헤모시아닌(Hemocyanin)은 일부 무척추동물의 체액(혈림프) 속에서 산소 운반 역할을 수행하는 금속단백질이다. 헤모글로빈이 철(Fe) 이온을 포함하는 것과 달리, 헤모시아닌은 두 개의 구리(Cu) 원자를 포함하여 하나의 산소 분자(O₂)를 가역적으로 결합한다. 산소 운반 단백질로서는 헤모글로빈 다음으로 널리 사용되는 것으로 알려져 있다.
헤모시아닌은 연체동물문(Mollusca)과 절지동물문(Arthropoda)의 생물에서 발견되며, 대표적으로 두족류(문어, 오징어), 갑각류(게, 새우, 바닷가재), 거미류(타란툴라, 전갈), 투구게 등이 해당된다. 산소를 운반하는 기능 외에도 절지동물의 표피 경화, 상처 치유, 체액성 면역 방어 등에 관여하는 것으로 보고되고 있다.
주요 특징으로, 헤모시아닌은 적혈구와 같은 세포 내에 한정되지 않고 혈림프(hemolymph)에 직접 용해된 형태로 존재한다. 산소와 결합하지 않은 상태(Cu(I))에서는 무색이지만, 산소와 결합한 상태(Cu(II))에서는 푸른색을 띠므로, 헤모시아닌을 함유한 동물의 혈액은 종종 푸른색으로 보인다. 이러한 색상 변화 때문에 '헤모'(hemo, 혈액)와 '시아닌'(cyan, 푸른색)이 합쳐진 이름이 붙었다.
분자 구조 측면에서 헤모시아닌은 수많은 서브유닛(각 서브유닛 약 75 kDa)으로 구성되며, 각 서브유닛은 두 개의 구리 원자가 히스티딘 잔기의 이미다졸 고리와 배위 결합하여 형성된 활성 부위를 지닌다. 절지동물의 헤모시아닌은 일반적으로 헥사머(6개 서브유닛)를 기본 단위로 하여 더 큰 복합체를 형성하며, 투구게의 경우 8개의 헥사머(48개 사슬)로 구성된 거대한 단백질 복합체를 이룬다. 연체동물의 헤모시아닌은 데카머(10량체) 구조를 가지며 분자량이 수백만 달톤(예: 일본 갑오징어 헤모시아닌 약 3.8 MDa)에 이르는 것으로 보고된다.
산소 운반 효율 측면에서 헤모시아닌은 헤모글로빈에 비해 혈액 단위 부피당 산소 운반 효율이 대략 4분의 1 수준이며, 대부분의 헤모시아닌은 비협조적(non-cooperative) 산소 결합을 보인다. 다만 투구게 등 일부 절지동물의 헤모시아닌에서는 Hill 계수 1.6~3.0의 협조적 결합이 관찰되기도 한다. 산소 결합 친화도는 pH와 용존 염류 농도에 의해 영향을 받는다.
헤모시아닌은 1878년 레옹 프레데리크(Leon Fredericq)가 문어(Octopus vulgaris)에서 처음 발견하였으며, 연체동물 내 구리 존재는 그보다 이른 1833년 바르톨로메오 비치오(Bartolomeo Bizio)가 확인한 바 있다.
응용 측면에서, 구멍삿갓조개(keyhole limpet)로부터 유래한 헤모시아닌(KLH, Keyhole Limpet Hemocyanin)은 강력한 면역 자극 물질로 알려져 있어 면역학 연구 및 항암 면역치료(방광암, 유방암, 췌장암, 전립선암 등)의 실험적 연구에 활용되고 있다. 또한 헤모시아닌은 페놀옥시다제(phenoloxidase)와의 상동성으로 인해 효소 활성 연구에서도 주목받고 있다.
