4. 혈색소 주성분: 단백질(색소). 철(4분자. Fe + O2) 분포: 적혈구의 1/3

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1 4. 혈색소 주성분: 단백질(색소). 철(4분자. Fe + O2) 분포: 적혈구의 1/3
    분포: 적혈구의 1/3     임상적 의의: Anemia, polycythemia 진단 1. 혈색소의 구조와 종류      혈색소 = globin + heme 이 결합 ( Hb = 4 heme + 1 globin)     분자량-- 68, 차구조(구형 분자구조)    1) Heme = 철 이온(Fe++) + protoporphyrin이 결합된 화합물         * protoporphyrin-- 4개의 pyrrol 고리(C4H5N) 가짐 * 산소 4분자와 가역적으로 결합, 주성분은 철, 유색색소 2) Globin = * 다수의 아미노산이 polypeptide chain을 형성                   * 한 분자의 globin은 4개의 polypeptide chain으로 구성           * 4개의 polypeptide chain-- 같은 2개의 사슬(α-chain과 β-chain)로 구성                        이 두 사슬은 이온결합과 수소결합으로 연결되어 있다.     

2 * α-chain-- 141개의 아미노산으로 구성. 
                    유전자는 chromosome 16번째 short arm에 위치      * β -chain-- 146개의 아미노산으로 구성.                      유전자는 chromosome 11번째 short arm에 위치   3) 혈색소의 분자구조:         Heme + 1개의 polypeptide chain         2가의 철은 α-chain의 58번, 87번 histidine과 β-chain의 63번, 92번 histidine에 결합(그림) 4) 혈색소의 종류        globin을 구성하고 있는 amino acid의 종류에 따라       ① 배아혈색소(Embryonic hemoglobin): 임신 2개월 전에 출현            Gower I(ζ2ε2)-- 2개의 zeta(ζ) chain(α-like globin chain)과 2개 의 ε-chain으로 표시            Gower II(α2ε2)-- 2개의 α-chain과 2개의 ε-chain

3 2개의 α-chain과 2개의 γ-chain으로 구성(α2γ2) 태생기 3개월--최대, 출생 3- 6 개월 후-- 최소
  ② 태아혈색소(Fetal hemoglobin,Hb-F): 2개의 α-chain과 2개의 γ-chain으로 구성(α2γ2)           태생기 3개월--최대,  출생 3- 6 개월 후-- 최소           Hb-A보다 산소와의 친화력이 강하다.      ③ Hb-A1(정상성인)-- 2개의 α-chain, 2개의 β-chain(α2β2) -- 전체 중 95-98%           Hb-A2-- 2개의 α-chain, 2개의 δ-chain(α2δ2)--전체 중 2-3%             (전기영동으로 혈색소를 분류하면 Hb-A보다 느리게 이동한다) ④ 비정상혈색소(Abnormal hemoglobin):             대부분 유전적 또는 선천적으로 나타날 수 있다.            ⓐ Hb-S: 흑인에게 많고  sickle cell 을 유발하는 겸상적혈구 혈색소                  β-chain의 6번째 위치가 glutamic acid 대신 valine으로 치환              ⓑ Methemoglobin, Sulfhemoglobin, CO-Hb, Hb-C, Hb- E, Hb- D 등 300여종 5) 혈색소 판별방법:  ① 혈색소 전기영동--Cellulose acetate(pH 8.6) C(slow)-E-A2-O-S-G-F-A1-K-H-I(fast)                           ② alkali 저항시험(Hb-F. 저항성 강함 )                              ③ 저 산소 환경하에서의 hemoglobin 용해성,                              ④ 그 외 각종 용매에 대한 용해성 등으로 구분된다. 

