담배 연기 성분이 붙으면 헤모글로빈의 산소 결합도 달라질까요?

상세 설명

흡연은 폐암과 심혈관질환 같은 생명을 위협하는 질환뿐 아니라, 조직에 산소가 충분히 공급되지 않는 상태인 저산소증을 일으키는 것으로 알려져 있습니다. 저산소증은 만성폐쇄성폐질환의 발생에 핵심적인 역할을 합니다. 임신 중 흡연은 태아에게도 위험을 줍니다.

일산화탄소 외에도 담배 연기에서 유래한 파라벤조퀴논(pBQ)이 사람 헤모글로빈(HbA)에 결합하는 현상이 저산소증에 기여한다고 보고되어 왔습니다. 초록은 pBQ의 결합이 되돌릴 수 없는 공유결합 변형이기 때문에 일산화탄소보다 더 우려스럽다고 설명합니다.

이번 연구는 pBQ가 결합한 사람 헤모글로빈(Hb-pBQ)의 기능과 구조를 분석한 실험실 연구입니다. 산소 평형 곡선을 이용한 기능 분석에서 P50과 산소 결합의 협동성이 모두 유의하게 감소했습니다. 이러한 기능 변화와 관련된 구조적 변화는 그동안 알려져 있지 않았습니다.

연구진은 나노 전기분무 이온화(nano-ESI) 질량분석의 향상된 감도와 높은 분해능을 활용해, 한 번의 스캔으로 헤모글로빈 올리고머의 원래 구조를 조사했습니다. 해리 평형 상수(Kd)를 통해 Hb-pBQ의 구조적 안정성을 평가한 결과, HbA에 비해 사량체–이량체 평형의 Kd는 4.98배, 이량체–단량체 평형의 Kd는 64.3배로 증가했습니다.

동위원소 교환 질량분석에서는 Hb-pBQ의 탈산소 상태와 산소 결합 상태 모두에서 소단위체 사이 상호작용의 변화가 관찰됐습니다. 그러나 충돌 단면적으로 살펴본 3차원 구조에는 변화가 나타나지 않았습니다.

연구진은 pBQ의 결합이 기능적으로 활성인 헤모글로빈 구조를 크게 불안정하게 만들고, 그 결과 산소가 더 단단히 결합해 저산소증으로 이어진다고 제안합니다.