Cromoprotein
Protein phức tạp có nhóm ngoại là chất
màu
• Hemoglobin
• Myoglobin
• Chlorophyl
• Cytocrom
• Catalase
• Flavoprotein
(riboflavin)
• Feritin (Fe)
• Homocyanin
(Cu)
Cấu tạo hóa học
Nhân cơ bản là
porphin
• 4 vòng pyrol đánh số
I, II, III, IV (chiều
KĐH)
• 4 cầu nối methylen
ký hiệu a, b, g, d
• Nhóm thế trên khung
đánh số từ 1 đến 8
39 trang |
Chia sẻ: thuyduongbt11 | Ngày: 17/06/2022 | Lượt xem: 284 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Bài giảng Hóa sinh - Chương 11: Hóa học Hemoglobin, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Chương 11
Hóa học
Hemoglobin
1
Nội dung
Đại cương
Hemoglobin (Hb)
2
1. ĐẠI CƯƠNG
Cromoprotein
Protein phức tạp có nhóm ngoại là chất
màu
• Hemoglobin
• Myoglobin
• Chlorophyl
• Cytocrom
• Catalase
• Flavoprotein
(riboflavin)
• Feritin (Fe)
• Homocyanin
(Cu)
Cấu tạo hóa học
Nhân cơ bản là
porphin
• 4 vòng pyrol đánh số
I, II, III, IV (chiều
KĐH)
• 4 cầu nối methylen
ký hiệu a, b, g, d
• Nhóm thế trên khung
đánh số từ 1 đến 8
Porphyrin
Cấu tạo hóa học
Porphyrin = nhân porphin + nhóm thế
• Methyl (M)
• Acetyl (A)
• Propionyl (P)
• Vinyl (V)
Porphyrin
Tính chất
Có màu
Độ tan phụ thuộc số lượng nhóm carboxyl
Tạo phức với kim loại
Tính kiềm yếu (N nhân pyrol) + tính acid (nhóm
–COOH mạch nhánh). pHi ~ 3-4.5
Porphyrin
2. HEMOGLOBIN (HB)
Kí hiệu: Hb (huyết
sắc tố, huyết cầu
tố), màu đỏ
Hồng cầu người
chứa ~ 32% Hb
(15g/100 ml máu
toàn phần)
Vai trò
Vận chuyển O2, CO2
hệ đệm quan trọng
Hb - Protein vận chuyển O2
Gồm 2 phần:
Protein thuần: globin (apoprotein)
Nhóm ngoại: hem (nhóm prosthetic)
Cấu tạo hóa học
Là hợp chất gồm có nhân protoporphyrin IX gắn
với sắt hóa trị II (Fe2+)
Fe2+ nằm ở trung tâm nối với 4 nguyên tử N của 4
vòng pyrol qua 4 liên kết (2 lk CHT và 2 lk phối trí)
Hem
Fe2+ còn 2 lk phối trí thẳng góc mp phân tử,
mỗi lk 1 phía
Kết hợp globin
Kết hợp O2/CO2
Hem
Hem bị oxi hóa thành hematin, khi đó Fe2+ biến
thành Fe3+
Hematin kết tinh dạng muối tinh thể clohydrat đặc
biệt (tinh thể Hemin hay Teichman).
Ứng dụng: xác định vết máu trong pháp y
Hem
Ở người trưởng thành, globin của Hb A gồm
4 chuỗi polypeptide có cấu trúc bậc I
2 chuỗi α mỗi chuỗi có 141 aa
2 chuỗi β mỗi chuỗi có 146 aa
Các chuỗi gắn với nhau bằng tương tác không cộng hóa
trị tạo thành 2 dimer (αβ)1 và (αβ)2
Globin
Trong cấu trúc bậc II
chuỗi α tạo nên 7 đoạn xoắn
chuỗi β tạo nên 8 đoạn xoắn
Mỗi đoạn xoắn từ 7 – 20 aa, ký hiệu A,B, C
Trong cấu trúc bậc III
Các chuỗi α, β cuộn khúc tại đoạn aa không xoắn
Mỗi chuỗi polypeptid xoắn và cuộn khúc + Hem = tiểu
đơn vị của Hb
Về mặt không gian
Globin tạo khe kỵ nước
Hem vùi trong khe kỵ nước
Tương tác bằng các lk:
• ion
• Hydro
• Lực Van der waals
Globin
Mỗi chuỗi polypeptide của globin kết hợp 1
Hem qua 2 liên kết phối trí giữa Fe2+ của
Hem với 2 N của nhân imidazol thuộc aa
Histidin trong mỗi chuỗi globin một tiểu
đơn vị
His F8: his gần