4 2) 제 2단계: Porphobilinogen(PBG) 합성-- cytoplasm에서
2. Heme의 합성과정    1) 제 1단계: δ-aninolevulinic acid(ALA)의 합성--mitochondria내의 TCA cycle    glycine + succinyl-CoA→ 축합→ 체내의 α-keto acid를 분해 → α-amino-β-keto acid 생성 --→ δ-aninolevulinic acid              ↑↘카르복실근(COOH-)           <pyridoxal phosphate, Mg++ , aminolevulinic acid 합성효소>       * succinyl-CoA = amino acid(methionine, isoleucine, valine)의 α-ketoglutarate의 탈탄산반응으로 생성 2) 제 2단계: Porphobilinogen(PBG) 합성-- cytoplasm에서         2분자의 aminoleuvulinic acid→ 축합→ porphobilinogen (PBG, ↑↘2H2O pyrrol 유도체)                                                  AmLev dehydrase           * AmLev dehydrase(탈수소효소) = -SH 필요 (적혈모구나 간세포에 함유)        * lead poisoning= 납에 의해 활성 억제된 aminolevulinic acid가 요중 배설     

5 3) 제 3단계: Uroporphyrinogen의 합성-- cytoplasm에서
       ① uroporphyrin I 생성: 4 분자의 porphobilinogen→ 축합→ uroporphyrin I                                                       ↑↘NH2                                                   deaminase        ② uroporphyrin III 생성: 4 분자의 porphobilinogen→ 축합→ uroporphyrin III                                                           ↑↘3H2                                                   isomarase, deaminase        * uroporphyrin I(porphyrin계) = 화학실험에서 우연히 합성된 것 -- protoporphyrin 생성 불가        * uroporphyrin III = heme과 유사, porphyrin화합물의 보체 uroporphyrin I의 7번과 8번의 순서가 바뀐 것        * porphyria(유전병)= 반응의 항진으로 소변에 다량의 uroporphyrin I 과 III 가 배설되는 질환

6 4) 제 4단계: Corproporphyrinogen III 합성-- cytoplasm에서
         uroporphyrin III→ corproporphyrin III(methyl기, CH2-)                          ↑↘CO2                  UROgen decarboxylase          * 미량배설(정상. 대변 속)    다량배설-- 대사이상, 유전성 질환 5) 제 5단계: Protoporphyrinogen III 합성-- mitochondria에서          corproporphy III의 고리 I과 고리 II→ protoporphyrinogen III ↑ 산화효소  → protoporphyrinogen IX          ↑↘COOH-, H+    [비닐근(-CH=CH2)]          COPROgen III 산화효소   

7 6) 제 6단계: Protoporphyrin IX 합성-- mitochondria
                     protoporphyrinogen IX→ protoporphyrin IX                                            ↑                                  PROTOgen IX 산화효소 7) 제 7단계: Heme 합성-- mitochondria            protoporphyrin IX + Fe++(2가의 철)→ Heme                               ↑                 <mitochondria에 있는 heme 합성효소= ferrochetalase>          * Fe+++(골수)→ (조혈)→ Fe++ : 이 반응은 납(Pb)에 의해 저해된다.     

8 3. Globin 합성-- ribosome내 mRNA의 지령에 따라 amino acid가 배열
        α -chain: 글로빈 유전자의 위치-- 염색체 16번 short arm.            β -chain: 글로빈 유전자의 위치-- 염색체 11번 short arm.                    146개의 amino acid 중 2군데의 intron 부위를 가짐        4. Hemoglobin 합성       hemoglobin= heme + globin-- 세포질에서 형성 * 하나의 chain마다 각각의 heme이란 물질과 결합     * Hemoglobin의 종류: ?         

9 5. 혈색소의 가스대사 1) 산소와의 결합 인자: ① 산소농도 ② pH ③ 온도 ④ pCO2 ⑤ 2,3-DPG의 농도 ① 산소농도 * 100mmHg(폐)→ 결합(포화-- 산소 운반능력 중지) 26mmHg→ 50%(Hb-O2), 20mmHg-50mmHg→ 결합이 증가 80mmHg-100mmHg→ 포화(모든 Hb이 산소와 결합) * 20mmHg(조직, 낮은 분압)→ 결합<해리 ② pH * 저하(조직→ CO2 증가→ H+ 증가)→ 결합<해리→ 산소는 조직으로 방출 * 상승(폐→ CO2 방출(감소)→ H+ 방출)→ 결합>해리 ③ 온도-- 저온→ 산소 친화도 증가 고온→ 산소 친화도 감소( 조직으로 산소 방출 ) ④ 2,3-DPG의 농도-- 증가→ 산소 친화도 감소(산소 해리, 조직)→ Hb과 결합

