Bài giảng: Hóa học HEMOGLOBIN

Baøi giaûng

HOÙA HOÏC HEMOGLOBIN

ThS. Traàn Thò Töôøng Linh

Ñoái töôïng giaûng: Lôùp D3 & CT2

MUÏC TIEÂU

1.Moâ taû ñöôïc caáu taïo hoùa hoïc, caùch phaân loaïi & tính chaát cuûa Porphyrin

2. Moâ taû ñöôïc caáu taïo hoùa hoïc cuûa Hem vaø Globin

3. Trình baøy, giaûi thích ñöôïc söï keát hôïp giöõa Hem vaø Globin.

troø quan troïng cuûa

4. Neâu ñöôïc tính chaát hoùa hoïc vaø vai Hemoglobin trong cô theå

ÑAÏI CÖÔNG

Cromoprotein

- Cromoprotein vôùi nhoùm ngoaïi khoâng chöùa nhaân porphyrin.

Flavoprotein: nhoùm ngoaïi chöùa riboflavin Feritin : nhoùm ngoaïi chöùa Fe Hemocyamin : nhoùm ngoaïi chöùa Cu

- Cromoprotein vôùi nhoùm ngoaïi chöùa nhaân porphyrin (porphyrinoprotein)

Hemoglobin :saéc toá ñoû cuûa hoàng caàu. Myoglobin:saéc toá hoâ haáp trong tb cô Clorophyl:dieäp luïc toá Cytocrom: tham gia phaûn öùng oxy hoùa khöû trong chuoãi hoâ haáp tb Catalase :tham gia phaûn öùng oxy hoùa khöû sinh hoïc

Protein phöùc taïp coù nhoùm ngoaïi laø chaát maøu

Porphyrin

Caáu taïo hoùa hoïc: Nhaân porphin + nhoùm theá

ÑAÏI CÖÔNG

- 4 voøng pyrol lieân keát qua 4 caàu noái methylen (- CH=).

- Caùc voøng pyrol ñöôïc ñaùnh soá I, II, III vaø IV (chieàu kim ñoàng hoà)

- Caùc caàu noái methylen ñöôïc kyù hieäu , , ,  .

-Vò trí cuûa caùc nhoùm theá treân khung phaân töû ñöôïc ñaùnh soá

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 vaø 8.

Porphin:

Voøng pyrol









Porphin (daïng vieát taét)

Caáu truùc nhaân porphin

Porphyrin

Laø nhaân porphin ñöôïc gaén theâm caùc nhoùm theá

Nhoùm theá

Teân goác Coâng thöùc Kyù hieäu

Etyl

E

-CH2 - CH3

Metyl M -CH3

Hydroxyetyl E -OH -CH2 - CH2 - OH

Vinyl V -CH= CH2

Acetyl A -CH2 - COOH

Propionyl P -CH2 - CH2 - COOH

Moät soá daãn xuaát porphyrin thöôøng gaëp trong töï nhieân

Moät soá daãn xuaát porphyrin thöôøng gaëp trong töï nhieân

Hematoporphyrin

Porphyrin

Tính chaát

- Coù maøu , coù phoå haáp thu ñaëc tröng

- Ñoä tan phuï thuoäc soá löôïng nhoùm carboxyl theá.

Ví duï: Uroporphyrin coù 8 nhoùm carboxyl neân tan raát toát trong nöôùc

Protoporphyrin coù 2 nhoùm carboxyl neân ít tan trong nöôùc, tan nhieàu trong

lipid.

- Deã taïo phöùc vôùi ion kim loaïi

Metaloprotein

Hemoglobin, myoglobin, cytocrom, catalase: porphyrin + Fe2+. Clorophyl: porphyrin + Mg2+

- Tính kieàm yeáu (N cuûa nhaân pyrol) vaø tính acid (-COOH ôû maïch nhaùnh).

Ñieåm ñaúng ñieän: 3 - 4,5.

HEMOGLOBIN (Hb)

Ñaïi cöông

- Huyeát caàu toá hay huyeát saéc toá, kyù hieäu: Hb

- Cromoprotein (porphyrinoprotein), maøu ñoû, coù / hoàng caàu

- Keát tinh döôùi daïng nhöõng tinh theå khaùc nhau tuøy theo loaøi

ñoäng vaät cao caáp.

ñoäng vaät

- Hoàng caàu ngöôøi chöùa 32% Hb (15g/ 100 ml maùu).

Caáu taïo Hb

- Protein thuaàn: Globin - Nhoùm ngoaïi: Hem. Hem Ù- Nhaân protoporphyrin IX + saét hoùa trò II (Fe2+). - Fe2+ ôû trung taâm noái vôùi 4 N cuûa boán voøng pyrol qua 4 lk naèm treân maët phaúng (2 lk coäng hoùa trò vaø 2 lk phoái trí)

Hem

- Hem bò oxy hoùa thaønh hematin (Fe2+ bieán thaønh Fe3+).

