Lecture 3 RBC Energy Metabolism; Hemoglobin Metabolism Rodak 혈액학 Chapter 9, Chapter 10 Elaine M. Keohane, PhD, MLS(ASCP),SH keohanem@shrp.rutgers.edu Rutgers-The State University of New Jersey School of Health Related Professions and Kyung Jin Cho, PhD chokj@korea.ac.kr Korea University, College of Health Sciences Mar 22, 2019

ENERGY METABOLISM and MEMBRANE PHYSIOLOGY of the ERYTHROCYTE Chapter 9 (Rodak혈액학 p114-126) Chapter Author: George A. Fritsma

Mature RBCs의 대사 √ RBC는 골수에서 방출된 후, 24-48시간 내에 리보좀 및 mitochrondria를 소실하여 더 이상 새로운 단백질, 지질 합성이나 산화적대사 (ATP생성)를 못함 적혈구가 생존을 위한 양이온 기울기유지(Na pump)에 필요한 에너지는 무산소해당과정(Embden-Myerhof경로)을 통해 얻어야 120일 수명을 다하고 ATP생성능력이 감소한 노쇠한 RBC는 결국 순환계에서 파괴 됨 Fig 8-10B Rodak BF, Fritsma GA, Keohane EM. Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2012, p 95. Copyright © 2012, 2007, 2002, 1995 by Saunders, an imprint of Elsevier Inc.

RBC의 양이온 기울기 혈색소에 의한 O2와 CO2 교환에는 에너지가 필요 없음 √ RBC는 혈구내 적절한 양이온기울기(cation gradients)유지, 골격변형성 유지, 글루타치온 합성, 막인지질 유지, 기능적 혈색소(Fe++)유지, 세포단백질 산화변성 억제 등을 위해서는 에너지원으로 ATP를 필요로 함 Intracellular: High K+ Low Na+/ Ca++ Extracellular: Low K+ High Na+/ Ca++ K+ Na+ Ca++

√ 해당과정 Breakdown of Glucose 적혈구는 mitochondria 없어 에너지생성에 혈장내 glucose를 이용하는 해당작용에 의존 Glucose 대사의 90~95%는 무산소 상태 하에서의 Embden-Myerhoff 경로를 통해 이루어 짐 Glucose 대사의 5~10%는 유산소 상태 하에서의 Hexose Monophosphate 분로 를 통해 이루어 짐 Fig 9-1 Rodak BF, Fritsma GA, Keohane EM. Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2012, p 105. Copyright © 2012, 2007, 2002, 1995 by Saunders, an imprint of Elsevier Inc.

√ Embden Myerhoff 경로 (EMP) Glucose Fructose 6-phosphate Fructose 1,6-bisphosphate Glyceraldehyde 3-phosphate(G3P) 1,3-Bisphosphoglycerate (1,3-BPG) 3-Phosphoglycerate(3-PG) 2-Phosphoglycerate(2-PG) Phosphoenolpyruvate Pyruvate Lactate Glucose 6-phosphate (G6P) ADP ATP + 2 ATP - 1 ATP 3 1 4 2 6 5 7 9 8 10 Dihydroxyacetone phosphate(DHAP) NADH NAD Hexokinase Phosphofructokinase Phosphoglycerate kinase Pyruvate kinase √ 무산소상태 하 해당(혈장 포도당)작용 √ 포도당 대사의 ~90-95%는 EMP 통해 √ 2 ATP분자 생산 (4 ATP생성-2 ATP소비) Enzymes 1 Hexokinase 2 Glucose phosphate isomerase 3 Phosphofructokinase 4 Fructo biphosphate aldolase 5 Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase 6 Phosphoglycerate kinase 7 Phosphoglyceromutase 8 Phosphopyruvate hydratase (enolase) 9 Pyruvate kinase 10 L-Lactate dehydrogenase