10 2) 이산화탄소와의 결합 CO2 증가(조직)→ 결합→ O2는 조직으로 방출
 2) 이산화탄소와의 결합        CO2 증가(조직)→ 결합→ O2는 조직으로 방출        CO2 감소(폐)→ 해리→ 산소와 혈색소가 결합, CO2 는 체외로 방출    CO2(정맥혈) + H2O ↔ H2CO3 ↔ HCO3- + H+            HCO3-(혈장) + Na+→ NaHCO3(폐)→ Na+ + HCO3-            HCO3-(폐) + H+ → H2CO3 → CO2(체외 방출) + H2O 6. 혈색소와 O2 및 혈색소와 철과의 결합관계       1 heme 분자 + 산소 1분자 결합 → 즉, 1 Hb 분자 + 산소 4분자와 결합      Hemoglobin 1gm ml의 산소와 결합          → 즉, 전혈 100ml에는 산소 약 20ml를 결합 운반한다 (15×1.34= 20.1)       Hemoglobin 100gm은 철 0.34gm과 결합       동맥혈은 산소함유량이 약 20%이다       (CO 중독= 혈색소가 산소보다 일산화탄소와의 결합이 210배나 강하기 때문에 발생)

11 5. 적혈구 생성에 필요한 물질 1. 철 대사(Iron, Ferrous, Fe++)
5. 적혈구 생성에 필요한 물질 1. 철 대사(Iron, Ferrous, Fe++) protoporphyrin ring으로 들어간 철→ Hb 합성에 이용 철 대사의 이상→ 혈색소 형성의 이상, organ과 system에도 간접적 영향 1) 체내의 철 분포 정상성인-- 3～5gm (50mg/체중 kg) 분포: (1) 혈색소(2/3, 66%)-- 적혈구(多), 적아구(小) ( 1g Hb-- 3.4mg/, 1ml RBC-- 1mg ) (2) 저장철(27%)-- 조직(간, 지라, 골수)에 저장. ① ferritin-- 제 2철(ferric, Fe+++) + apoferritin(철 저장단백질)과 결합한 형. ② hemosiderin-- ferritin이 변성된 큰 덩어리(철함량 37% 정도) prussian blue stain-- blue color(granule) (3) 혈장철: 혈장중을 흐르는 철. 3mg 정도 transferrin(β1-globulin)과 결합하고 있다. 골수의 적아구나 저장철 사이를 활발하게 회전하고 있다.

12 (4) 기타-- cytochrome, 효소(catalase), 근육세포의 myoglobin, transferrin
<참고> 혈장철, 저장철의 제 1철(ferrous, Fe++): 골수에서 혈색소 합성에 이용 2) 철의 흡수와 배설 정상성인 남자: 배설-- 약 1mg(ferrintin형태, feces)→ 체내 평형 유지 섭취-- 매일 음식물로 10～25mg 흡수-- 0.8～1.5mg만 흡수 * 흡수부위: duodenum-- 70～80%, jejunum, stomach * 흡수기전: 음식물 중의 Fe+++-- 환원 → Fe++로 흡수(장점막)→ 산화→ ↑ (환원제: free HCL, ascorbic acid, cystein(sulfide radical, -SH기를 갖는 음식물) → Fe+++┌→ 일부는 transferrin + 2 Fe+++→ 골수→ 조혈(Fe++)→ 적아구 │ → ferrochelatase(heme합성효소) → prorotoporphyrin │ → heme 합성 └→ 나머지는 저장(liver, spleen, bone marrow, tissue muscle, ferritin 형태), 초과분은 hemosiderin 형태

