헤모글로빈
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화학식: C3032H4816O872N780S8Fe4
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Hemoglobin/haemoglobin(영국식)
1. 개요
무척추 동물의 경우에서 개불이나 피조개같은 드문 경우도 있지만, 대부분은 어류에서 포유 동물에 이르는 척추동물의 적혈구 속에 다량으로 들어 있는, 철분이 포함된 단백질이며, 일반적으로 혈액 1 μL에 4~500만개의 적혈구가 있고 한 개의 적혈구 안에 2억 8천만개 정도의 헤모글로빈이 들어있다.[2]
2. 상세
골수의 적아 세포(赤芽 細胞)에서 합성되며 간과 비장에서 분해된다. 적혈구가 죽으면 헤모글로빈도 역시 파괴되는데 이때 포르피린고리가 쓸개즙 색소(빌리루빈)로 배출된다. 수명은 약 120일 정도이며 분자량은 약 64,500이다. 헤모글로빈의 양을 기준으로 빈혈을 진단한다. 헤모글로빈이 부족하다면 철분보충제나 혹은 철분이 많이 든 음식을 많이 섭취하는게 좋다. 그렇지만 웬만하면 정상적인 식생활로 보충이 가능하며[3] 과다한 철 섭취는 철 중독을 일으킬 수 있다.[4]
철을 포함한 포르피린 고리와 단백질의 일종인 글로빈[5]을 포함한 헴(heme)이라는 구조 4개가 모여 이루어 지는데 철원자 1개에 대해 한 분자씩의 산소가 결합하므로, 헤모글로빈 한 분자에는 산소 4분자가 결합한다.[6] 이 철 원자로 인해 피가 붉은색을 띈다. 이 포르피린 고리는 식물의 광합성을 하는 엽록소에도 있는 것과 같은 것이데 엽록소는 철 대신 마그네슘 원자가 들어 있다. 그래서 식물 특히 식물성 플랑크톤의 성장에도 철이 미량원소로 필요하다.
한편 헤모글로빈의 단백질 구조에 이상이 생기면 겸상 적혈구 증후군이 일어나며 적혈구의 모양의 변화와 함께 산소운반능력이 약해진다. 자세한 것은 항목을 참조.
주 역할은 생체 내에서 산소를 운반하는 일을 한다. 산소가 풍부한 폐나 아가미에서는 산소와 결합하고, 산소가 희박한 조직에 이르면 산소를 떼어낸다. 보어 효과(Bohr effect)에 따라서 산소의 방출은 pH가 낮아질수록 촉진되므로, 이산화탄소가 많고 pH가 낮은 말초조직에서는 산소를 보다 쉽게 떼어낼 수 있다. 이산화탄소가 혈장 속에 탄산의 형태로 녹아 폐로 운반되어 폐호흡으로 체외에 방출되면 pH는 다시 원상태로 돌아가고 헤모글로빈은 다시 산소와 결합한다. 한편 일부 헤모글로빈은 이산화탄소와 직접 결합하여 운반하기도 한다.
흔히 우리가 피부와 가깝게 분포되어있는 정맥의 색깔이 파란색이라서 정맥혈은 파란색이라 생각하기도 하는데 단지 정맥혈에선 헤모글로빈이 산소와 덜 결합했기 때문에 암적색을 띄고 이게 피부 색깔의 영향을 받아 약간 푸르스름하게 보이는 것 뿐이다.[7] 반대로 헤모글로빈의 산소포화도가 높은 동맥혈은 선홍색을 띤다.
헤모글로빈이 일산화탄소(CO)와 결합하면 카복시헤모글로빈이 되어 산소 운반능력을 상실한다. 산소보다 헤모글로빈 친화력이 200배 이상 좋아서 대기 중 이산화탄소 농도인 400ppm의 일산화탄소에 계속 노출될 경우 생명이 위험하다.[8] 친화력이 좋기 때문에 중독된 환자에게 즉시 신선한 공기를 공급하더라도 카복시헤모글로빈 반감기가 3~4시간이나 걸려서 조직의 산소부족은 계속된다. 따라서 초기에 발견한 것이 아닌 이상 대부분 사망하거나 후유증을 앓는다. 그래서 고안된 고압산소요법의 경우 반감기가 15~20분 정도로 단축되며, 무엇보다 3기압 산소의 경우 혈장에 6.6% 녹을 수 있어서 헤모글로빈 도움 없이도 조직에 산소를 공급할 수 있다.
