Tài liệu Hóa học HEMOGLOBIN pptx

Cấu trúc bậc 4 Bốn tiểu đơn vị kết hợp với nhau tạo thành một phân tử Hb có cấu trúc bậc 4 tetramer Globin...  1 chuỗi polypeptid của Globin + 1 Hem:- qua liên kết phối trí giữa Fe2+ củ

HÓA HỌC HEMOGLOBIN

Bài giảng

Đối tượng giảng: Lớp D3 & CT2ThS Trần Thị Tường Linh

1.Mô tả được cấu tạo hóa học, cách phân loại & tính chất củaPorphyrin

2 Mô tả được cấu tạo hóa học của Hem và Globin

3 Trình bày, giải thích được sự kết hợp giữa Hem và Globin

4 Nêu được tính chất hóa học và vai trò quan trọng củaHemoglobin trong cơ thể

MỤC TIÊU

Protein phức tạp có nhóm ngoại là chất màu

- Cromoprotein với nhóm ngoại không chứa nhân porphyrin

Flavoprotein : nhóm ngoại chứa riboflavin

Feritin : nhóm ngoại chứa Fe

Hemocyamin : nhóm ngoại chứa Cu

- Cromoprotein với nhóm ngoại chứa nhân porphyrin (porphyrinoprotein)

Hemoglobin : sắc tố đỏ của hồng cầu.

Myoglobin: sắc tố hô hấp trong tb cơ

Clorophyl: diệp lục tố

Cytocrom : tham gia phản ứng oxy hóa khử trong chuỗi hô hấp tb

Catalase : tham gia phản ứng oxy hóa khử sinh học

ĐẠI CƯƠNG

- 4 vòng pyrol liên kết qua 4 cầu nối methylen (- CH=)

- Các vòng pyrol được đánh số I, II, III và IV (chiều kim đồng hồ)

- Các cầu nối methylen được ký hiệu  ,  ,  , 

-Vị trí của các nhóm thế trên khung phân tử được đánh số

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 và 8

Porphyrin

Cấu tạo hóa học: Nhân porphin + nhóm thế

Cấu trúc nhân porphin

Vòng pyrol CH

CH CH

N

CH

CH HC

HC HC

HC

HC

CH HC

3

4

5 6

7 8

1 2

3 4

5 6 7

II III

IV

Porphin (dạng viết tắt)

Một số dẫn xuất porphyrin thường gặp trong tự nhiên

NH

N

N H N

Một số dẫn xuất porphyrin thường gặp trong tự nhiên

Tính chất

- Có màu , có phổ hấp thu đặc trưng

- Độ tan phụ thuộc số lượng nhóm carboxyl thế

Ví dụ: Uroporphyrin có 8 nhóm carboxyl nên tan rất tốt trong nước

Protoporphyrin có 2 nhóm carboxyl nên ít tan trong nước, tan nhiều trong lipid.

- Dễ tạo phức với ion kim loại Metaloprotein

Hemoglobin, myoglobin, cytocrom, catalase: porphyrin + Fe 2+

Clorophyl: porphyrin + Mg 2+

- Tính kiềm yếu (N của nhân pyrol) và tính acid (-COOH ở mạch nhánh)

Điểm đẳng điện: 3 - 4,5.

Porphyrin

HEMOGLOBIN (Hb)

- Huyết cầu tố hay huyết sắc tố, ký hiệu: Hb

- Cromoprotein (porphyrinoprotein), màu đỏ, có / hồng cầuđộng vật cao cấp

- Kết tinh dưới dạng những tinh thể khác nhau tùy theo loài động vật

- Hồng cầu người chứa 32% Hb (15g/ 100 ml máu)

Đại cương

- Protein thuần: Globin

- Nhóm ngoại: Hem

Hem

Ù- Nhân protoporphyrin IX + sắt hóa trị II (Fe2+)

- Fe2+ ở trung tâm nối với 4 N của bốn vòng pyrol qua 4 lk nằm trên mặt phẳng (2 lk cộng hóa trị và 2 lk phối trí)

- Hem bị oxy hóa thành hematin (Fe2+ biến thành Fe3+).

- Hematin kết tinh dạng muối tinh thể clorhydrat đặc biệt (tinh thể Hemin hay Teichman)

Ứng dụng: xác định vết máu trong pháp y

Fe

N

N N

N

N

N N

N Cl

Hem

Cấu trúc bậc 1

Globin của Hb A1 gồm 4 chuỗi polypeptid :

- Hai chuỗi  ( 141 aa/chuỗi)

- Hai chuỗi  ( 146 aa/chuỗi)

TC: 574 acid amin

Tổ hợp chuỗi: α2 2

Cấu trúc bậc 2

- 80% aa của các chuỗi  và  tạo nên: 7 đoạn xoắn  helix (chuỗi  ) hay 8 đoạn xoắn  helix (chuỗi  ).