유전 비-구형 용혈빈혈 (HNSHA)과 관련 된 효소결핍: EMP에서의 효소 결핍 Stage I Dihydroxy acetone phosphate Glucose Fructose 6-phosphate Fructose 1,6-bisphosphate Glyceraldehyde 3-Phosphate 1,3-BisphosphoGlycerate 3-Phosphoglycerate 2-Phosphoglycerate PhosphoEnolpyruvate Pyruvate Lactate Glucose 6-phosphate 3 1 6 9 (환원) 유전 비-구형 용혈빈혈 (HNSHA)과 관련 된 효소결핍: 1 Hexokinase* 3 Phosphofructokinase* 6 Phosphoglycerate kinase** 9 Pyruvate kinase* * Autosomal recessive ** X-Linked (- 1 ATP) (- 1 ATP) Stage II (+ 2 ATP) Stage III √ Pyruvate kinase 결핍증: - G6PD결핍 다음으로 많이 나타나는 결핍증상 - 혈구(세포질) 내 K+소실과 Na+축적 - 결과적으로 HNSHA* 유발 - Burr cells 나타나기도 함 √ (+ 2 ATP) *: hereditary non-spherocytic hemolytic anemia (유전비구형용혈빈혈)

Hexose Monophosphate 분로 (HMS) 1 Glucose Fructose 6-P Fructose 1,6-biP Glyceraldehyde 3-P 1,3-bisP-Glycerate 3-P-Glycerate 2-P-Glycerate P-Enolpyruvate Pyruvate Glucose 6-P Lactate √ G-6-P-D* NADPH NADP Glutathione Reductase √ 환원형 Glutathione (GSH) Glutathione Peroxidase 6-P-Gluconate Ribulose 5-P Nucleotide Metabolism √ 과산화물 해독 산화제로부터 혈색소 철의 산화 방지 H202 산화형Glutathione (GSSG) √ 유산소 상태하 해당작용; ~5-10% Glucose to HMS; 산화stress는 HMS활성 증강 H20 EMP: 해당작용의 5-10% 2 Formation of 5 Carbon Sugars √ Glucose-6-Phosphate Dehydrogenase결핍: 가장흔한 효소결핍 - X 염색체 상 G-6-PD유전자돌연변이가 결핍원인 - G-6-PD 결핍: Hb (철)이 산화되어 methemoglobin으로 전환 - Hb 산화는 글로불린 변성으로 혈구막에 침전: Heinz Bodies - RBCs 수명감소(용혈)로 인한 빈혈 발생 해당작용의 90-95%

Methemoglobin Reductase Pathway 헴철은 산소와 과산화물에 항상 노출 즉, 과산화물은 헴철 산화시켜 MetHb(Fe3+) 생성 HMS에서 NADPH가 Hb산화를 막을 수 있지만, 일단 형성된 MetHb을 환원시키는 것은 매우 비효율적 임 그에 비하면, MetHb환원(Cytochrome b5환원)효소는 NADH가 산화되면서 떨어져 나온 H+를 이용하여 metHb (Fe3+헴철)을 Hb(Fe2+ 헴철)로 효율적으로 환원시킴 Glucose Fructose 6-P Fructose 1,6-biP Glyceraldehyde 3-P 1,3-biP-Glycerate 3-P-Glycerate 2-P-Glycerate P-Enolpyruvate Pyruvate Glucose 6-P Methemoglobin Reductase (Cytob5 R) NADH NAD Hemoglobin (Fe+2) Methemoglobin (Fe+3) Lactate √ Keeps Hb in reduced form GPDH 1 Enzyme 1 Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase

Rapaport-Luebering Pathway BPG mutase가 1,3-BPG를 2,3-BPG로 이성체화(①) 2,3-BPG는 Hb의 O2 결합부위에 결합하여 O2를 조직으로 밀어 냄 (즉, 혈색소분자의 조직에 산소운반능력 증강) - 1,3-BPG의 2,3-BPG로의 전환은 2개의 ATP생성을 희생하고, 그에 더하여 그 하류의 PK수준에서의 ATP 생성도 희생하여, 4개의 ATP생성이 억제 됨 Glucose Fructose 6-P Fructose 1,6-biP Glyceraldehyde 3-P 1,3-bisP-Glycerate Glucose 6-P 3-P-Glycerate 2-P-Glycerate P-Enolpyruvate Pyruvate Lactate 2,3-Bisphosphoglycerate (2,3-Diphosphoglycerate) 1 2 ATP deficiency * √ 2,3-BPG는 Hb결합부위에서 O2 와 경합하고, Hb로부터 조직으로 O2 방출 촉진 (2,3-BPG) ATP deficiency Enzymes 1 Biphosphoglycerate mutase 2 Biphosphoglycerate phosphatase