( kết hợp trực tiếp)
His E7: his xa
Cấu trúc của Hemoglobin
Globin quyết định đặc tính chủng loại của Hb
Các Globin khác nhau do
thành phần và thứ tự sắp xếp của các aa khác
nhau
làm thay đổi cấu trúc và tính chất của Hb
Các loại Hemoglobin
Hb bình thường
Hb G Phôi thai
Hb P Phôi thai
Hb F Bào thai và trẻ sơ sinh
Hb A Người trưởng thành
Hb A2 2,5% tổng số Hb ở người trưởng thành
Các loại Hemoglobin
Khác nhau về thành phần aa ở đoạn xoắn F của globin
Chuỗi
polypetid/Hb
Vị trí xoắn
F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9
Hb A (b)
Hb A2 (d)
Hb F (g)
Phe
Phe
Phe
Ala
Ser
Phe
Thr
Gln
Gln
Leu
Leu
Leu
Ser
Ser
Ser
Glu
Glu
Glu
Leu
Leu
Leu
His
His
His
Cys
Cys
Cys
Hemoglobin bất thường
Sự thay đổi thành phần và thứ tự của các aa
trong phân tử Globin
Thay đổi độ tan và độ bền vững của Hb
Ảnh hưởng đến ái lực của Hb đối với oxy cũng
như sự vận chuyển oxy đến các tổ chức
Hb bất thường gây bệnh lý
Các loại Hemoglobin
Glu ở vị trí 6 của chuỗi β được
thay bằng val, HC có dạng lưỡi
liềm
HC bị phá hủy gây thiếu máu tiêu
huyết mãn tính, đau kéo dài, đột
quỵ, suy thận
Chẩn đoán: điện di, Hb S chuyển
dịch về anod chậm hơn HbA
HbS
Glu ở vị trí 6 của chuỗi β được thay bằng lysin
Hồng cầu có hình bia
HbC
Fe luôn ở trạng thái Fe3+ tạo methemoglobin
máu
không chữa được bằng thuốc
Hb M
α-Thalassemia
bất thường/tổng hợp chuỗi polypeptid α tạo Hb Bart và
Hb H
Gây bệnh thiếu máu hồng cầu nhỏ nhược sắc
β-Thalassemia
Đột biến/tổng hợp chuỗi β gây bệnh thiếu máu huyết giải
Xảy ra chủ yếu ở vùng Địa Trung Hải
Thalassemia
Hb bất thường (Hb bệnh lý)
HbS (α2
Aβ2
S) Hồng cầu có dạng lưỡi liềm
HbC (α2
Aβ2
C) Gây thiếu máu huyết giải nhẹ
HbM Hiện tượng tạo methemoglobin máu do
Fe luôn ở trạng thái Fe3+
Thalassemia
•Bệnh α-
thalassemia
•Bệnh β-
thalassemia
Bệnh thiếu máu huyết giải do di truyền
xảy ra vì có sự mất cân bằng trong tổng
hợp các chuỗi polypeptide của globin
•Do bất thường trong tổng hợp chuỗi
polypeptide α
•Do có những đột biến trong tổng hợp
chuỗi β
Các loại Hemoglobin
Kết hợp với O2
Kết hợp với CO2
Kết hợp CO
Sự oxy hóa Hb
Tính chất enzyme của Hb
Tính chất của hemoglobin
Cơ chế kết hợp
Đây là PƯ gắn oxy hay
sự oxygen hóa, không
phải PƯ oxh vì ion sắt
vẫn còn hóa trị 2
Lk phối trí giữa His E7 và
Fe2+ bị đứt, 1 phân tử O2
sẽ thế chỗ His E7 để gắn
với Fe2+
1 phân tử Hb gắn được 4
phân tử O2
Kết hợp với O2
Hb + O2 ↔ HbO2
Hemoglobin oxyhemoglobin
Đường cong bão hòa oxy
Kết hợp với O2
Cấu hình không gắn oxy
(Deoxyhemoglobin)
Dạng “căng” hay (Tense)
Có ái lực yếu đối với oxy
Dimer αβ tương tác với nhau
qua hệ thống lk hydro và ion
Bền vững nhờ sự hình thành
các cầu muối giữa các chuỗi
Cấu hình gắn oxy
(Oxyhemoglobin)
Dạng “dãn” hay (Relax)
Có ái lực mạnh đối với oxy
Liên kết hydro và ion giữa
các dimer bị cắt đứt, các cầu
muối bị phá vỡ, các chuỗi
polypeptid di chuyển tự do
hơn
Deoxyhemoglobin- Oxyhemoglobin
cấu hình không gắn oxy – trạng thái T