13 정상적인 필요 양-- 매일 1. 5～2. 0mg 이상 (단. 성장기의 어린이, 월경기, 임신, 수유기 여성은 그 이상)
* 정상적인 필요 양-- 매일 1.5～2.0mg 이상 (단. 성장기의 어린이, 월경기, 임신, 수유기 여성은 그 이상) * 철 결핍 상태-- 철 흡수 증가, 철 과잉 상태-- 철 흡수 감소 * TIBC(total iron binding capacity): 혈장중에 transferrin이 결합할 수 있는 총 철결합 능력(200～350㎍/ 100㎖) UIBC(unbounded(unsaturated) iron binding capacity): 철과 결합하지 않은 transferrin 철결핍성 빈혈(iron deficiency anemia): SIBC-- 감소, UIBC--상승 간질환(liver disease): 혈장내의 TIBC가 감소 3) 체내의 철의 순환(회전) 생성: 철분흡수 + 철분 유리(혈색소 분해)-- 25mg/day (혈색소 합성-- 20mg, 기타 이용-- 5mg) * Metabolism: 유리된 철(혈색소 분해)→ 대부분은 혈장 transferrin과 결합→ 골수 → 대부분은 적혈모세포(ferritin)→ 혈색소 합성. 철분염색-- 음성 → 일부는 hemosiderin으로 저장. 혈색소 합성(x). 철분염색-- 양성

14 * 철이 적혈모세포나 망상적혈구로 유입되는 기전 ① pinocytosis에 의해 ferritin이나 hemosiderin과 같은 과립상으로 유입 ② transfarrin에 대한 수용체와 상호작용하여 세포내로 유입 4) 철결핍에 따른 체내 분포변화 * 철결핍 원인: ① 흡수불능 ② 철의 수요증가 ③ 출혈 혈장내에 단백질과 결합된 철: 성인남자-- 120～140㎍/100㎖, 여자-- 90～120㎍/100㎖ 혈장에 철을 보충→ transferrin과 결합→ 혈장 철 증가(250～400μg/dl까지) * 철결핍(병적 출혈)시의 변화 ① 저장철의 감소 또는 소실 ② 혈장철의 감소 ③ 심해지면 혈색소 합성의 저하(적아구)→ 빈혈증상 ④ 조직중의 철이 감소→ cytochrome(histohematin)등의 효소역가가 감소 → 손톱, 혀, 머리카락, 식도등의 변화(위축) 여성: 생리적 손실, 1회의 임신, 출산으로 저장철 1g이 손실 → 빈혈

15 **** 적혈구 생성 촉진인자 (1) Erythropoietin (2) 내인자(Intrinsic factor)-- 위(stomach)의 벽세포에서 분비 (3) 외인자(Extrinsic factor)-- folic acid, Vitamin B12-- 핵산합성 (4) Fe, Cu, Co (5) Protein (6) 저산소 분압 (7) 실혈

16 2. 엽산(Folic acid) -- 활성 포름산(formic acid)의 생성과 전달의 구성성분 화학명: pterorylglutamic acid 구성성분: pteridine, p-aminobenzoic acid, glutamic acid folate ┌ polyglutamate(glutamic acid 잔기 결합) └ heptaglutamate(음식물 중, methyl 혹은 formyl 유도체) 분포: 녹색식물, 과일, 동물의 간 소요량: 정상성인은 최저 50㎍/day 흡수: 공장상부-- 흡수시-- methyl tetrahydrofolate(monoglutamate 형) 저장: 혈장 또는 간장(체내 5㎎)-- 저장시-- N5-methyl tetrahydrofolate 정상성인의 혈장 엽산량: 6～20ng/ml(평균 9.8ng/ml) 기능: ① thymidylate 합성 ② histidine과 formiminoglutamic acid 분해 결핍시-- DNA의 합성장애(핵의 DNA 합성에 필요한 보효소)→ promegaloblast→ promegaloblastic anemia 유발(골수에서 파괴)

17 3. 비타민 B12 (Cyanocobalamin) 수용성 구조: Co를 가지고 있으며 porphyrin구조와 유사 분포: 동물성 식품(간, 신장, 계란, 근육, 우유). 합성(위장관 내) 소요량: 정상성인은 최저 0.6～1μg/day 흡수: ileum mucosa-- 내인자(위점막에서 분비)와 결합한 형태 (내인자와 결합하지 않은 것은 흡수안됨) 동물성 식품에서 1～5μg 섭취. 체내 저장량: 2～5mg(4mg) 혈청내 정상치: 330～1,025pg/㎖ 흡수기전: 흡수된 Vit. B12 + transcobalamin(혈장)→ 혈액→ 골수, 전신조직 저장: Liver 기능: thymidylate 합성(DNA 합성에 필요한 보효소의 일종) -- folic acid와 같이 생성 기전: hemocystein + N5-methyl tetrahydrofolate(FH4 형) →┌→ methionine └→ FH4 → N5 N10-methylene FH4 → thymidylate 결핍시: megaloblastic anemia 악성빈혈: 내인자의 분비 저하, 비타민 B12 결핍으로 발생

