Q56
血はなぜ赤い？

血液の成分血液を採りだし、凝固抑制剤を加えて遠心分離血が赤いのは、血液が酸素や炭酸ガスを運搬するという機能と関係があります。
トマトジュースも赤いですが、血液もトマトジュースと同じでしょうか？

（洗濯機の脱水機のようなもの）すると、赤血球は重いので底に沈殿し、その上に白血球が膜（バフィーコート buffy coat）を形成し、上澄みが血漿となります。血液から赤い赤血球を取ると、黄色い液体である血漿が得られます。この中にタンパク質が含まれています。ミルクを遠心分離すると脂肪球が沈殿して血液が赤い理由
血液の赤いのは赤血球が含まれているからです。ミルク(Q27 参照)や豆乳(Q28 参照)の成分は血液と似ていると述べました。ミルクや豆腐が白いのは、脂肪が球状で可視光の波長よりも大きいので、全ての波長の光が反射して白く見えるのでした。
赤血球も可視光線の波長よりも大きな粒子ですが、赤以外の青や緑の光を吸収して赤の光を反射するので赤く見えるのです。赤の光だけ反射するのバターになりますが、血液の場合は赤血球が沈殿してきます。
赤血球の割合は血球容量（hematocrit）と呼ばれ、普通 45％で、値がこれより小さいと貧血の可能性があります。血漿は淡い黄色の pH 7.4 の液体で、水分は 91％で、タンパク質 6～8％、無機の塩0.9％、脂肪 0.6％、グルコース 0.1％が含まれています。

は、トマトやリンゴが赤く見えるのと同じ理由です。ト
マトジュースが赤いのは、リコピンを含んだトマトの赤い粒があるからで、血液が赤いのと似ています。

血液の成分

1

ミルクや豆乳血液（脂肪球で全反射）（赤血球で赤反射）

血液

血漿

赤血球

管が損傷を受けると、真っ先にその部分に集中して赤血球（Red blood cell or erythrocytes）は球ではな粘着し、互いにくっつきあって大きくなり、傷口を塞ぎく、穴のあいていないドーナッツのような形をしています。直径は８μm で、厚さは約 2μm ですから、可視光線の波長よりも大きいです。
赤血球にはヘモグロビンがいっぱい詰まっています（乾燥重量で 90％）。生きた細胞には核があって、その中に遺伝子 DNA が入っているのですが、人間の赤血球には核が無く、そのスペースをヘモグロビンで埋めて、酸素を有効に運搬できるようになっています。赤血球は骨髄で作られますが、途中までは核が存在しますが、できあがった赤血球には核が無くなっています。

ます。さらに血漿中のフィブリノゲンという物質が働いて、血液の固まりをつくりあげ、止血する働きをします。
白血球（white blood cells or leukocytes）
血液成分の約３％で、白血球（white blood cellsor leukocytes）細胞には５種類があります。
３種類の顆粒球（granulocyte) :生体防御系に関生きている細胞は細胞分裂を起こし、新しい子孫の細胞与します。

を作っていきます。赤血球は核が無いので子孫を作ること好中球（neutrophils）55％はできません。生きていなくても赤血球は酸素を運ぶ活性を持っています。骨髄で作られた赤血球は約１２０日間、その活性が保たれます。生物に含まれ、生きてはいない（核がない）が活性を持っているものには酵素があります。酵素は細胞ではなくタンパク質分子ですが、活性を持っています。生きてはいないが活性を持っているものには BSE（狂牛病）を起こすプリオンタンパク質があります。
赤血球の膜にはマイナスの荷電を持ったノイラミン酸が含まれているので、静電反発があるので、凝集することなく好酸球(eosinophils) 3％好塩基球（basophils）0.3％
２種類の顆粒を細胞質に含まない白血球:リンパ球（lymphocytes) 免疫機能に関与。
細胞表面にヒト白血球抗原（HLA）が存在する。
単球（monocytes): 免疫能に関与。
白血球は核が存在する生きた細胞ですが、ヘモグロ安定に存在します。しかし、傷をしてでてきた血液は凝固ビンは含まれていないので、ミルクの脂肪球と同じくしますし、異なる血液型の血液を混合すると凝集します。