RBC Membrane

RBC Membrane Function (적혈구막 기능) √ 적혈구의 biconcavity 기능 적혈구 변형능력 (deformability): 작은 내경의 혈관도 통과하려면 적혈구가 변형할 수 있도록 양면오목성이 필요 함 보다 넓은 표면 유지하고, 효율적 가스교환(적혈구 중심에 위치한 혈색소도 막 가까이의 산소와 접할 수 있도록) 위해 세포질과 세포외액(혈장) 사이에 경계(벽)를 제공 기능 Glucose, ions, 가스, 기타 화합물 등의 운반 기능 표면항원과 수용체를 위한 구조 제공 기능

RBC막 변형성(능력)에 영향을 미치는 요인 Discoid shape: 변형능에 유리 Elasticity of membrane RBC막은 라텍스막보다 탄력성이 100배 높음; RBC막의 인장강력은 강철보다 높음 세포질 점도(viscosity) 세포질 점도는 Hb농도(MCHC)에 따라 좌우 됨 (MCHC >36% 이면, deformability 감소, MCHC 증가할 수록, 세포질점도 증가) MCHC> 36%이면, 적혈구의 변형성은 감소하고, 수명은 단축 적혈구노화: 막 표면적 감소로 MCHC증가하고, 비장통과 못하고, 대식세포에 의해 파괴 됨

RBC막 구조 √ Lipid bilayer: 인지질, cholesterol, 지방산으로 구성. 막 효소는 막과 혈장 내 콜레스테롤의 정기적 교환을 통해 막 내에서는 일정한 콜레스테롤 농도유지 RBC막에 단백, 당단백, 당지질 등이 침투 (8% 탄수화물; 52% 단백질; 40% 지질로 구성 ) 단백 세포골격: 적혈구막 바로 아래쪽에 단백골격 위치 RBC막은 유동성과 신축성 © 1998 – 2008 by the Rector and Visitors of the University of Virginia http://www.med-ed.virginia.edu/courses/path/innes/rcd/hemo.cfm Phospholipids: Hydrophilic heads Hydrophobic Acyl tails Cytoskeleton

RBC Membrane Phospholipids 적혈구막 내 Cholesterol-PL 비: 막의 변형성 유지를 위해 막효소에 의해 동량으로 균형이룸 √ 인지질의 비대칭(asymmetry)분포: 적혈구형태유지에 도움 [phosphatidylcholine, sphingomyelin: 바깥층에 더 많이 분포 phosphatidylserine(PS), phosphatidyethanolamine(PE): 안쪽 더많이 분포] 노쇠한 적혈구에서는, PS이 혈구 막 밖으로 튀어나가, 많이 분포하면, PS수용체가 발현된 MØ가 노쇠적혈구 탐식 간질환(담즙산↓): 혈구막 cholesterol↓로, 탄력성↑target cell 출현 (중성) PhosphatidylCholine, Sphinogphospholipid 성분 더 많이 분포 PE, PS 성분이 더 많이 분포; Sickle cell A., thalassemia, old RBC에서 PS flips out Outer Plasma Layer Inner Cytosol Layer (극성)

RBC Membrane Proteins Transmembrane(막관통)단백 vs Skeletal(골격)단백 Fig 9-2 Keohane EM et al. Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2016, p 118. Copyright © 2012, 2007, 2002, 1995 by Saunders, an imprint of Elsevier Inc. Proteins: 지지구조 수용체 Ion 펌프 효소 항원

막관통 단백질 (Integral Proteins) 혈구막 내에 존재하는 단백 운반, 부착, 신호전달수용체 기능 √ 세포골격과 지질막을 연결 √ Glycophorins(A,B,C,D) 가장 풍부 한 막 성분 √ sialic acid : RBC표면을 음전하로 √ Band 3 (음이온 채널) Chloride channel ABO, Rh 항원과 관련 막관통단백과 골격단백과 결합 이상: 수직적 결함으로 인한 혈구막 소실 (spherocyte생성으로 용혈 현상)

- 막관통단백은 세포골격단백인 4.1R 나 Ankyrin와 결합 Transmembrane Proteins – cont’d - 막관통단백은 세포골격단백인 4.1R 나 Ankyrin와 결합 √ 막관통단백은 수직적 지지 (지질막과 바로 밑의 세포골격 연결: 막의 소실 억제) - PI(phosphatidylinositol): 당 성분들로 glycan core 형성의 시발점으로 GPI anchor를 형성. (CD55, CD59 표면단백은 GPI anchor에 연결되어 보체공격으로 부터 혈구보호). PNH: PIGA유전자 결함으로 GPI형성 실패하여, 막 표면에 CD55, CD59 결여: “ 보체매개 용혈” 유발 Fig 9-2 Rodak혈액학, 5th , 범문에듀케이션, 2019, p 121.

