呼吸に関わる血球はどれか？
血液は、血漿という液体に浮かんでいる細胞の混合物です。血漿は約90％が水で、血球だけでなく、ホルモン、免疫グロブリン（抗体）、酵素、凝固因子、ビタミン、コレステロール、栄養素（ブドウ糖など）、電解質（ナトリウム、カリウム、カルシウムなど）や老廃物など、体に必要なさまざまな分子を運搬します。血液中の細胞は主に3種類あり、赤血球（エリスロサイト）は血液量の40〜45％を占め、白血球（ロイコサイト）と血小板（トロンボサイト）があります。赤血球は肺から組織へ酸素を運び、白血球は感染と戦い、血小板は止血に関与します。
呼吸色素（ヘモグロビン）
酸素分子は、赤血球内のタンパク質であるヘモグロビンによって肺から体の組織へ運ばれます。ヘモグロビンは鉄原子を含み、この鉄が血液に赤色を与えるとともに、酸素を結合する役割を果たすため「呼吸色素」と呼ばれます。
ヘモグロビンの構造
ヘモグロビン分子は4つのポリペプチド鎖からなるテトラマー構造のヘムタンパク質です。各鎖は単独で「モノマー」ヘムタンパク質と呼ばれ、中心に1個の鉄原子を持つヘム補助基を含みます。酸素が豊富な肺では、酸化状態のFe2+が酸素分子を引き寄せ結合します。1つの鉄原子は1分子の酸素と結合でき、ヘモグロビン1分子は合計4つの酸素分子を運搬可能です。1つの赤血球には約2億5千万個のヘモグロビン分子があり、これにより血液の酸素運搬能力が大幅に向上します。
ヘモグロビンの機能
ヘモグロビンが肺で酸素を結合し、組織で放出する仕組みは、肺と組織のpH差に依存しています。組織は肺に比べて酸性が強く（pHが低い）ため、ヘモグロビンの酸素親和性が低下し、代わりに水素イオン（H⁺）を結合しやすくなります。組織で生成された二酸化炭素は赤血球内で水と反応し炭酸水素イオン（HCO₃⁻）に変わりますが、この過程で大量のH⁺が生じ、ヘモグロビンは酸素を放出してH⁺を結合します。
肺に戻ったヘモグロビンは、肺の高いpH環境により結合したH⁺を放出し、再び酸素と結合します。このサイクルにより、酸素だけでなく二酸化炭素も効率的に肺へ運ばれ、呼気として排出されます。
一酸化炭素との関係
一酸化炭素（CO）はヘモグロビンが酸素よりはるかに高い親和性を持つため、CO中毒ではヘモグロビンがCOに結合し酸素運搬が阻害されます。その結果、組織への酸素供給が失われ窒息死に至ります。