18 4. 기타의 비타민 1) Vitamin B6 (pyridoxine) 수용성 유도체: pyridoxine, pyridoxal, pyridoxamine, pyridoxal phosphate(인산화 한 것. ALA 합성 시 cofactor) 분포: 채소, 육류 권장량: 1.5～2.2mg/ day 결핍시: hypochromic, microcytic anemia. 신경계 이상 2) Vitamin B2 (Riboflavin) 수용성 구조: isoalloxanzing ring + ribityl side chain 분포: 육류, 유제품(우유). 식이성 섭취 흡수량: 25mg/ day 결핍시: 적혈구 저형성→ reticulocyte 감소→ anemia normocyte, orthochromic 중증-- 적아구내 vacuolization 적혈구내의 기전: riboflavin 유도체(flavin mononucleotide, FMN. flavin adenine dinucleotide, FAD)의 산화환원 반응 시 glutathinine 환원 효소와 NADH met-Hb 환원효소의 작용으로 생성

19 5. 무기물 1) Copper 형태-- albumin과 결합형 ceruloplasmin(bule glycopretein, α2-globulin)과 결합형 (7 copper + ceruloplasmin) Fe++→oxidation→ Fe+++ ↑ ceruloplasmin(촉매) 결핍시: 철 대사이상→ 혈색소 합성장애 저색소성, 소구성 anemia, 중증의 빈혈, 호중구 감소증, 골수이상증 저장량: 100㎎ 저장: 간장, 뇌, 골수 흡수부위: stomach, 소장상부 섭취량: 2～5.0mg/ day(흡수량: 0.6～1.6mg/day) 혈청 내: 81～147㎍/㎗

20 2) cobalt 비타민 B12 구성성분 결핍시-- megaloblastic anemia 분포-- 음식물, 음료수, 동물조직, 체액 저장-- liver, heart, adipose tissue 흡수량-- 140～580 ㎍/day 배출량-- 흡수량의 85%(urine) 3) Zinc 증가-- megaloblastic anemia, CML, ALL, AMoL, 골수섬유증 결핍시– 성장장애

21 1) 혈관외 용혈(Extravascular hemolysis)
6. 적혈구 파괴 파괴-- 수명(약 120일)을 다 한 적혈구(매일 약 1/120, Hb 6g이 파괴, 생성) ▶ 적혈구 노쇠에 따른 변화 ① 당분해효소의 비활성화→ energy(ATP) 생성 감소→ 변형능을 상실 → 미세혈관 통과 못함→ 그물내피계(지라. spleen)의 세포에 의해 탐식 ② 적혈구막의 sialic acid 소실→ asialoglycophorin에 노출→ 자가항체 생성 → 적혈구 막에 결합→ 미세혈관 통과 못함 ③ 외상(trauma), 저류(stagnation), 용해소(lysin), 응집소(agglutinin), 보온(incubation)에 민감 1. 용혈(hemolysis) 정의-- 적혈구의 파괴 방법-- * 혈관외 용혈: 대부분의 성인의 용혈(90%)을 말한다 * 혈관내 용혈: 1) 혈관외 용혈(Extravascular hemolysis) 노화된 적혈구┌→ 지라의 그물내피계 세포에 탐식→ lysosome에 의해 소화 └→ 간, 골수의 그물내피계 세포에 탐식→ 파괴