골격단백(skeletal protein): Peripheral Proteins 혈구막 바로 밑에 존재 하면서 세포형태를 유지하는 단백성분 세포골격 구성 Spectrin Ankyrin Actin Protein 4.1 Others Fig 9-2 Keohane EM et al. Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2016, p 118. Copyright © 2012, 2007, 2002, 1995 by Saunders, an imprint of Elsevier Inc.

Spectrin  와  subunits이 hetero-dimer의 섬유형태로 서로 감긴상태로 평행하게 뻗어 있음 √ 가장 주된 세포골격단백  와  subunits이 hetero-dimer의 섬유형태로 서로 감긴상태로 평행하게 뻗어 있음 서로 꼬인형태로 정렬된 이형이합체가 서로 머리를 맞대어 이형사합체를 형성 세포막 단편화를 막기 위해 수평적 지지와 기계적 안정성을 제공 함 Fig 9-2 Keohane EM et al. Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2016, p 118. Copyright © 2012, 2007, 2002, 1995 by Saunders, an imprint of Elsevier Inc.

Spectrin – Cont’d 서로 붙들어주는 다른 골격단백들과 함께 이차원격자를 형성하고 막통과 단백(transmembrane)과 연결하여 혈구 형태를 유지 함 Fig 9-4. Keohane EM. Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2016 p 119. Copyright © 2012, 2007, 2002, 1995 by Saunders, an imprint of Elsevier Inc.

기타 골격단백 (Other Skeletal Proteins) Ankyrin에 의해 Spectrin  chain이 band 3에 결합 됨 Spectrin은 protein 4.1과 actin에 의해 glycophorin에 결합 됨 Spectrin 이량체-이량체 결합 이상이나, spectrin-ankyrin-P4.1R 결합의 유전적 이상: 유전타원적혈구증 유발 Fig 9-2. Keohane EM. Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2016, p 118. Copyright © 2012, 2007, 2002, 1995 by Saunders, an imprint of Elsevier Inc.

삼투평형과 투과성 √ ATP 결핍 또는 막 손상 시: 삼투용혈 유발 막 투과성 (Membrane permeability) 세포막은 Na+, K+, Ca++같은 양이온에는 불투과성을 보이지만; 수분과 음이온(HCO3-, Cl-)은 막을 경계로 혈장과 세포질 간의 자유로운 출입 허용 (막 투과성). Aquaporin 1은 세포 내 삼투압변화에 대응하여 막에 채널을 만들어 세포 내로 수분유입을 허용 ATP의존 능동적 운반 (Active Transport) Na+/K+pump : 세포내 높은 K+농도(12:1)와 낮은 Na+농도(25:1)유지; Ca++pump: 세포내 Ca++농도 낮추려 세포 외로 배출 √ ATP 결핍 또는 막 손상 시: 삼투용혈 유발 보다 많은 Na+이 세포 내 유입 Na+ 증가 와 함께 수분의 세포 내 유입증가 세포는 팽창되어, 결국 용혈 유발

Hemoglobin Metabolism Chapter 10 (Rodak혈액학 p127-140) Chapter author: Keohane EM

Hemoglobin – spherical molecule (multi-subunit complex- 4차 구조) HbA1c: 번역후 변형으로 β-사슬 N말단 valine에 glucose가 부착; 적혈구수명에 따라 최근2~3개월 정도의 혈당변화(관리)를 반영; 일반적으로 Hb A의 4-6%; 혈당조절 안될 때: HbA1c 증가 Fig 10-4 Keohane EM, et al., Rodak Hematology, 5th Ed. , 2016 p127

Hemoglobin Structure √ Hemoglobin: 4 Polypeptide chains + 4 Heme (Protoporphyrin IX + iron) Fig 10-1 Keohane EM, et al., Rodak Hematology, 5th Ed. , 2016 p125