전체 혈액속 헤모글로빈중 0.1~2% 정도는 헤모글로빈의 철 이온이 산화하여(Fe2+에서 Fe3+로 됨) 산소결합 능력을 잃어버려 가스교환이나 운반등의 아무런 작용을 하지 않는 부류가 존재하는데 이것을 메트헤모글로빈이라고 한다. 정상수치는 1~2%이고, 수치가 15% 이상 되면 메트헤모글로빈혈증으로 진단된다. 심한 메트헤모글로빈혈증 환자의 경우 피가 파란색으로 보이는 경우도 있다. 50% 이상이면 발작 또는 혼수상태에 빠지고, 70% 이상이면 사망한다. 허나 개똥도 약에 쓰인다고, 시안화수소 중독이나 청산가리 해독제 작용과정에서 아주 중요한 역할을 맡는다.[9] PK결핍증이나 G6PD결핍증처럼 유전적으로 적혈구의 해당 과정이나 글루타티온 환원에 문제가 있을 경우 메트헤모글로빈 비율이 증가한다. 메트헤모글로빈혈증 치료는 메틸렌 블루(methylene blue) 1% 용액을 1~2mg/kg 농도로 5분에 걸쳐 정맥주사하여 치료한다. 만약 1시간이 지나도 정상수치를 훨씬 상회할 경우 다시 메틸렌 블루 1% 용액을 같은 농도로 5분에 걸쳐 정맥주사한다. 선천적인 만성 저농도 메트헤모글로빈혈증 환자의 경우 매일 메틸렌 블루를 경구투여해서 치료한다.
후천적인 발생원인 중 대표적인 것으로는 벤조카인(Benzocaine) 성분이 들어있는 치통 진통제를 복용한 후 드물게 수 분에서 1~2시간 이내에 나타나는 경우가 있다. 이 때문에 벤조카인 성분이 들어가 있는 많은 약의 사용설명서에는 메트헤모글로빈혈증 경고문이 있다. 대표적인 사례#. 이 사례에서는 당시 '''메트헤모글로빈의 혈중농도 44%, 산소포화도 67%'''였다고 한다.
적혈구가 파괴되면 이 헤모글로빈이 혈액 상으로 유출되는데, 이 헤모글로빈이 간을 거쳐서 여러 과정을 거쳐 변하면 빌리루빈(Bilirubin)이 된다.[10] 이 빌리루빈은 쓸개에서 나오는 담즙의 주요 구성성분이 되며, 또는 소장으로 재흡수되어 대장의 세균에 의해 우로빌리노겐(Urobilinogen)으로 변한다. 우로빌리노겐은 다시 우로빌린(Urobilin)으로 변해서 오줌을 통해 배출되거나 또는 똥과 같이 배출된다. 사실 똥의 주요 색깔은 이 성분 때문에 갈색으로 띠는거지 박테리아 자체로 이런 색을 내는게 아니다.
헌혈을 하기 전 손가락 끝에서 혈액을 살짝 채취하여 헤모글로빈과 철분 수치를 측정하는데, 이 때 기준치(전혈은 12.5, 혈장헌혈과 혈소판 헌혈은 12.0)보다 낮으면 헌혈할 수 없다.
3. 관련항목
[1] 원자 수만 9512개다.[2] 일반인 성인의 경우 5~6 L의 혈액을 가지고있으니 이 안에 포함된 헤모글로빈 분자 수는 대략 6~9천경 개 정도인데, 이는 분자량을 고려했을 때 6.4 g~9.6 g 에 해당된다.[3] 위의 화학식에서도 나오지만 철 원자는 1개 헤모글로빈 당 4개만 있으면 된다. 그러나 그 4개가 없다면 헤모글로빈을 만들 수가 없어서 빈혈에 걸리게 된다.[4] 흔히 철분이 함유되었다고 알려진 시금치는 사실 철분이 그렇게 많이 든 음식이 아니다. 철분을 섭취하고 싶다면 선지국이나 순대를 먹는 것이 좋다.[5] α-글로빈과 β-글로빈이 있는데, α-글로빈 2개와 β-글로빈 2개가 헤모글로빈을 이룬다. 태아는 모체로부터 산소를 쉽게 공급받기 위하여β-글로빈 대신 그보다 산소 친화력이 더 높은 γ-글로빈으로 헤모글로빈을 구성한다.[6] 상기된 헤모글로빈의 개수에다 적혈구의 개수까지 곱해 보자. 지금 이 순간 여러분의 신체에서 소비하고 있는 산소 분자의 양을 감을 잡을 수 있을 것이다.[7] 사람 피부는 피부 표면과 앝은 곳의 모세혈관, 멜라닌 색소 때문에 핑크빛에서 검정에 가까운 진한 갈색까지 여러 가지로 보이지만, 자체는 살짝 푸르스름하다. 피부 색이 밝은 사람이 수염 깎은 자리가 푸르게 보이는 것은 아직 피부 안에 있는 검은 수염이 피부를 거쳐 비쳐 보이기 때문이다.[8] 정상적인 혈액에서 카복시헤모글로빈의 비율은 약 0.5%이며 흡연자의 경우 몇 배 더 높다. 400ppm에서 1시간 있으면 10%에 도달하며, 이 비율이 목숨에 영향이 없는 마지노선이다.[9] 아질산염, 시안화중독 치료시 헤모글로빈을 강제로 메트헤모글로빈으로 전환시켜 시안화물의 결합과 시아노메트헤모글로빈의 형성을 가능하게 하고 이 시안화물 부가 형성의 직접적인 목표는 사이토크롬에 무료 시안의 결합을 방지하는 것.[10] 똥이 갈색인 이유가 이 빌리루빈이 변으로 배출되기 때문이다.