22 2) 혈관내 용혈(Intravascular hemolysis) 정상인 적혈구의 10%이하 파괴
2) 혈관내 용혈(Intravascular hemolysis) 정상인 적혈구의 10%이하 파괴. 원인-- 항체나 화학약품 용혈→ Hb(혈액내)+ haptoglobin┌→ liver→ 혈관외 용혈 └→ 혈류(Hb-haptoglobin 복합물) * haptoglobin = α2-glycoprotein, 50～150㎎/㎗ plasma * Hb-haptoglobin 복합물= 거대분자, 사구체 통과 못함, urine(x) ▶ if, 용혈증가→ Hb-haptoglobin + free hemoglobin(유리 Hb)→ oxi. → met-Hb ┌→ ferric-heme(Fe+3) + hemopexin→ 간(흡수) └→ globin * free hemoglobin- ┌→ 사구체(통과), 근위세뇨관(재흡수), └→ urine(hemosiderinuria) * hemopexin: methene과 결합하여 수용성. 응혈효소. . MW 70 kD. Β1-globin의 일종. glycoprotein(당 20%). 혈중 농도-- 50～100㎎/㎗ plasma

23 2. 혈색소의 분해 Hb→ RES로 이동(탐식)→ free Hb→ (분해→ oxi
2. 혈색소의 분해 Hb→ RES로 이동(탐식)→ free Hb→ (분해→ oxi.→ choleglobin→ methyl근 파괴) → globin, iron, protoporphyrin이 유리 * choleglobin(verdoglobin): 녹색색소, globin과 철을 포함하고 있다 1) iron: 혈중으로 이동(β1-globin과 결합)→ heme 합성에 이용 2) globin: amino acid로 분해┌→ 단백질 합성에 재이용 └→ urea(요소)→ 배설 3) protoporphyrin: Protoporphyrin IX-→ α-hydroxyheme→ α-oxyheme→ biliverdin ↑ NADPH → 비포합형 bilirubin→ 혈중→ indirect blirubin→ liver→ direct bilirubin→ bile (biliverdin 환원효소) → CBD→ intestine―→ urobilin체 →┌→ feces(배설) ↑ └→ 재흡수→ blood→ liver→ kidney 장내세균 → urine

24 * biliverdin-- 4개의 pyrrol고리를 가짐
* 비포합형 bilirubin-- protoporphyrin의 α-methene bridge가 산화된 불용성 황갈색 물질 * indirect bilirubin: 구조-- free bilirubin + albumin(혈액 중) 특징-- orange-red. 지용성(불용성). 소변으로 배설(x)-- 사구체(x). 조직에는 침투안됨 * direct bilirubin: 구조-- indirect bilirubin + glucuronic acid→ glucuronide 형성 (bilirubin-glucuronate complex) 특징-- 수용성. 조직으로 침투 * urobilin체-- urobilin, urobilinogen, stercobilirubin ▶ urobilin과 stercobilin: 수소이탈반응으로 고리 III과 IV가 공액 이중결합을 이 룬 것. * 두개의 pyrrol 고리를 가진 분해산물(meso-bilifuscin)--대변 색

25 ▶ Jaundice: 체내의 담즙색소가 증가하거나 역류하여 혈중의 농도가 증가하거나 조직으로 침투하여 결막, 피부가 노랗게 되는 것 ① Hepatocellular Jaun.-- 담즙색소에 대한 간세포 투과성 증가 - 포합부전-- enzyme 부족시 bilirubin처리부족(신생아) - bilirubin의 운반장애--비용혈성, 담도배설관의 기능저하 - 간세포의 손실및 괴사 urine--bilirubin츌현, UBG(urobolinogen) 감소 ② Obstrutive Jaun.-- 담석, 경련및 협착, 기생충, 염증, 선천성 기형 urine--bilirubin출현, UBG 감소 또는 없다 ③ Hemolytic Jaun.-- 빈혈, 약물중독 urine--UBG출현

26 ▶ protoporphyrin: porphyrin의 고리 I과 II사이의 결합이 끊어져 methyl근 하나가 없어진 대신 고리I과 II에 각각 산소 기능 원자단이 들어간 것. * -ogen: pyrrol고리가 전부 -CH2-로 연결되어 있는 색소에 붙인다. ▶ feces color-- 음식물이 장을 빨리 통과하여 bilirubin이 변하지 않은 채 배설된다 ▶ 담즙색소→ 장(흡수)→ 문맥(순환)→ 간→ bile로 재분비→ 장(유입) ↘ 일부는 간이 아닌 신장에 의해 재분비되어 소변으로 배출