- Hematin keát tinh daïng muoái tinh theå clorhydrat ñaëc bieät (tinh theå Hemin hay Teichman).

ÖÙng duïng: xaùc ñònh veát maùu trong phaùp y.

Globin

Caáu truùc baäc 1

Globin cuûa Hb A1 goàm 4 chuoãi polypeptid : - Hai chuoãi  (141 aa/chuoãi) - Hai chuoãi  (146 aa/chuoãi). TC: 574 acid amin. Toå hôïp chuoãi: α2 2

Caáu truùc baäc 2

- 80% aa cuûa caùc chuoãi  vaø  taïo neân: 7 ñoaïn xoaén  helix (chuoãi ) hay 8 ñoaïn xoaén  helix (chuoãi ). - Moãi ñoaïn xoaén goàm 7 - 20 aa, kyù hieäu A, B, C …..theo thöù töï - Nhöõng ñoaïn aa coøn laïi khoâng xoaén, naèm giöõa noái caùc ñoaïn xoaén, kyù hieäu bôûi hai maãu töï cuûa hai ñoaïn xoaén ôû hai beân. (ví duï: ôû giöõa ñoaïn xoaén A vaø ñoaïn xoaén B laø ñoaïn AB khoâng xoaén)

Globin

Caáu truùc baäc 3 - Caùc chuoãi  vaø  cuoän khuùc taïi caùc ñoaïn acid amin khoâng xoaén - Moãi chuoãi polypeptid xoaén vaø cuoän khuùc + Hem = tieåu ñôn vò cuûa Hb. Caáu truùc baäc 4 Boán tieåu ñôn vò keát hôïp vôùi nhau taïo thaønh moät phaân töû Hb coù caáu truùc baäc 4 (tetramer)

Söï keát hôïp giöõa Hem vaø Globin taïo Hemoglobin

 1 chuoãi polypeptid cuûa Globin + 1 Hem:

- qua lieân keát phoái trí giöõa Fe2+ cuûa Hem vôùi nitô (N) trong nhaân imidazol cuûa acid amin histidin ôû ñoaïn xoaén F8 (His F8 hay His gaàn) vaø ñoaïn xoaén E7 (His E7 hay His xa) cuûa moãi chuoãi globin.

Hai lk naøy ôû veà hai phía cuûa maët phaúng protoporphyrin

- taïo thaønh moät tieåu ñôn vò (subunit) cuûa phaân töû Hb.  1 Globin + 4 Hem = 1Hb

 Hemoglobin goàm 4 tieåu ñôn vò (tetramer) (moãi tieåu ñôn vò goàm 1 chuoãi polypeptid + 1 hem)

Söï keát hôïp giöõa Hem vaø Globin taïo Hemoglobin

Söï keát hôïp giöõa Hem vaø Globin taïo Hemoglobin

Caáu truùc baäc 4 cuûa Hemoglobin

Söï keát hôïp giöõa Hem vaø Globin taïo Hemoglobin

Caáu truùc baäc 4 cuûa Hemoglobin

Caùc loaïi Hemoglobin

- Globin quyeát ñònh ñaëc tính chuûng loaïi cuûa Hb.

- Caùc globin khaùc nhau do thaønh phaàn & thöù töï saép xeáp cuûa caùc a.a khaùc nhau laøm thay ñoåi caáu truùc vaø tính chaát cuûa Hb. Hemoglobin bình thöôøng

- Hb G (Gower) 2 2 , (baøo thai). - Hb P (Porland) 2 2 (baøo thai). - Hb F (Fetal): α2 2 (treû sô sinh) - Hb A1 (Adult): α2 2 (ngöôøi tröôûng thaønh) - Hb A2 (2,5% toång soá Hb): 2 2 (ngöôøi tröôûng thaønh)

Caùc loaïi naøy chæ khaùc nhau ôû ñoaïn xoaén F cuûa globin.

Caùc loaïi Hemoglobin

Vò trí xoaén

Chuoãi Polypeptid/ Hb

F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9

Phe Phe Phe Ala Ser Ala Thr Gln Gln Leu Leu Leu Ser Ser Ser Glu Glu Glu Leu Leu Leu His His His Cys Cys Cys HbA () HbA2 () HbF ()

Söï khaùc nhau veà thaønh phaàn aa cuûa HbA, HbA2, HbF taïi caùc ñoaïn xoaén

Hemoglobin baát thöôøng (beänh lyù) Nguyeân nhaân

Söï thay ñoåi thaønh phaàn vaø thöù töï cuûa caùc aa trong phaân töû globin

AÛnh höôûng

- thay ñoåi ñoä tan vaø ñoä beàn vöõng cuûa Hb. - aûnh höôûng ñeán aùi löïc cuûa Hb ñoái vôùi oxy cuõng nhö söï vaän chuyeån oxy ñeán caùc toå chöùc.