√ Heme = Protoporphyrin IX + Iron Biliverdin √ √ Heme은 중심부에 Fe++ 하나를 함유하는 Protoporphyrin IX 임 Fig 10-2 Keohane EM, et al., Rodak Hematology, 5th Ed. , 2016 p125

혈색소 발생-Polypeptide Chains √ 각 글로불린 사슬은 141(α계열)~146(β계열)개 아미노산으로 구성 각 글로불린 사슬은 그리스어로 표시 됨 각 polypeptide의 접혀진 3차구조는 heme이 위치할 pocket을 형성 Symbol (gene) Chain # amino acids  Alpha 141  Beta 146 A Gamma A* G Gamma G*  Delta  Epsilon  Zeta A has alanine in pos 136; G has glycine in position 136 Table 10-1 Keohane EM, et al., Rodak Hematology, 5th Ed. , 2016 p125

√ 정상혈색소 Hemoglobin A (2, 2 ) Hemoglobin A2 (2, 2 ) 2  와 2  글로불린사슬 성체(Adult)의 주요 혈색소 Hemoglobin A2 (2, 2 ) 2  와 2  글로불린사슬 Hemoglobin F (2, 2) 2  와 2  글로불린사슬 태아의 주요 혈색소

√ 혈색소 발생- Heme합성과정 ① ② ③ ④ Fig 10-5 Keohane EM, et al., Rodak Hematology, 5th Ed. , 2016 p128

Heme 합성 Chemistry ① ② ③ ④ √

Hemoglobin 합성 Globin 합성 Mitochondria Cytosol Fig 10-5 Rodak혈액학, 5th Ed. , 범문에듀케이션, 2019 p131 Globin 합성

혈색소 발생 – 글로빈 사슬 유전자 √ Alpha(α)와 zeta(ζ) 유전자는 16번 염색체 상에 위치 Epsilon(ε), gamma(γ), delta(δ), beta(β) 유전자는 11번 염색체상에 Alpha(α)계열사슬과 beta(β)계열사슬은 동일한 양으로 생성 됨 한 개 복사본 유전: β, δ, ε, ζ유전자는 염색분체에 복사본이 하나 씩 (2배체 체세포에 2개 복사본) √ 두 개 복사본 유전: α-,γ-유전자는 염색분체에 복사본이 두 개씩 (2배체 체세포에 4개 복사본) http://www.med-ed.virginia.edu/courses/path/innes/images/rcdgifs/thala2.gif © 1998 – 2008 by the Rector and Visitors of the University of Virginia

혈색소(Heme, Globin) 생성 조절 혈색소생성 조절은 헴 조절과 글로빈 조절을 통해 이루어 짐 헴조절에서 heme은 음성 되먹이기전 통해 미토콘드리아내 ALA 합성효소 전사 억제; 세포질내 ALA 탈수소효소나 PBG 탈아미노효소 억제; 철결합효소 역시 음성되먹이 기전으로 heme 생성 억제. 한편, ALA합성효소 증가는 heme생성 증가 √ 과도한 글로빈사슬, Protoporphyrin IX, 철의 생성은 세포 상해 초래; ∴ 글로빈과 헴은 균형적 생산 위해 정확히 조절되어야 함 글로빈 생산조절은 전사인자들과 DNA서열 (promoter, enhancer, silencer 등)과의 상호작용에 의해 일어 남 (글로빈유전자 전사에는 promoter서열, KLF1 전사인자; GATA1, TAL1 전사인자, LCR enhancer영역이 요구 됨) 헴 수준이 낮으면, 번역 개시단계의 글로빈 mRNA번역을 억제 함

Aminolevulinic Acid (ALA) Protoporphyrin IX + Fe2+ Hemoglobin Synthesis Protoporphyrinogen IX Heme Porphobilinogen (PBG) Hydroxymethylbilane Uroporphyrinogen III Coproporphyrinogen III Succinyl CoA + Glycine Aminolevulinic Acid (ALA) 11 dimer + Heme Hemoglobin tetramer Mitochondria Protoporphyrin IX + Fe2+ 1 2 3 4 5 6 7 8 22 dimer + Heme Enzymes 1 Aminolevulinic acid (ALA) synthase 2 ALA dehydratase 3 PBG deaminase 4 Uroporphyrinogen III synthase 5 Uroporphyrinogen decarboxylase 6 Coproporphyrinogen oxidase 7 Protoporphyrinogen oxidase 8 Ferrochelatase Heme

