性アシドーシス2型 : 5 件
腎尿細管性アシドーシスII型 : 10 件
type 2 renal tubular acidosis : 5 件
type II renal tubular acidosis : 29 件
renal tubular acidosis type 2 : 1 件
renal tubular acidosis type II : 26 件
type 2 RTA : 8 件
type II RTA : 4 件
RTA type 2 : 10 件
RTA type II : 5 件

en

type 2 renal tubular acidosis : 約 46,900 件
type II renal tubular acidosis : 約 26,600 件
renal tubular acidosis type 2 : 約 50,000 件
renal tubular acidosis type II : 約 54,200 件
type 2 RTA : 約 243,000 件
type II RTA : 約 121,000 件
RTA type 2 : 約 23,200 件
RTA type II : 約 17,400 件

概念

腎尿細管アシドーシスの中で、近位尿細管における重炭酸イオン再吸収障害に伴う酸排泄障害を原因とするものをいう。
アニオンギャップが正常な高Cl性の代謝性アシドーシス

病因

参考1

原発性

特発性、孤発性
家族性

続発性

多発性骨髄腫　→　成人におけるRTA type 2の原因で最多
薬物性

アミロイドーシス
重金属

ビタミンD欠乏
腎移植
発作性夜間血色素尿症

病態

参考1

重炭酸が何らかの原因により再吸収されない。　→　高Cl性代謝性アシドーシス
リン酸、グルコース、尿酸、アミノ酸が再吸収されない。　→　低リン酸血症、腎性糖尿、低尿酸症、アミノ酸尿

水・電解質と酸塩基平衡改訂第2版 p.151

近位尿細管で重炭酸イオン(その他各種電解質も)の再吸収が低下するために血清HCO3-が低下する
血清HCO3-が15mEq/l以下になると再吸収が可能となるので、proximal RTAにおいて血清HCO3-が15-17mEq/l以下になることはまれ。

YN

近位尿細管におけるNa+/H+交輸送体の異常や、炭酸脱水酵素遺伝子異常、Na+/HCO3-共輸送体遺伝子異常

治療

アシドーシス補正：重曹
低カリウム血症：カリウム補充

参考

1.

わかりにくい

http://omim.org/entry/179830

2. [charged] Etiology and diagnosis of distal (type 1) and proximal (type 2) renal tubular acidosis - uptodate [1]
3. [charged] Pathophysiology of renal tubular acidosis and the effect on potassium balance - uptodate [2]

「アセタゾラミド」

　　[★]

英: acetazolamide
同: アセタゾールアミド acetazol amide
商: ダイアモックス、Dazamide, Diamox
関: 利尿薬

分類

作用機序

利尿薬

近位尿細管で管腔側から炭酸脱水酵素(carbonic anhydrase, CA)を阻害

近位尿細管の上ににはCAは管腔側細胞膜と細胞質に存在。

HCO₃^-は原尿としていったん排泄されるが、近位尿細管でH₂CO₃となり、これがCAによりCO₂とH₂Oに分解されてCO₂(膜透過性が高いので)が近位尿細管上皮に取り込まれる。細胞内でCO₂は細胞内に存在するCAによりH⁺とHCO₃^-となる。細胞内のH⁺は管腔側に存在するNa⁺/H⁺交換系によって分泌されると共にNa⁺が取り込まれる。ここでNa⁺とともにH₂Oが再吸収される。細胞内のNa⁺とHCO₃^-はNa⁺/HCO₃^-共輸送体により血管側に運ばれる。
管腔側のCAを阻害することでNa⁺、HCO₃^-、およびH₂Oは再吸収を受けることなく排泄される (SPC.263)。

適応

緑内障、てんかん、肺気腫における呼吸性アシドーシス、心性浮腫、肝性浮腫、月経前緊張症、メニエル病、メニエル症候群、睡眠時無呼吸症候群

「CA」

　　[★]

「炭酸脱水酵素阻害薬」

　　[★]

英: carbonic anhydrase inhibitor, carbonate dehydratase inhibitor
関

「炭酸脱水酵素阻害剤」

　　[★]

英: carbonic anhydrase inhibitor
関: 炭酸脱水酵素阻害薬

「酵素」

　　[★]

英: enzyme, ferment
関: 酵素反応

酵素の分類

(a)酸化還元酵素(oxydoreductase) EC1:ある物質を酸化したり､還元したりします。脱水素酵素､ペルオキシダーゼなどを含みます。
(b)転移酵素(transferase) EC2: アミノ基やリン酸基などをある物質から別の物質に転移する酵素です。アミノ基を転移する酵素はアミノトランスフェラーゼと呼ばれます。
(c)加水分解酵素(hydrolase) EC3:ある物質(基質)に水(H2OのうちHとOH)を加えることにより､2つに分解します。多くの蛋白分解酵素が含まれます。
(d)リアーゼ(lyase) EC4:ある物質を2つに分解します。
(e)イソメラーゼ(isomerase) EC5:ある基質を異性体に変換します。
(f)リガーゼ(ligase) EC6;ATPのエネルギーを使って2つの物質を結合します。

「脱水酵素」

　　[★]

英: dehydratase、anhydrase
関: アンヒドラーゼ、ヒドラーゼ、デヒドラターゼ、ヒドロリアーゼ

-dehydrase

[1] 酵素中に1つ以上の金属原子を酵素活性中心に持つもの。metalloenzymes

[2] Badger MR, Price GD. 1994. The role of carbonic anhydrase in photosynthesis. Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol. 45:369–392

[3] Lindskog S. 1997. Structure and mechanism of carbonic anhydrase. PHARMACOLOGY & THERAPEUTICS. 74:1-20

[4] w:en:active site

[5] 酵素の分類命名は機能によってなされる為に、異なるアミノ酸配列のたんぱく質が同一酵素に区分される。

[6] um containing carbonic anhydrase (英語)

[7] 炭酸のpK_aはおよそ6.36 (実際の値は媒質に依存する)でありpH 7であり炭酸水素イオンのうちのわずかな部分がプロトン化しているだけである。HCO₃^- + H⁺ H₂CO₃ and H₂CO₃ CO₂ + H₂Oの平衡の詳細は炭酸に詳しい。

[Sawaya-8] Sawaya MR, Cannon GC, Heinhorst S, Tanaka S, Williams EB, Yeates TO, Kerfeld CA. 2006. The structure of beta-carbonic anhydrase from the carboxysomal shell reveals a distinct subclass with one active site for the price of two. J Biol Chem. 281(11):7546-55

[9] So AK, Espie GS, Williams EB, Shively JM, Heinhorst S, Cannon GC. 2004. A novel evolutionary lineage of carbonic anhydrase (epsilon class) is a component of the carboxysome shell. J Bacteriol. 186(3):623-30.

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炭酸脱水酵素

尿細管上皮の炭酸脱水酵素 (SP.812)

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目次

炭酸脱水酵素の構造と機能[編集]

反応機構[編集]

炭酸脱水酵素ファミリー[編集]

α-CA[編集]

β-CA[編集]

γ-CA[編集]

δ-CA[編集]

ε-CA[編集]

関連項目[編集]

外部リンク[編集]

出典[編集]

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★リンクテーブル★

「利尿薬」

適応

利尿薬の種類 (GOO.744)

利尿薬の例

利尿薬の作用部位

参照

「近位尿細管性アシドーシス」

概念

病因

病態

治療

参考

「アセタゾラミド」

分類

作用機序

利尿薬

適応

「CA」

「炭酸脱水酵素阻害薬」

「炭酸脱水酵素阻害剤」

「酵素」

酵素の分類

「脱水酵素」