Hb baát thöôøng gaây beänh lyù

Hemoglobin baát thöôøng (beänh lyù)

S )

A 2

Hb S (2

Glutamat ôû vò trí 6 cuûa chuoãi ñöôïc thay baèng valin, hoàng caàu coù daïng löôõi lieàm. Hoàng caàu bò phaù huûy gaây beänh lyù thieáu maùu tieâu huyeát maõn tính, ñau keùo daøi, ñoät quò, suy thaän….

Chaån ñoaùn: ñieän di huyeát thanh/OH- Hb S chuyeån dòch veà anod chaäm hôn Hb A

C)

A 2

Hemoglobin baát thöôøng (beänh lyù) Hb C (2 - Glutamat ôû vò trí 6 cuûa chuoãi  ñöôïc thay baèng lysin.

- Hoàng caàu coù hình bia.

Hb M:

Fe luoân ôû daïng Fe3+ taïo methemoglobin maùu khoâng chöõa ñöôïc baèng thuoác

Beänh - Thalassemie

- Hb bart vaø Hb H : baát thöôøng / toång hôïp chuoãi polypeptid 

- Gaây beänh thieáu maùu hoàng caàu nhoû nhöôïc saéc .

Beänh -Thalassemie

- Ñoät bieán/ toång hôïp chuoãi , gaây beänh thieáu maùu.

- Xaûy ra chuû yeáu ôû vuøng Ñòa trung haûi

Tính chaát cuûa Hemoglobin

 Keát hôïp vôùi O2 taïo Oxyhemoglobin (HbO2).

Ñaây laø phaûn öùng gaén oxy hay söï oxygen hoùa chöù khoâng phaûi laø phaûn öùng oxy hoùa vì ion saét vaãn coøn hoùa trò 2.

Keát hôïp vôùi O2

Lieân keát phoái trí giöõa His E7 vaø Fe2+ bò ñöùt, moät phaân töû oxy seõ theá choã His E7 ñeå gaén vôùi Fe2+.

Keát hôïp vôùi O2

- 1 nguyeân töû Fe cuûa Hem gaén vôùi moät phaân töû O2, - 1 phaân töû Hb gaén ñöôïc boán phaân töû O2. - 1g Hb gaén ñöôïc 1,34 ml oxygen.

- daïng caêng hay traïng thaùi T (Tense)

- Coù aùi löïc yeáu ñoái vôùi oxy.

- Dimer  töông taùc vôùi nhau qua heä thoáng lieân keát hydro vaø ion.

- Beàn vöõng nhôø söï hình thaønh caùc caàu muoái giöõa caùc chuoãi  Caáu hình gaén oxy (Oxyhemoglobin):

- Daïng daõn hay traïng thaùi R (Relax)

- Coù aùi löïc maïnh ñoái vôùi oxy - Lieân keát hydro vaø ion giöõa caùc dimer bò caét ñöùt, caùc caàu muoái bò phaù vôõ, caùc chuoãi polypeptid di chuyeån töï do hôn

 Caáu hình khoâng gaén oxy (Deoxyhemoglobin):

Caùc yeáu toá aûnh höôûng söï keát hôïp giöõa Hb vôùi O2  Töông taùc Hem - Hem

Caùc tieåu ñôn vò coù taùc ñoäng coäng löïc: söï keát hôïp cuûa 1 phaân töû oxy vôùi Hem ñaàu tieân seõ laøm taêng aùi löïc cuûa oxy vôùi caùc Hem coøn laïi

 Phaân aùp cuûa oxy (pO2)

ÔÛ moâ: pO2 thaáp, phaûn öùng xaûy ra theo chieàu nghòch, HbO2 bò phaân ly nhaû O2 ñeå cung caáp cho caùc moâ.

Vai troø quan troïng: vaän chuyeån oxy töø phoåi ñeán caùc toå chöùc

ÔÛ phoåi: pO2 cao , phaûn öùng xaûy ra theo chieàu thuaän taïo HbO2 theo maùu ñeán moâ. (khoaûng 97% -98% Hb ñöôïc baõo hoøa O2 ).

Caùc yeáu toá aûnh höôûng söï keát hôïp giöõa Hb vôùi O2  Söï thay ñoåi cuûa pH (Hieäu öùng Bohr)

Khi pH cuûa maùu giaûm hay khi phaân aùp CO2 (pCO2) taêng, khaû naêng keát hôïp vôùi oxy cuûa Hb giaûm,

 Chaát ñieàu hoøa 2,3-diphosphoglycerat (2,3 – DPG)

- Saûn phaåm trung gian cuûa quaù trình thoaùi hoùa glucid.

