기체 교환 1 - 산소 교환 ★

순환계 시리즈 (Respiratory System) 

 

1. 폐의 구조 

2. 호흡 운동

3. 기체 교환 1 - 산소 교환 

4. 기체 교환 2- 이산화탄소 /일산화탄소

 

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0. 헤모글로빈의 특징 (Hb: hemoglobin)

 

• 4개의 소단 위체로 구성되어 있는 복합체이자 4차 구조를 가진 단백질로써 알로스테릭 효과가 관찰된다 (S자 곡선) 
  • ɑ₂𝛃₂: 알파 단위체 두개 베타 단위체 두 개로 구정 (태아시기에는 다른 단위체로 구성됨) 
• 핵을 포함한 소기관을 가지고 있지 않아 산소 운반에 특화되어 있다

 

 

1. 산소의 이동 (O₂)

 

a) 특징 

• 폐포는 산소분압이 높아 모세혈관으로 산소가 확산된뒤 헤모글로빈과 결합한다. 
• 포화된 헤모글로빈은 산소분압이 낮은 조식세포에 산소를 공급한다. 
• 98%는 헤모글로빈과 결합 2%는 혈장에 직접 녹아들어 이동 

 

b) 헤모글로빈의 포화도에 영향을 주는 요인들 

 

• 협동 효과 (Cooperative Effect)
  • 낮은 O₂ 분압, 높은 온도, 2,3 BPG ↑ 낮은 pH에서 헤모글로빈의 산소 친화도가 떨어져 해리되기 쉬운 구조로 바뀐다 = 음성 알로스테릭 효과
    • 반대로 상황을 바꾸면 오히려 포화되기 좋은 조건이니 헷갈리지 않고 암기 
  • 낮은 산소분압은 해당과정을 촉진시켜 중간 산물인 2,3 BPG를 생성하고 이는 Hb의 베타단위체에 결합하여 Hb의 구조를 바꿔 조직세포로의 산소 운반을 용이하게 한다. 
• S/A ratio (표면적 비율) 
  • 표면적이 넓은 종일수록 더 많은 산소를 조직에 공급해야 하기때문에 낮은 산소분압에도 빠르게 Hb이 포화될 수 있음 
• 고산지대에서 적응 
  • 고지대는 총 대기압이 감소되어 있어 동맥혈에 녹는 산소량이 감소되어 동맥혈의 산소분압이 감소한다. 
  • 고산지대에 머무는 시간이 증가할수록 심근세포의 미토콘드리아의 수가 증가한다.  
  • 호흡이 증가해 이산화탄소를 과다 배출하고 호흡성 알칼리증이 나타난다.
  • 원위세뇨관에서 H+를 재흡수 한다. 
  • 단기 적응 (~3일) 
    • 고지대에 초기에는 낮은 산소의 분압으로 2,3 BPG가 증가하여 헤모글로빈의 산소 친화력이 감소한다. 
    • 호흡 속도와 심박출량이 증가함
  • 장기 적응 (~5년) 
    •  신장에서 EPO (erythropoietin) 라고 하는 적혈구 생성인자에 의해 Hb의 양이 증가됨 
    • 모세혈관의 수와 심근의 미토콘드리아수가 증가함 
    • 신장에서의 산 배설이 감소 
      • 많은 호흡으로 상대적인 이산화탄소의 분압이 줄어들어 이를 상쇄하기 위한 보상기전
• 태아와 성인의 Hb 구성
  • 태아의 Hb는 ɑ₂γ₂로 구성되어 있음 (시기특이성 유전자 발현으로 인하여 베타 단위체 대신 감마 단위체가 태아시기에 발현됨) 
  • 태아의 Hb는 성인의 Hb보다 산소결합력이 좋다 하지만 2,3-BPG와의 결합력은 더 약하기 때문에 쉽게 산소를 해리하지 않는다. 
    • 모체에서 태아에게 산소가 갈수있는 원동력이다.
• 미오글로빈 (Mb;myoglobin) vs 헤모글로빈 
  • 미오글로빈은 단위체 한개로 구성된 3차 구조의 단백질이며 산소 저장고 역할을 한다.
  • Hb와 다르게 4차 구조가 아니라 협동효과는 나타나지 않음 
  • Mb보다 강한 산소친화력으로 혈액에서 근육으로 산소를 운반하는 역할을 함 
  • 미오글로빈은 산소한개와 결합이 가능하지만 헤모글로빈은 4분자의 산소와 결합이 가능함 

 

 

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