cấu hình gắn oxy – trạng thái R
Deoxyhemoglobin- Oxyhemoglobin
Tương tác hem-hem
Các tiểu đơn vị có tác động cộng lực: sự kết
hợp của 1 phân tử oxy với Hem đầu tiên sẽ làm
tăng ái lực của oxy với các Hem còn lại
Phân áp của O2 (pO2)
Ở phổi: pO2 cao, PƯ theo chiều thuận tạo HbO2
theo máu đến mô (khoảng 97%-98% Hb được
bão hòa O2)
Ở mô: pO2 thấp, PƯ theo chiều nghịch, HbO2 bị
phân ly nhả O2 để cung cấp cho các mô
Hb đóng vai trò vận chuyển O2 từ phổi đến các
tổ chức
Các YTAH sự kết hợp giữa Hb với O2
Sự thay đổi của pH – hiệu ứng Bohr
Khi pH của máu giảm hay khi phân áp CO2 (pCO2) tăng,
khả năng kết hợp với oxy của Hb giảm
Các YTAH sự kết hợp giữa Hb với O2
Chất điều hòa 2,3-BPG
(2,3-biphosphoglycerat)
Sản phẩm trung gian của
quá trình thoái hóa glucid
Có khả năng kết hợp và làm
bền vững cấu hình T của
phân tử deoxyhemoglobin,
giảm khả năng kết hợp với
oxy, kích thích giải phóng
oxy ở các tổ chức
Vị trí kết hợp: khe hở giữa 2
chuỗi β, trung tâm phân tử
deoxyhemoglobin
Các YTAH sự kết hợp giữa Hb với O2
Kết hợp trực tiếp
Qua nhóm -NH2 tự do của 4 chuỗi polypeptid tạo dẫn
xuất carbaminohemoglobin (Carbohemoglobin)
Ở mô: pCO2 cao (46mmHg) PƯ theo chiều thuận,
carbohemoglobin được tạo thành theo máu đến phổi
Ở phổi: pCO2 thấp (36mmHg) PƯ theo chiều nghịch,
phân ly giải phóng CO2 và đào thải ra ngoài theo đường
hô hấp
Kết hợp với carbon dioxyd (CO2)
Kết hợp gián tiếp
Ở mô:
• H+ được tạo thành từ CO2
• H+ kết hợp với Hb vừa phóng
thích 4 phân tử oxy để tạo
thành HHb+ theo máu về phổi
• Sự tạo H+, giảm pH máu, nồng
độ cao CO2 thúc đẩy phóng
thích oxy và kết hợp với CO2 tại
mô
Ở phổi:
• oxy gắn vào deoxy Hb sẽ đẩy
H+ ra khỏi Hb
• H+ kết hợp với bicarbonat giải
phóng CO2 đào thải ra ngoài
theo đường hô hấp
Vai trò: vận chuyển CO2 và
H+ từ tổ chức đến phổi để
đào thải ra ngoài
Kết hợp với carbon dioxyd (CO2)
Tạo thành carboxyhemoglobin (HbCO) rất
bền vững, không còn khả năng vận chuyển
oxygen
Hb + CO → HbCO
CO gắn vào Hb tại vị trí giống oxy, ái lực với
Hb mạnh hơn oxy gấp 220 lần nên dễ dàng
đẩy oxy ra khỏi HbO2
HbO2 + CO ↔ HbCO + O2
HbCO gây ngộ độc nặng
Điều trị: hỗn hợp khí carbogen (95% O2 +
5% CO2)
Sự kết hợp với carbon monoxyd (CO)
Các chất oxy hóa (nitrit, nitrate, clorate,
ferricanid, nitrobenzen, polyphenol) có thể
oxy hóa Fe2+ của Hb thành Fe3+ tạo thành
methemoglobin (M-Hb) và giải phóng điện tử
M-Hb không có khả năng gắn với O2 nên
không có chức năng hô hấp
Hb ↔ M-Hb + e-
Sự oxy hóa hemoglobin
Tính chất của peroxidase
Ứng dụng: tìm máu trong nước tiểu và phân
Tính chất của Catalase
Tính chất đệm
Hb là hệ đệm trong máu quan trọng thứ 2 sau
hệ đệm bicarbonate
Tính chất enzyme của hemoglobin
H2O2 + AH2 → 2H2O + A
Hb hay peroxydase
2H2O2 → 2H2O + O2
Hb hay catalase
Cấu trúc: 1 chuỗi globin và hem
Trong cytosol của tế bào mô cơ
Mb liên kết với O2 được giải phóng từ Hb
Myoglobin (Mb) – protein dự trữ O2
THANK YOU!
L.O.G.O
39