トランスフェリン

トランスフェリンは、私たちの血液の液体成分である血漿中に見られる重要なタンパク質の一つです。その主たる役割は、体内で必要とされる鉄イオンを効率的に結合し、全身の細胞へと届けることです。

トランスフェリンと同様に鉄と結合するタンパク質には、卵白に含まれるオボトランスフェリンや、母乳などの外分泌液に含まれるラクトフェリンがあります。これらと区別するため、血漿中のトランスフェリンを特に血漿トランスフェリン、またはセロトランスフェリン（Serotransferrin）と呼ぶこともあります。また、かつてはシデロフィリン（Siderophilin）という名称でも知られていました。

分子構造

トランスフェリンは、糖鎖が付加された糖タンパク質であり、その分子量は約80キロダルトン（kDa）です。この分子は、互いによく似た二つの領域（ドメイン）から構成されており、それぞれのドメインに3価の鉄イオン（Fe(III)）を一つずつ結合するための部位が存在します。合計で最大二つの鉄イオンを結合することが可能です。

これらの結合部位では、鉄イオンに対して、ヒスチジン残基由来の窒素原子が1つ、チロシン残基由来の酸素原子が2つ、アスパラギン酸残基由来の酸素原子が1つ、そして炭酸分子由来の酸素原子が1つ、合計6つの原子が配位しています。鉄イオンを結合した状態のトランスフェリンはホロトランスフェリン（holo-transferrin）と呼ばれ、一方、鉄イオンが結合していない状態はアポトランスフェリン（apo-transferrin）と呼ばれます。

生化学的性質

トランスフェリンは、鉄イオンをはじめとする様々な金属イオンと非常に強く結合する性質を持っています。この結合は強力でありながらも可逆的であり、必要に応じて鉄を放出することができます。特に3価の鉄イオン（Fe(III)）に対する親和性は極めて高く、生理的なpHである7.4の環境下では、その結合定数は10の23乗 M^-1にも達します。

血漿中にはトランスフェリンが比較的多く存在しており、血漿中の鉄分の約3倍もの量を結合する能力があります。実際に、血漿中の鉄分のほとんどはトランスフェリンに結合した状態で存在しています。しかし、これは体内全体に存在する鉄の総量から見ると、わずか0.1%程度に過ぎません。したがって、トランスフェリンの主な機能は鉄の「貯蔵」ではなく、むしろ体中への迅速な「輸送」にあると考えられています。トランスフェリンは代謝回転が非常に速いことも、この輸送機能に適していることを示唆しています。

細胞における鉄輸送メカニズム

全身のほとんどの細胞の表面には、トランスフェリンを認識して結合するためのトランスフェリン受容体が存在します。特に、骨髄で赤血球が作られる過程にある幼若赤血球は、ヘモグロビン合成のために大量の鉄を必要とするため、この受容体は非常に重要な役割を果たします。

鉄イオンを結合したホロトransフェリンが細胞表面のトランスフェリン受容体に結合すると、細胞はエンドサイトーシスと呼ばれるプロセスによって、この複合体を小さな膜に包まれた袋（被覆小胞）として細胞内に取り込みます。細胞内に入った小胞では、H+-ATPアーゼというポンプの働きによって内部の水素イオン濃度が高まり、pHが低下します。この酸性の環境下では、トランスフェリンの鉄に対する親和性が著しく低下するため、結合していた鉄イオンが放出されます。

放出された鉄イオンは細胞質へと運ばれ、フェリチンに貯蔵されるか、あるいはヘモグロビンなどの成分合成に利用されます。一方、鉄を放出してアポトランスフェリンとなった分子は、結合したままの受容体とともに、エクソサイトーシスと呼ばれるプロセスによって細胞表面へと再び輸送されます。細胞表面に戻ったアポトランスフェリンは、pHが中性に戻ることで受容体から解離し、再び血漿中へと戻って次の鉄輸送サイクルに備えます。このように、トランスフェリン受容体は繰り返し利用されるリサイクルシステムの一部として機能しています。

抗菌作用

トランスフェリンが鉄イオンを非常に強く結合する性質は、単に鉄を輸送するだけでなく、病原体に対する防御にも役立っています。多くの細菌は増殖のために鉄を必要としますが、トランスフェリンが血漿中や粘膜中に豊富に存在し、利用可能な遊離の鉄イオンを強力に捕捉してしまうことで、細菌が鉄を獲得することを困難にします。これにより、細菌の増殖が抑制され、感染を防ぐ助けとなります。実際、トランスフェリンは鼻腔や消化管などの粘膜表面にも多く分泌されており、微生物が定着しにくい環境を作り出していると考えられています。

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