조혈과 Globin사슬 생성 (A) Fig 10-6A Keohane EM, et al., Rodak Hematology, 5th Ed. , 2016 p129

조혈과 Globin사슬 생성 (B) √  -  switching: 출생 후 2-3 months - 전환 임신 후반기에서 출산 직전  chain 합성 감소 시작 출생 후  chain 합성 증가 시작 √  -  switching: 출생 후 2-3 months Fig 10-6B Keohane EM, et al., Rodak Hematology, 5th Ed. , 2016 p129

혈색소(Globin Chain)생성의 연대기 배아기 < 3 개월 태아기 6 개월 √ 출생 영아 √ 성인 √ 배아기 혈색소: Gower 1 (22) Gower 2 (2 2) Portland (2 2) Present Absent √ 태아혈색소, Hb F (2 2) > 90% 60-90% 1-6% < 2% √ 성인혈색소 Hb A (2 2) < 5% < 10% 10-40% > 95% Hb A2(2 2) < 1% 1.5-3.5% < 3.5%

√ Hemoglobin – 참고범위 남자: 14.0-18.0 g/dL (140-180 g/L) Hb 수준은 나이와 성별에 따라 차이 남 √ 남자는 testosterone때문에 여자보다 혈색소농도 높음 태아와 신생아는 높은 혈색소농도 나타냄 태아에서는 Hb F is가 주요 혈색소 임 √ Hb F 는  O2 친화성 높아  조직에 O2 공급효율 떨어짐 낮은 O2 분압(hypoxia)   EPO  BM가 많은 RBCs 생성

Hemoglobin 기능 조직에 산소운반 혈색소분자 내 Iron(Fe++)이 O2 운반 √ Active hemoglobin – 환원상태의 철 Fe2+ , “ferrous” Inactive hemoglobin – 산화상태의 철 Fe3+ , “ferric”

Hemoglobin Function – Cont’d 폐에서 산소를 취득 조직에 산소를 공급 √ heme은 산소1분자를 결합 (Hb은 4분자의 산소를 운반; 1g Hb은 1.34mL O2운반) Hgb는 “폐”에서는 산소를 신속하게 취득하기 위해 높은 산소친화성을 가져야 함 Hgb는 “조직”에서는 산소를 쉽게 방출하도록 낮은 산소친화성을 가져야 함 Lung Tissues

혈색소분자의 산소친화도 - P50로 표현 √ 혈색소의 산소친화도는 산소분압(pO2)에 좌우되며, P50 value로 정의 되며, 산소해리곡선으로 설명 됨 In Lungs: O2  Hb의 산소친화도  Hb는 신속하게 산소 결합 (Hb의 O2 산소포화도 ) In Tissues: O2  Hb의 산소친화도  Hb는 신속하게 산소방출 (Hb의 O2 산소포화도  ) 27 √ P50: Hb분자의 50%를 포화시키는데 필요한 산소의 양(pO2 ) 산소분압에 대한 혈색소분자의 산소포화정도를 나타내는 곡선 O2 affinity of Hb depends on the pO2 pO2 ↑ : Oxy saturation ↑ 50% Hb saturated – p50 (A:27mm-50%, B:65% C:32%) Disso curve moves according to pH (Bohr Effect) Tissue –shift to the right

2,3-BPG는 탈산소의 긴장상태: Hb tetramer의 안정화 2,3-BPG 는 R상태를 지원 산소친화성  보다 적은 O2 를 조직에 방출 In the deoxygenated state, the Hb tertramer assumes a tense or (T) conformation that is stabilized by the binding of 2,3-BPG between two beta-chains – the salt bridge between the phosphates of 2,3-BPG and (+) charged groups on the globin chains. As Hb binds 02 moleuclues, Hb tetramer conformation changes at the alpha1-beta2 contact point , a disruption of salt bridges and release of 2,3-BPG √ √ 2,3-BPG 는 T 상태를 지원 산소친화성  보다 많은 O2 를 조직에 방출 Fig 10-8 Rodak BF, Fritsma GA, Keohane EM. Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2012, p 122. Copyright © 2012, 2007, 2002, 1995 by Saunders, an imprint of Elsevier Inc.

pH강하는 Salt Bridge형성 지원  “T” Form 탈산소 상태에서 β1, β2 글로빈 사슬 틈 사이에 2,3-BPG 결합 허용  [H+] or  pH 는 “T” 상태 지원 O2 친화성 보다 많은 O2 를 조직에 방출 해리곡선을 우방이행 [H+] or  pH 는 “R”상태지원 O2 친화성 보다 적은 O2 를 조직에 방출 해리곡선을 좌방이행 Bohr Effect Fig 10-8 Rodak BF, Fritsma GA, Keohane EM. Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2012, p 122. Copyright © 2012, 2007, 2002, 1995 by Saunders, an imprint of Elsevier Inc.