- Mỗi đoạn xoắn gồm 7 - 20 aa, ký hiệu A, B, C … theo thứ tự

- Những đoạn aa còn lại không xoắn, nằm giữa nối các đoạn xoắn, ký hiệu bởi hai mẫu tự của hai đoạn xoắn ở hai bên

( ví dụ: ở giữa đoạn xoắn A và đoạn xoắn B là đoạn AB không xoắn )

Globin

Cấu trúc bậc 3

- Các chuỗi  và  cuộn khúc tại các đoạn acid amin không xoắn

- Mỗi chuỗi polypeptid xoắn và cuộn khúc + Hem = tiểu đơn vị của Hb

Cấu trúc bậc 4

Bốn tiểu đơn vị kết hợp với nhau tạo thành một phân tử Hb có cấu trúc bậc 4 (tetramer)

Globin

 1 chuỗi polypeptid của Globin + 1 Hem:

- qua liên kết phối trí giữa Fe2+ của Hem với nitơ (N) trong nhân imidazol của acid amin histidin ở đoạn xoắn F8 (His F8 hay His gần) và đoạn xoắn E7 (His E7 hay His xa) của mỗi chuỗi globin

Hai lk này ở về hai phía của mặt phẳng protoporphyrin

- tạo thành một tiểu đơn vị (subunit) của phân tử Hb

 1 Globin + 4 Hem = 1Hb

 Hemoglobin gồm 4 tiểu đơn vị (tetramer)

(mỗi tiểu đơn vị gồm 1 chuỗi polypeptid + 1 hem)

Sự kết hợp giữa Hem và Globin tạo Hemoglobin

Sự kết hợp giữa Hem và Globin tạo Hemoglobin

Cấu trúc bậc 4 của Hemoglobin

Sự kết hợp giữa Hem và Globin tạo Hemoglobin

Cấu trúc bậc 4 của Hemoglobin

- Globin quyết định đặc tính chủng loại của Hb

- Các globin khác nhau do thành phần & thứ tự sắp xếp của các a.a

khác nhau làm thay đổi cấu trúc và tính chất của Hb

Hemoglobin bình thường

- Hb G (Gower) 2 2 , (bào thai)

- Hb P (Porland) 2 2 (bào thai)

- Hb F (Fetal): α2 2 (trẻ sơ sinh)

- Hb A1 (Adult): α2 2 (người trưởng thành)

- Hb A2 (2,5% tổng số Hb): 2 2 (người trưởng thành)

Các loại này chỉ khác nhau ở đoạn xoắn F của globin

Các loại Hemoglobin

Sự khác nhau về thành phần aa của HbA, HbA2, HbF tại các đoạn xoắn

Chuỗi

Polypeptid/

F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9HbA ()

HbA2 ()

HbF ()

PhePhePhe

AlaSerAla

ThrGlnGln

LeuLeuLeu

SerSerSer

GluGluGlu

LeuLeuLeu

HisHisHis

CysCysCysCác loại Hemoglobin

Sự thay đổi thành phần và thứ tự của các aa trong phân tử globin

Hb bất thường gây bệnh lý

Hemoglobin bất thường (bệnh

lý)

Nguyên nhân

- 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

Ảnh hưởng

Hb S (2A 2S )

Glutamat ở vị trí 6 của chuỗi  được thay bằng valin,

hồng cầu có dạng lưỡi liềm

Hồng cầu bị phá hủy gây bệnh lý thiếu máu tiêu huyết mãn tính, đau kéo dài, đột quị, suy thận…

Chẩn đoán: điện di huyết thanh/OH

-Hb S chuyển dịch về anod chậm hơn -Hb A

Hemoglobin bất thường (bệnh

lý)

Hb C ( 2A 2C )

- Glutamat ở vị trí 6 của chuỗi  được thay bằng lysin

- Hồng cầu có hình bia.

Hb M:

Fe luôn ở dạng Fe 3+ tạo methemoglobin máu không chữa được bằng thuốc

Bệnh  - Thalassemie

- Hb bart và Hb H : bất thường / tổng hợp chuỗi polypeptid 

- Gây bệnh thiếu máu hồng cầu nhỏ nhược sắc

Bệnh  -Thalassemie

- Đột biến/ tổng hợp chuỗi  , gây bệnh thiếu máu.

- Xảy ra chủ yếu ở vùng Địa trung hải

Hemoglobin bất thường (bệnh

lý)

 Kết hợp với O2 tạo Oxyhemoglobin (HbO2).

Đây là phản ứng gắn oxy hay sự oxygen hóa chứ không phải là phản ứng oxy hóa vì ion sắt vẫn còn hóa trị 2

N N N N

M

V

M P

Tính chất của Hemoglobin

Liên kết phối trí giữa His E7 và Fe2+ bị đứt, một phân tử oxy sẽthế chỗ His E7 để gắn với Fe2+.