全ての光を反射して、白く見えます。

血漿
血液成分の約 55％を占めていますが、そのうち91％は水分で、固形成分は 9％です。固形成分の主なものは、アルブミン、グロブリン、血液凝固因子などのタンパク質です。この他、無機塩類、糖質、脂血小板（platelets or thrombocytes）
血液の約１％で、血液 1mm3 に約 14～36 万個。
大きさは直径約 2μm で円盤状です。怪我などで血2質を含みます。
無機の塩類は 0.9％で、生理食塩水は 0.9％の食塩水です。

血漿には大きな粒子は含まれず、分子レベルのものその各々のヘムの部分の Fe が酸素と結合することばかりですから透明です（少し黄色を帯びていますができます。

が）。組織呼吸の結果生成された炭酸ガスを肺へ

ヘモグロビンのサブユニット(1 量体)は，筋肉中に存運び、空気中へ放出させます。また栄養分を体内の在するミオグロビンによく似た構造をもっています。

各所へ運び、そこで生じた代謝老廃物を腎臓から排赤血球は約 120 日で分解されますが、鉄イオンは再出したり、血圧の保持に役立っています。また、血漿利用され、新しいヘムを作るのに使われます。に含まれる抗体が病原菌に対抗する力を持っています。

ヘム
鉄ーポルフィリン錯体
ヘムはポルフィリンが配位した鉄錯体です。人間以外にも赤血球が赤い理由
血液が赤いのは赤血球のためですが、赤血球が赤いのは中にヘモグロビンが含まれているからです。ヘモグロビンがなぜ赤いのかを見てみましょう。

魚や蛙などの脊椎動物の血は赤く、ヘモグロビンが含まれています。しかし、エビやタコのような無脊椎動物の血は赤くなく、青色をしています。これは、鉄錯体ではなく銅錯体のヘモシアニンだからです。
鉄－ポルフィリン錯体は安定で、古い血痕からもルミノール反応(Q22)で検出することができます。
ポルフィリンのマグネシウム錯体はクロロフィルで緑色ですから、ポルフィリン金属錯体は中心の金属イオンの種類によって色が変わることが分かります。どうして金属イオンの種類によって色が違うのでしょうか？

ヘモグロビン
ヘモグロビン（hemoglobin）はヘム鉄錯体（heme）とグロビン(globin)というタンパク質からできています。

ヘム

クロロフィル

グロビンは透明ですが、ヘムは赤色であるので、ヘモグロビンは赤色です。血液が赤い理由は鉄錯体のポルフィリン色だったのです。赤血球の 65％は水であり、34％が鉄（Fe）やマグネシウム（Mg）を取り囲んでいるヘモグロビンです。

ヘモグロビンの分子は，α・β の基本骨格はポルフィリン環です。５員環のピロールと2 種類 2 個ずつ(4 量体)からなっています（上のモデホルムアルデヒドが結合し、水が抜ける（縮合）とポルでは、青、紫、緑、赤の四つのヘモグロビン分子をルフィリン環ができます。環状にならずに伸びた鎖状示している）。になる可能性がありますので、Cu などの金属をあら3かじめ入れておいて、環状化合物のポルフィリンを作

金属イオンを含まないポルフィリン環は平面ですが、る鋳型反応を用います。中心の金属イオンは後で交金属錯体では金属イオンの種類によって、ポルフィリ換することが可能です。

ン環は平面から歪んできます。すると、Soret 吸収体の位置が変化し、高さ（吸光度）が変わってきます。上のスペクトルで、Soret 帯が左（波長が短い青い方向）に移動すると、青の光を吸収するので、赤く見えてきます。Soret 帯が右（波長が長い赤い方向）に移動すると、赤の光を吸収して青の光を反ピロールとホルムアルデヒドからポルフィリン環の合成