혈색소의 산소해리곡선 [산소해리곡선 이동요인] A = Normal C = 우방이행 혈색소의 O2 친화성  (P50 높아짐) 조직에 O2 방출  B = 좌방이행 혈색소의 O2 친화성  (P50 낮아짐) 조직에 O2 방출  A = Normal 27 18 32 Hemoglobin Oxygen Dissociation Curve represent the amount of oxygen (pO2) needed to saturate 50% of the hemoglobin [산소해리곡선 이동요인] pO2 Bohr 효과: 혈액의 pH변화에 기반하여 해리곡선이 이동 2,3-BPG 체온, Fig 10-7 Rodak BF, Fritsma GA, Keohane EM. Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2012, p 121 Copyright © 2012, 2007, 2002, 1995 by Saunders, an imprint of Elsevier Inc.

태아에서 해리곡선 좌방이행 태아기: 해리곡선 좌방이행 Hb F는 태반 통해 모체혈액으로부터 산소를 공급받기 위해 O2 친화성: 산소운반 효율↓, ∴ 태아는 보다높은 Hb농도유지 Hb F의 p50: 19-21mmHg 성인에서, Hb F 증가는 Hb A만큼 효율적으로 조직에 산소공급을 못해, 조직 저산소증 유발 가능

RBC의 CO2 수송: √조직 CO2 수송의 85% Bohr 효과 in Tissue Bohr 효과 in Lung In the tissue: H+ binds to HbO2, resulting in the release of O2 due to the Bohr Effect In the lung: O2 binds HHb(deoxygenated Hb) due to the high O2 tension HbO2: 산소결합 상태의 Hb, HHb: 탈산소 상태의 Hb √Chloride Shift: 적혈구와 혈장 사이에서 혈구막을 가운데 두고, 막평형을 위해 HCO3-와 Cl- 가 서로 교환되는 현상

Hb의 NO 수송 변이Hb – Methemoglobin Hb는 내피세포가 분비하는 NO를 결합, 비활성화, 운반 기능 있음 O2분압 높을 때: Hb는 NO 결합하여 불활성화, 혈관수축,혈류감소 O2분압 낮을 때: Hb는 NO 방출하여 혈관확장, 혈류증가 변이Hb – Methemoglobin 혈색소가 산화되어, 3가 철(Fe+++) 상태의 혈색소 효율적으로 산소운반 못 함 가역적 반응 정상적으로 전체 혈색소의 1% 미만 >30% metHb이면√cyanosis (bluish discoloration of skin) >50% : 혼수상태, 사망에 이름 MetHb이 나타나는 경우: 과다한 산화물, 메트혈색소환원효소활성 감소, 유전 Hb M 질환

변이Hb – Sulfhemoglobin(황혈색소) 약물(sulfonamide등) 에 의한 혈색소의 산화 황화수소(H2S)와 Hb의 결합으로 생성 비가역적 반응 혈색소와의 친화도: O2 에 비해 100배 약함 √ 황혈색소 증가는 cyanosis유발 가능 황혈색소가 나타나는 경우: Sulfonamides, Phenacetin 투여 시

변이 Hb - Carboxyhemoglobin Hb과 일산화탄소(CO)와의 결합: HbCO √ CO의 Hb와의 친화도는 O2 와의 친화도에 비해 240배 강함 결합반응은 가역적 임 혈액 색갈은 cherry red color CO노출은 치명적일 수 있음 (침묵의 살인자-무색, 무취) 정상적으로 HbCO 전체혈색소의 0.8% 미만 20-30% HbCO : headache, dizziness > 50% HbCO : coma and convulsions HbCO가 나타나는 경우: 흡연가 (4-20% HbCO), 오염물질, 자동차배기가스, 가정 난방 시스템, 화재발생 시