Kết hợp với O2

- 1 nguyên tử Fe của Hem gắn với một phân tử O2,

- 1 phân tử Hb gắn được bốn phân tử O2

- 1g Hb gắn được 1,34 ml oxygen.

Kết hợp với O2

 Cấu hình không gắn oxy (Deoxyhemoglobin):

- dạng căng hay trạng thái T (Tense)

- Có ái lực yếu đối với oxy.

- Dimer  tương tác với nhau qua hệ thống liên kết hydro và ion

- Bền vững nhờ sự hình thành các cầu muối giữa các chuỗi

 Cấu hình gắn oxy (Oxyhemoglobin):

- Dạng dãn hay trạng thái R (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

Các yếu tố ảnh hưởng sự kết hợp giữa Hb với O2

 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 oxy (pO2)

Ở phổi: pO2 cao , phản ứng xảy ra theo chiều thuận tạo HbO2 theo máu đến mô (khoảng 97% -98% Hb được bão hòa O2 )

Ở mô: pO2 thấp, phản ứng xảy ra theo chiều nghịch, HbO2 bị phân

ly nhả O2 để cung cấp cho các mô

Vai trò quan trọng: vận chuyển oxy từ phổi đến các tổ chức

Các yếu tố ảnh hưởng 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,

 Chất điều hòa 2,3-diphosphoglycerat (2,3 – DPG)

- Sản phẩm trung gian của quá trình thoái hóa glucid

- Có khả năng kết hợp và làm bền vững cấu hình T của phân tửDeoxyHemoglobin, giảm khả năng kết hợp với oxy, kích thích giảiphóng oxy ở các tổ chức

-Vị trí kết hợp: khe hỡ giữa 2 chuỗi , trung tâm phân tửdeoxyhemoglobin

Các yếu tố ảnh hưởng sự kết hợp giữa Hb với O2

 Chất điều hòa 2,3-diphosphoglycerat (2,3 – DPG)

Sự kết hợp của 2,3 - diphosphoglycerat (2,3-DPG) với hemoglobin

Qua nhóm amin (-NH2) tự do của 4 chuỗi polypeptid trong globin tạo

thành dẫn xuất carbaminoyl.(Carbohemoglobin):

Ở mô: pCO2 cao (46mmHg) phản ứng xảy ra theo chiều thuận,

carbohemoglobin được tạo thành theo máu đến phổi

Ở phổi: pCO2 thấp (36mmHg), phản ứng xảy ra theo chiều nghịch , phân

ly giải phóng CO2 và đào thải ra ngoài theo đường hô hấp

Kết hợp với carbon dioxid (CO2)

Kết hợp trực tiếp

Kết hợp gián tiếp

Ở mô: H + được tạo thành từ CO2 :

2H + kết hợp với Hb vừa phóng thích 4 phân tử oxy để tạo thành 2H + Hb, theo máu vận chuyển về phổi.

Sự tạo H + , giảm pH máu, nồng độ cao của CO2 thúc đẩy sự 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

-Kết hợp với carbon dioxid (CO2)

Vai trò: Vận chuyển CO2 từ tổ chức đến phổi để đào thải ra ngoài bằng đường hô hấp

- tạo thành carboxyhemoglobin (HbCO) rất bền vững, không còn khả năng vận chuyển oxygen.

- CO gắn vào Hb tại vị trí giống oxy, nhưng có ái lực với Hb mạnh hơn

O2 gấp 210 lần, nên có thể đẩy O2 ra khỏi HbO2 dễ dàng:

- HbCO gây ngộ độc nặng

Điều trị: hỗn hợp khí carbogen (95% O2 + 5% CO2)

 Chất oxy hóa (nitrit, nitrat, clorat, ferricianur, nitrobenzen, polyphenol, ) oxy hóa Hb tạo methemoglobin (M-Hb)

 M-Hb không có khả năng gắn O2 nên không còn chức năng hô hấp

 M-Hb cao (> 1,5%) gây ngộ độc, ngạt thở, da tím tái vì thiếu oxy mô (hội chứng cyanose)

 enzym diaphorase/cơ thể khử M-Hb thành Hb.

 Điều trị: tiêm các chất khử mạnh (xanh metylen, vitamin C )

 Bình thường Met Hb < 2% Met Hb tăng trong:

- Ngộ độc bởi các chất oxy hóa

- Thiếu men khử Met Hb do di truyền

- Các bệnh Met Hb máu do các dạng Hb bất thường (HbM)

Hb M - Hb + e

-Methemoglobin

Sự oxy hóa Hemoglobin

Tính chất của peroxidase

Xúc tác phản ứng phân hủy H202 :

Ứng dụng: tìm máu trong nước tiểu và phân

Tính chất của catalase