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カルシウムは体内でいかに働くか
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私たち地上の脊椎動物が、海を離れるに際して、一種の生命維持装 置を体内に備えたと記した。では、いかにして陸上生活のための生 命維持装置は作り出されたのだろうか。遠い過去を訪ねてみよう。 かつて生命が誕生した海は、現在のようなナトリウムやカルシウム の豊富な海ではなく、むしろ、カリウムやマグネシウムの多い海だ ったと考えられている。こうした海で生命は、まず誕生した。 ｢まず｣と記したのにはわけがある。生命現象の基本といわれる酵素 反応は、このカリウムやマグネシウムの多い海ではじまったのであ るが、その後、地殻の大変動などで地層が変わり、大地から大量の 雨で流された物質により、海は現在のようなナトリウムやカルシウ ムを多く含む海へと変化した。 ここで生命は、最初の生命現象であるカリウムやマグネシウムによ る酵素反応を生かしたまま次のステージを受け入れようとした。そ れはこういう方法によってであった。 最初の生命活動をカリウムやマグネシウムに依存していた細胞に細 胞膜をかぶせ、太古の海に近い環境を細胞膜の中に保存したのであ る。そうして、新しい海であるナトリウムやカルシウムの多い海の 中で暮らせるようにしたのだ。これが｢まず｣と記した理由である。 体内で細胞膜の外を流れる｢血液｣は、その新しい海の性質を備えて いる。つまり細胞は、ナトリウムやカルシウムを多く含む新しい海 に浮いているといっても過言ではない。 やがて生物は、ナトリウムやカルシウムをたっぷりと含む海のない ｢大気という環境｣の中へ出ていくにあたって、ことにカルシウムを たっぷりと含む骨を用意した。 このように、新しい海を血液というかたちにして細胞をこれに浮か せ、この海にカルシウムを補給し続ける生命維持装置として骨を擁 し、我らの祖先は、やがて揚陸を果たすこととなる。私たちの身体 は、血液を表皮で閉じこめたひとつの海を抱えているのだともいえ よう。そして骨がその海を、また引力から身体を、支えている。 脊椎動物は、体内にカルシウムを保存するにあたってリン酸カルシ ウムという化合物で骨をかたちづくった。だが、生物の世界でカル シウムをリンとの化合物で保存するスタイルは特殊なものなのだ。 たとえば同じカルシウムを主体とする貝類の殻は、炭酸カルシウム ででき上がっている。ではなぜ我ら地上の動物は、その骨をリン酸 カルシウムで作り上げたのか。 それは、リン酸カルシウムならいったん堅牢な骨の組織を作り上げ ても、ふたたび血液中に溶かすことが可能だからだ。貝類のような 炭酸カルシウムでは、この再利用を行うことができない。揚陸に際 しての生命維持装置は、まさに絶妙な選択をしたのだ。 リン酸カルシウムは、コラーゲンと呼ばれる繊維を構造の核として ここに蓄積される。これが骨の基本のかたちである。いわばここに は濃密なかたちでカルシウムが保存されている。そして、新しい海 として体内の生命維持に欠かすことのできない血液にもカルシウム は保存されている。 但しその濃度は、先にも記したように、海が持つカルシウム含有量 の４〜５分の１である。そして骨のカルシウム密度から見るとその 量はなんと１万分の１でしかない。そしてさらにいえば、太古の海 の様相を残す細胞内に含まれるカルシウムは、血液のまた１万分の １でしかない。骨の密度に比べると１億分の１の密度だ。しかしこ の濃度の落差が、実は、陸上の脊椎動物のさまざまな生命活動をつ かさどる上で大事なのだという。 そもそもカルシウムは、体内でどのような働きをしているのだろう か。細胞膜の中にはカルシウム・チャンネルと呼ばれる大きな構造 を持った一種のタンパク質がある。下に示した模式図をご覧いただ きたい。これはいわば細胞の外と内を隔てて、カルシウムの出入り を見張る関所のようなものである。 |
   ・・・・・・図１・・・・・・・・・図２ |
左に示したのが細胞膜の模式図である。この細胞膜の関所をカルシ ウムが通過できる条件は厳しい。その条件とは細胞の電位差が変わ る時(図１)や、細胞膜にある受容体と呼ばれるタンパク質に外から 特殊なホルモンの指令を受けてリガンドと呼ばれる分子が受容体に 働きかける時(図２)だけである｡前者の｢電位差に依存してカルシウ ムを細胞内に入れる働き｣が電位差依存性であり、後者の｢受容体に 働きかけて細胞内にカルシウムを入れる働きが受容体依存性だ。 ではなぜ、このようなカルシウム・チャンネルと呼ばれるような関 所があるのだろうか。それは、カルシウム濃度が１万倍も異なる細 胞の内と外を管理するためである。 細胞の外を流れる血液にカルシウムが１万個ある時、細胞内の細胞 液にはたった１個のカルシウムしかない。細胞外のカルシウムの数 から見れば細胞内はまるでカルシウムの真空状態のようである。 このきわめて落差の大きい環境をきちんと保つのがカルシウム・チ ャンネルの働きである。そして、カルシウムの真空状態に近い細胞 内に、たった１個のカルシウムが運ばれてくることで、その細胞自 身に大きな変化が及ぼされるのだ。 細胞内にカルシウムが運び込まれて起こる変化の代表的な例は、精 子と卵子の結合の際に見られる。受胎の瞬間、精子は卵子の中にカ ルシウムを送り込む。するとこのカルシウムの信号によって受精卵 細胞が働き出し、分裂活動をはじめるのである。カルシウムはまさ に、生命誕生のトリガーとなるのだ。 またこういう働きもある。手足や心臓の筋肉も実はカルシウムによ って動かされているのだ。筋肉繊維細胞の中にカルシウムが取り込 まれると細胞は収縮し、逆にカルシウムを外に排出することでふた たび伸びる。筋肉内のきわめて希薄なカルシウム環境に外からカル シウムが１個持ち込まれるだけでこうした収縮が起こるのだ。１万 倍という濃度の落差が、わずかなカルシウムによる筋肉細胞の活発 な動きを微妙にコントロールしているのである。 さらに目の網膜細胞でも同様のことが起きている。目に光が入って くると、これを伝達するために細胞の外からカルシウムが網膜細胞 に入っていく。これによって網膜細胞に新たな電流が起こり、この 電流は視神経を通って脳に光の入射を伝えていくのである。カルシ ウムは映像のメッセンジャーボーイでもあるのだ。 この他、カルシウムの出入りによって体中の細胞はさまざまな働き を行っている。カルシウムなしに、身体のさまざまな機能は働かな いのだ。カルシウムがなければ生きていけない理由がここにある。 |
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