헴철이 좋은 이유? 철(Fe) 뿐만 아니라 헴(Heme)이 좋은 거라구요 :) ??

 

 

Heme은 미토콘드리아 내에서 합성되며, 에너지 대사에 필수적인 역할을 합니다.

특히, 미토콘드리아의 전자전달계에서 cytochrome c oxidase(Complex IV)와 같은 heme 함유 단백질은

ATP 생성에 핵심적인 역할을 합니다.

따라서, 세포 내 heme 합성의 장애는 미토콘드리아 기능 저하로 이어질 수 있습니다.

 

체내에서는 노화된 적혈구의 분해를 통해 heme이 재활용됩니다.

이 과정에서 방출된 철분은 새로운 heme 합성에 활용되며, 효율적인 재활용 시스템이 존재합니다.

따라서, 일반적인 상황에서는 체내 heme 재활용만으로도 에너지 대사에 필요한 heme을 충분히 공급할 수 있습니다.

그러나, 특정 질환이나 결핍 상태에서는 추가적인 heme 보충이 필요할 수 있습니다.

 

 

인체에 풍부한 금속인 철은 산소 운반, DNA 대사, 미토콘드리아 기능을 포함한 주요 생물학적 경로에 필수적입니다.

대부분의 철은 헴에 결합되어 있지만, 철-황 클러스터에 결합되거나 단백질에 직접 결합할 수도 있습니다.

철은 Fe 2+ 와 Fe 3+ 사이를 순환하는 능력이 있어 생물학적 유용성을 높이지만, 과다하면 독성을 유발합니다.

헴은 기체 운반 및 감지, 산화 대사, 이물질 해독 등 다양한 생물학적 기능에 필수적인 철 함유 테트라피롤입니다.

철과 마찬가지로 헴도 필수적이지만 과다하면 독성을 나타냅니다. 따라서 철과 헴 항상성은 엄격하게 조절됩니다. 

 

" 결핍과 과다 모두 인체 건강에 해롭습니다."

결핍시  산소공급, 에너지 생성, 미토콘드리아 기능 저하과다시 산화적 스트레스 유발, 축적에 의한 세포독성

 

혈청 철 결합 단백질인 트랜스페린이나 철 저장 단백질인 페리틴과 같은 요인에 결합되지 않으면, 철분은 거대분자, 세포소기관, 세포 및 장기 수준에서 산화적 손상을 유발할 수 있습니다. 철분 결핍과 달리, 철분 과잉은 일반적으로 영양 과잉보다는 유전적 또는 후천적 결함으로 인해 발생합니다. 치료하지 않으면 철분 과잉은 간, 췌장, 심장, 내분비선을 포함한 여러 장기의 기능 장애로 이어질 수 있습니다.

 

< 헴의 기능 >

 

헴은 전사 인자와 결합하여 일주기 리듬, 항산화 스트레스 반응, 세포자멸사, 세포 증식, 이온 채널 활성, 미토콘드리아 호흡 등 다양한 경로에서 표적 유전자의 전사를 조절할 수 있습니다.

전자전달계 (에너지합성)	Heme은 미토콘드리아 Complex III, IV (cytochromes)에 포함되어 ATP 생성에 필수적
산소 운반	Hemoglobin, Myoglobin 구성 요소
해독/산화환원	Cytochrome P450 계열 효소의 보조인자 역할
세포 신호전달	Nitric oxide synthase, guanylate cyclase와 같은 효소 보조인자

헴은 생물학에서 중추적인 역할을 하지만, 세포독성과 소수성을 지닙니다. 유리 헴은 과산화효소 활성을 가지고 있어 활성 산소를 생성하여 산화 스트레스를 유발할 수 있습니다. 소수성 분자인 헴은 세포막에 삽입되어 단백질과 비특이적으로 결합할 수 있습니다.

 

 

• 대부분은 heme 자체로 미토콘드리아에 직접 전달되지 않습니다.
• 흡수된 후에는 체내에서 분해되고, heme 형태로의 재합성은 세포 내에서 이루어집니다.