ポルフィリン環は平面になると共役系になるので、特徴的な吸収スペクトルになります（下の図）。400nm の大きな吸収は発見者の名前を取って、Soret（ソーレー）吸収帯と呼びます。550 nm 付近の吸収体は Q 吸収帯と呼びます。ポルフィリン環が平面で共役系になると、吸光度が大きくなり大きな吸光係数を示すようになります。また、蛍光の強度も大きくなります。

射するようになるので、青く見えるようになります。金属イオンによってポルフィリン環の歪みの程度が変わり、Soret 帯の位置が変わり、吸収する光の波長が変わるので、色が変わるのです。
ポルフィリン環は平面ですが、酸性にして N がプロトン化したり金属イオンが入るとポルフィリン環は歪んできます。すると、400 nm 付近の Soret 吸収体は移動し、色が変わります。銅、Cu(II)錯体では Soret
吸収体は 434 nm で、青色になります。鉄、Fe(II)錯体では、吸収体が波長の短い 395 nm に移動しますので、青が吸収されて赤色になります。
赤血球の機能ヘモグロビンは酸素と結合して、肺から体内へと運搬します。また、体内で発生した二酸化炭素CO2 を肺まで運び、酸素と交換します。このようポルフィリン環の吸収スペクトルにヘモグロビンが酸素と結合したり離れたりするのには、タンパク質であるグロビンが重要な働きをしているのです。鉄－ポルフィ

ポルフィリン環分子モデルを横から見た図4リン錯体であるヘムでは、鉄イオンの上側と下側が空いています。この下側にグロビンが結合し、酸素が上側に結合します。グロビンが下から押すと酸素が離スルホン基を入れると水溶れ、引っ張ると酸素が結合すると考えられます。

性になるので、金属イオン

グロビンタンパク質の鉄に結合するアミノ酸単位はヒの比色検出に用いることがスチジン(Q53 参照)で、イミダゾール環の窒素が Feできます。に配位します。
ヘムに酸素が結合したかどうかは、吸収スペクトルのTPPS

550 nm 付近の Q 吸収体で分かります。酸素が結5,10,15,20-Tetraphenyl-21H,23H-合すると山が２つ、酸素が離れると山が１つになり

porphinetetrasulfonic acid, disulfuric acid,ます。心臓から出てきた血液（動脈）は赤いです

tetrahydrate

が、心臓に戻ってくる血液（静脈）は青くなっています。それは、酸素が結合しているかどうかで、ヘモグロ水によく溶ける濃緑色～緑青色の粉末。

ビンの構造が変わってくるためです。

pH6.5 では赤紫色 （Soret 帯吸収極大 λmax＝ヘムのポルフィリン環は平面ですが、下からイミダゾー

413 nm, ε＝5.1×105）、ルが配位すると、歪んできます。反対側から酸素がpH 4 では緑色 （Soret 帯吸収極大 λmax＝434配位すると、再びポルフィリン環は水平になります。こnm, ε＝5.0×105）となる。のようなポルフィリン環の構造が、血液の色の変化に酸性では Cu2＋にほとんど特異的に強く発色するのなります。

で、すぐれた比色試薬となり、アルカリ性では、 Cd,Pb などと発色してそれらの金属の定量試薬となります。
Cu(II)・・pH 4 で、434 nm, ε4.8 x 104
Fe(II)・・pH 3.9-4.2 で、395 nm, ε1.4 x 104
機能性色素
フタロシアニン

ポルフィリン錯体の利用（phthalicyanine）は安定なポ金属ポルフィリン錯体は安定で着色しているので、ルフィリン環で、その銅錯体は青工業的に利用されています。の顔料で、新幹線の青い塗料です。

金属の比色定量試薬
アルデヒド成分として、ホルムアルデヒドの代りにベンズアルデヒドを用いると、ベンゼン環が入ったテトラフェニルポルフィリンを合成することができ、ポルフィリン錯体の多くの研究が行われている。また、ベンゼン環に5また、様々な金属錯体が作れますので、複写機用光導電体、CD-R 用の色素などのほか、有機 ELや、色素増感太陽電池へ応用が研究されています。

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