산소해리곡선

요약 헤모글로빈 안에 있는 산소헤모글로빈의 비율과 산소압과의 관계를 나타내는 그래프이다.

호흡색소는 동물의 분류군에 따라 다양하게 진화했다. 절지동물이나 연체동물의 대부분은 호흡색소로 헤모사이아닌을 사용하며 헤모사이아닌은 산소결합분자로 구리를 사용하여 혈액의 색이 푸른색을 띠게 된다.

이외 대부분의 척추동물과 무척추 동물은 헤모글로빈을 호흡색소로 사용한다. 헤모글로빈은 4개의 폴리펩티드로 구성되고, 각 폴리펩티드는 산소결합분자로 철이온을 중심에 갖는 헴(heme) 그룹을 갖는다. 그러므로 헤모글로빈은 총 네 분자의 산소와 결합이 가능하다.

다른 호흡색소와 마찬가지로 헤모글로빈도 산소와 전자결합을 통한 가역적인 결합이 가능하다. 산소는 동물의 폐나 아가미에서 헤모글로빈과 결합하고, 이외의 조직에서는 산소를 방출한다. 이 과정에서 결합력은 각 단위체 간에 독립되어 일정한 것이 아니고 서로 영향을 미치게 된다.

즉, 제1의 헴에 산소분자가 결합하면, 제2의 헴에 다음 산소분자가 결합할 경향이 증대되고, 제3의 헴에 산소분자가 결합할 경향은 더 증대된다. 그러나 제4의 헴에 4번째 산소분자가 결합할 경향은 제3의 결합보다 약하다. 각 헴에 대한 산소의 차례적인 결합상수의 상대비는 약 1:4:24:9이다.

반대로 한 단위체(헴)에서 산소가 방출되면 나머지 3개의 단위체의 산소 친화도 역시 낮아진다. 그러므로 헤모글로빈을 비롯한 산소수용체와 수용체와 산소분자와의 결합과 해리는 산소의 분압에 의하여 변화한다고 할 수 있다.

산소해리곡선은 헤모글로빈 안에 있는 산소헤모글로빈의 비율과 산소분압과의 관계를 나타내는 그래프로 우리의 혈액이 어떻게 산소를 조직까지 전달하고 방출하는지를 이해하기 위한 중요한 도구가 된다.

헤모글로빈이 산소와 결합한 산소헤모글로빈의 형성은 산소분압이 상승함에 따라 증대하며, 이윽고 혈액 속의 산소농도가 포화에 가까워짐에 따라 점차 완만하게 된다. 그래프에서 경사가 급하게 나타나는 부위일수록 우리 몸의 산소분압의 범위와 유사하다. 그러므로 특정 부위에 운동량이 많아져 그 일대 조직의 산소분압이 약간만 떨어지게 되어도 헤모글로빈 단위체 간의 협력관계를 통하여 충분한 양의 산소가 조직에 방출된다.

헤모글로빈 역시 단백질로 구성되어 있으므로, 다른 단백질과 마찬가지로 단백질의 구조에 영향을 미치는 온도, pH, 공존 이온의 성질과 농도, 이산화탄소 농도에 따라 영향을 받는다. pH가 떨어지면 헤모글로빈의 산소친화도 역시 떨어지며 이를 보어효과(Bohr shift) 또는 보어변위라 한다.

이산화탄소는 물분자와 결합하여 탄산(H₂CO₃)를 형성하므로 대사가 활발한 조직에서는 pH가 떨어지게 되며, 이러한 변화는 헤모글로빈에서 산소가 방출되도록 유도한다. 미오글로빈은 헤모글로빈과 달리 1분자당 1개의 헴만을 가지며, 그 산소해리곡선은 쌍곡선이 된다.