➤ 즉, 경구 섭취 heme은 대부분 '철'로 작용하지, 'heme 구조 자체'로 에너지 대사에 직접 쓰이지는 않습니다.

 

 

 

 

일반적으로 하루 heme의 80~90%는 재활용에 의해 충족되며, 외인성 공급은 보조적입니다.

(예외) Heme 합성 결함 질환 : 선천성 포르피린증(Porphyria) , Sideroblastic anemia

 

외인성 heme은 체내에서 분해되어 그 구성 요소로 활용되며, heme 자체가 직접적으로 미토콘드리아 내에서 사용된다는

근거는 현재까지의 연구에서 확인되지 않았습니다.

 

일부 연구에서는 특정 보조물질이 heme 대사에 영향을 미칠 수 있음을 시사하고 있습니다.

5-aminolevulinic acid(5-ALA)는 heme 생합성의 전구체로 알려져 있으며, 5-ALA 보충이 미토콘드리아 효소 활성에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다는 연구 결과가 있습니다. 또한, catechin과 같은 항산화 물질이 혈액 내 미토콘드리아 heme 양을 증가시키는 데 기여할 수 있다는 동물 실험 결과도 보고되었습니다.

건강기능식품 (경구 보충제)	일본, 유럽, 미국에서 경구용 5-ALA 보충제가 판매 중	대부분 5-ALA phosphate or HCl 형태
의약품 형태 (광역동 치료제)	암 치료용 광감작성 약물로 사용 (예: Gleolan, Alabel)	진단 및 치료 목적, 처방 필요
기능성 음료	일본에서 5-ALA 포함 건강음료, 발효제품으로도 판매	일반 식품 형태, 함량 낮음

5-ALA 단독보다는 Fe²⁺(ferrous iron)과 함께 복용 시 heme 합성이 더 잘 일어납니다.

 

Heme의 합성은 인체 세포 내에서 매우 정교하게 조절되는 8단계의 효소 반응 경로를 통해 진행됩니다.

1	ALA synthase (ALAS)	Glycine + Succinyl-CoA → δ-ALA (5-aminolevulinic acid) + CO₂	미토콘드리아
2	ALA dehydratase (ALAD)	2 ALA → Porphobilinogen (PBG)	세포질
3	PBG deaminase (HMBS)	4 PBG → Hydroxymethylbilane (HMB)	세포질
4	Uroporphyrinogen III synthase (UROS)	HMB → Uroporphyrinogen III	세포질
5	Uroporphyrinogen decarboxylase (UROD)	Uroporphyrinogen III → Coproporphyrinogen III	세포질
6	Coproporphyrinogen oxidase (CPOX)	Coproporphyrinogen III → Protoporphyrinogen IX	미토콘드리아
7	Protoporphyrinogen oxidase (PPOX)	Protoporphyrinogen IX → Protoporphyrin IX	미토콘드리아
8	Ferrochelatase (FECH)	Protoporphyrin IX + Fe²⁺ → Heme	미토콘드리아

 

• ▶ 속도제한단계 Rate-limiting step: 1단계 ALAS 반응
  ⬩ 간(ALAS1), 조혈세포(ALAS2)에서 각각 조절
  ⬩ Heme 자체가 negative feedback으로 작용
• ▶ 철(Fe²⁺)이 부족하거나 ferrochelatase 기능이 떨어지면 → Protoporphyrin IX가 축적되고 heme 합성이 중단됩니다.

 

 

 

Heme의 경구 보충 자체에 대한 연구는 미미하지만 이론적으로 가능하다고 생각합니다.

블럭이 많아지면 탑 쌓기도 유리할테니까요 :) 

하지만 Free heme에 대한 위험도도 있기 때문에 다량의 보충은 제한해야합니다.

 

<2025년 현재>  기본적으로 헴철 보충제의 의미는 " 위장관 부작용이 적고 맛이 좋은 철보충제 " 라고 생각합니다.

 

 

Reference 

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9398995/

Molecular Mechanisms of Iron and Heme Metabolism - PMC