生物学におけるモリブデン
中心にモリブデン原子を持つFeMoCoクラスター

モリブデンはほとんどの生物にとって必須元素です。[ 1 ]特に窒素固定に不可欠な窒素固定酵素[ 2 ]に多く含まれています。[ 3 ] [ 4 ]

Mo含有酵素

モリブデンはほとんどの生物にとって必須元素です。2008年の研究論文では、地球の初期の海洋におけるモリブデンの不足が、真核生物（すべての植物と動物を含む）の進化に大きな影響を与えた可能性があると推測されています。[ 1 ]

少なくとも50種類のモリブデン含有酵素が同定されており、そのほとんどは細菌に存在します。[ 5 ] [ 6 ]これらの酵素には、アルデヒド酸化酵素、亜硫酸酸化酵素、キサンチン酸化酵素が含まれます。[ 7 ]唯一の例外として、タンパク質中のモリブデンはモリブドプテリンと結合してモリブデン補因子を形成します。唯一の既知の例外はニトロゲナーゼで、これは化学式Fe 7 MoS 9 Cで表されるFeMoco補因子を使用します。 [ 8 ]

機能面では、モリブデン酵素は窒素、硫黄、炭素の調節過程において、特定の小分子の酸化、時には還元を触媒する。[ 9 ]一部の動物およびヒトにおいて、プリン異化過程であるキサンチンから尿酸への酸化は、モリブデン含有酵素であるキサンチンオキシダーゼによって触媒される。キサンチンオキシダーゼの活性は体内のモリブデン量に正比例する。モリブデン濃度が極めて高くなると、この傾向が逆転し、プリン異化過程やその他の過程を阻害する可能性がある。モリブデン濃度はタンパク質合成、代謝、成長にも影響を与える。[ 10 ]

Moはほとんどの窒素固定酵素の構成要素である。モリブド酵素の中で、窒素固定酵素はモリブドプテリンを欠いている点で独特である。[ 11 ] [ 12 ]窒素固定酵素は、大気中の窒素からアンモニアを生成する触​​媒作用を持つ。

N 2 + 8 H + + 8 e − + 16 ATP + 16 H 2 O → 2 NH 3 + H 2 + 16 ADP + 16 P i

FeMoco活性部位の生合成は非常に複雑である。[ 13 ]

窒素固定酵素のFeMoco活性部位の構造。
チオレート基の両方に1つのモリブデン原子が結合したモリブドプテリンの骨格構造
モリブデン補因子（写真）は、モリブデンを含まないモリブドプテリンと呼ばれる有機錯体で構成されており、隣接する硫黄原子（または稀にセレン原子）を介して酸化モリブデン(VI)原子と結合しています。古代の窒素固定酵素を除き、既知のモリブデン利用酵素はすべてこの補因子を利用しています。

モリブデン酸塩は体内でMoOとして輸送される。2−4. [ 10 ]

ヒトの代謝と欠乏症

モリブデンは必須微量栄養素である。[ 14 ]哺乳類のMo依存性酵素は4種類知られており、いずれも活性部位にプテリンベースのモリブデン補因子（Moco）を持つ。それらは亜硫酸酸化酵素、キサンチン酸化還元酵素、アルデヒド酸化酵素、ミトコンドリアアミドキシム還元酵素である。[ 15 ]モリブデンが重度に欠乏している人は亜硫酸酸化酵素の機能が低下しており、食品中の亜硫酸塩に対して毒性反応を起こしやすい。[ 16 ] [ 17 ]人体には体重1キログラムあたり約0.07 mgのモリブデンが含まれており、[ 18 ]肝臓と腎臓では濃度が高く、脊椎では濃度が低い。[ 19 ]モリブデンは人間の歯のエナメル質にも存在し、虫歯の予防に役立つ可能性がある。[ 20 ]

ヒトにおける急性毒性は確認されておらず、毒性は化学状態に大きく依存する。ラットを用いた研究では、一部のモリブデン化合物の半数致死量（LD 50）は180 mg/kgと低いことが報告されている。[ 21 ]ヒトに対する毒性データは入手できていないが、動物実験では、モリブデンを1日10 mg以上慢性的に摂取すると、下痢、発育遅延、不妊、低出生体重、痛風を引き起こす可能性があることが示されている。また、肺、腎臓、肝臓にも影響を及ぼす可能性がある。[ 22 ] [ 23 ]タングステン酸ナトリウムはモリブデンの競合阻害剤である。食事中のタングステンは組織中のモリブデン濃度を低下させる。[ 19 ]

中国北部からイランにかけての地理的帯では、土壌中のモリブデン濃度が低いため、一般的に食事中のモリブデン欠乏症に陥り、食道がんの発生率の上昇と関連している。[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]土壌中のモリブデンの供給量が多い米国と比較すると、これらの地域に住む人々は食道扁平上皮がんのリスクが約16倍高い。[ 27 ]

モリブデン欠乏症は、モリブデンを補充しない完全静脈栄養（完全静脈栄養）を長期間受けた結果としても報告されています。モリブデン欠乏症は、モリブデン補因子欠乏症とほぼ同様に、血中亜硫酸塩および尿酸値の上昇を引き起こします。この原因による純粋なモリブデン欠乏症は主に成人に発生するため、神経学的影響は先天性補因子欠乏症ほど顕著ではありません。[ 28 ]

乳児にみられる先天性モリブデン補因子欠乏症は、モリブデン補因子（前述の複素環式分子）の合成不全症です。モリブデン補因子は、モリブデンを利用する既知のヒト酵素の活性部位でモリブデンと結合します。この欠乏症により、亜硫酸塩と尿酸の濃度が上昇し、神経障害を引き起こします。[ 29 ] [ 30 ]

排泄

モリブデンの大部分は、尿中にモリブデン酸塩として排泄されます。さらに、食事からのモリブデン摂取量が増えると、尿中へのモリブデン排泄量も増加します。少量のモリブデンは胆汁を介して便中に排泄され、また少量は汗や毛髪にも失われます。[ 31 ] [ 32 ]

過剰と銅の拮抗作用

モリブデンの高濃度摂取は、体内の銅の吸収を阻害し、銅欠乏症を引き起こす可能性があります。モリブデンは血漿タンパク質が銅と結合するのを阻害し、尿中に排泄される銅の量を増加させます。反芻動物はモリブデンを高濃度に摂取すると、下痢、発育障害、貧血、無色毛症（毛の色素が抜ける）などの症状を呈します。これらの症状は、食事または注射による銅のサプリメントで緩和できます。[ 33 ]銅欠乏症は、過剰な硫黄によって悪化する可能性があります。[ 19 ] [ 34 ]

銅の減少または欠乏は、鮮やかな赤色の陰イオンであるテトラチオモリブデン酸が銅キレート剤である化合物、テトラチオモリブデン酸アンモニウムによって治療目的で意図的に誘発することもできます。テトラチオモリブデン酸は、動物の銅中毒症の治療に初めて使用されました。その後、ヒトの遺伝性銅代謝障害であるウィルソン病の治療薬として導入され、腸管での銅の吸収と競合し、排泄を増加させる作用があります。また、銅イオンに依存する膜転座プロセスを阻害することにより、血管新生を阻害する効果があることもわかっています。 [ 35 ]これは、癌、加齢黄斑変性、および血管の病的な増殖を伴うその他の疾患の治療法の研究にとって有望な方法です。 [ 36 ] [ 37 ]

一部の放牧家畜、特に牛では、土壌の pH が中性からアルカリ性の場合、牧草地の土壌中のモリブデン過剰によって下痢を引き起こす可能性があります (涙液分泌異常を参照) 。

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