- Coù khaû naêng keát hôïp vaø laøm beàn vöõng caáu hình T cuûa phaân töû DeoxyHemoglobin, giaûm khaû naêng keát hôïp vôùi oxy, kích thích giaûi phoùng oxy ôû caùc toå chöùc.

trí keát hôïp: khe hôõ giöõa 2 chuoãi , trung taâm phaân töû

-Vò deoxyhemoglobin

Caùc yeáu toá aûnh höôûng söï keát hôïp giöõa Hb vôùi O2  Chaát ñieàu hoøa 2,3-diphosphoglycerat (2,3 – DPG)

Söï keát hôïp cuûa 2,3 - diphosphoglycerat (2,3-DPG) vôùi hemoglobin

Keát hôïp vôùi carbon dioxid (CO2)

Keát hôïp tröïc tieáp

ÔÛ moâ: pCO2 cao (46mmHg) phaûn öùng xaûy ra theo chieàu thuaän, carbohemoglobin ñöôïc taïo thaønh theo maùu ñeán phoåi.

Qua nhoùm amin (-NH2) töï do cuûa 4 chuoãi polypeptid trong globin taïo thaønh daãn xuaát carbaminoyl.(Carbohemoglobin):

ÔÛ phoåi: pCO2 thaáp (36mmHg), phaûn öùng xaûy ra theo chieàu nghòch , phaân ly giaûi phoùng CO2 vaø ñaøo thaûi ra ngoaøi theo ñöôøng hoâ haáp.

Keát hôïp vôùi carbon dioxid (CO2)

Keát hôïp giaùn tieáp

ÔÛ moâ: H+ ñöôïc taïo thaønh töø CO2 :

2H+ keát hôïp vôùi Hb vöøa phoùng thích 4 phaân töû oxy ñeå taïo thaønh 2H+Hb, theo maùu vaän chuyeån veà phoåi. Söï taïo H+, giaûm pH maùu, noàng ñoä cao cuûa CO2 thuùc ñaåy söï phoùng thích oxy vaø keát hôïp vôùi CO2 taïi moâ

ÔÛ phoåi: oxy gaén vaøo deoxy Hb seõ ñaåy H+ ra khoûi Hb. H+ keát hôïp vôùi bicarbonat giaûi phoùng CO2 ñaøo thaûi ra ngoaøi theo ñöôøng hoâ haáp

Vai troø: Vaän chuyeån CO2 töø toå chöùc ñeán phoåi ñeå ñaøo thaûi ra ngoaøi baèng ñöôøng hoâ haáp

Keát hôïp vôùi carbon monoxid (CO)

- taïo thaønh carboxyhemoglobin (HbCO) raát beàn vöõng, khoâng coøn khaû naêng vaän chuyeån oxygen.

- HbCO gaây ngoä ñoäc naëng. Ñieàu trò: hoãn hôïp khí carbogen (95% O2 + 5% CO2)

- CO gaén vaøo Hb taïi vò trí gioáng oxy, nhöng coù aùi löïc vôùi Hb maïnh hôn O2 gaáp 210 laàn, neân coù theå ñaåy O2 ra khoûi HbO2 deã daøng:

Söï oxy hoùa Hemoglobin

 Chaát oxy hoùa (nitrit, nitrat, clorat, ferricianur, nitrobenzen, polyphenol, ..) oxy hoùa Hb taïo methemoglobin (M-Hb)

 M-Hb khoâng coù khaû naêng gaén O2 neân khoâng coøn chöùc naêng hoâ haáp.

 M-Hb cao (> 1,5%) gaây ngoä ñoäc, ngaït thôû, da tím taùi vì thieáu oxy moâ (hoäi chöùng cyanose)  enzym diaphorase/cô theå khöû M-Hb thaønh Hb.  Ñieàu trò: tieâm caùc chaát khöû maïnh (xanh metylen, vitamin C....)

 Bình thöôøng Met Hb < 2% . Met Hb taêng trong:

- Ngoä ñoäc bôûi caùc chaát oxy hoùa - Thieáu men khöû Met Hb do di truyeàn - Caùc beänh Met Hb maùu do caùc daïng Hb baát thöôøng (HbM)

Tính chaát enzym cuûa hemoglobin

Tính chaát cuûa peroxidase

ÖÙng duïng: tìm maùu trong nöôùc tieåu vaø phaân.

Tính chaát cuûa catalase

Xuùc taùc phaûn öùng phaân huûy H202 :