Báo cáo hoá sinh thực phẩm hemoglobin myoglobin

Hemoglobin Myoglobin GVHD: TS Trần Bích Lam Báo cáo Hố sinh thực phẩm Đề tài GVHD: TS Trần Bích Lam SVTH: HC06TP Tháng 11 năm 2008 ~1~ Hemoglobin Myoglobin GVHD: TS Trần Bích Lam Mục lục Giới thiệu đề tài I Mục tiêu II Phân công thực Nội dung Chương 1: Hemoglobin I Giới thiệu II Cấu tạo hoá học III Chức sinh học Hemoglobin IV Tính chất Hemoglobin Chương 2: Myoglobin I Giới thiệu II Cấu tạo hoá học III Chức sinh học Myoglobin IV Tính chất Myoglobin Chương 3: Sự khác Hemoglobin Myoglobin Tài liệu tham khảo ~2~ Hemoglobin Myoglobin GVHD: TS Trần Bích Lam Giới thiệu đề tài I Mục tiêu  Mô tả cấu tạo HEM (vẽ hình)  Phân tích cấu tạo GLOBIN  Phân tích kết hợp HEM GLOBIN  Hiểu vai trò Hb việc vận chuyển khí  Phân tích kết hợp thuận nghịch HEMOGLOBIN (Hb) với oxy (O2) carbon dioxyd (CO2)  Mơ tả tính chất kết hợp Hb với oxyd carbon (CO)  Nêu tên chất oxy hóa Hb thành Met-Hb  Nêu tính chất enzym Hb  Myoglobin  So sánh Hemoglobin Myoglobin II Phân công thực  Giới thiệu Hemoglobin Myoglobin: Mỹ Duyên  Cấu tạo, chức năng, tính chất Hemoglobin: Trung Thành, Quang Khoa, Thanh Hà  Cấu tạo, chức năng, tính chất Myoglobin: Thuý Ngọc, Thu Linh, Ngọc Bình  So sánh Hemoglobin Myoglobin: Trà Mi  Trình bày nội dung thành file word file power point: Ngọc Oanh  Thuyết trình Hemoglobin so sánh Hb - myoglobin: Ngọc Oanh  Thuyết trình Myoglobin: Mỹ Duyên ~3~ Hemoglobin Myoglobin GVHD: TS Trần Bích Lam Chương 1: Hemoglobin I Giới thiệu Một chức máu vận chuyển oxy Oxy khơng khí hít vào phổi, từ phổi vận chuyển theo dòng máu để đến mô Ở mô máu nhận CO 2, sản phẩm q trình chuyển hố, đem trở lại phổi để thải ngồi Trung bình ngày qua nhiều vịng tuần hồn, máu vận chuyển khoảng 600 lit oxy phổi đến mô Khả vận chuyển máu lớn lượng oxy hoà tan lại ít, 100 ml máu hoà tan trực tiếp 39 ml oxy 100ml máu động mạch phổi chứa đến 20 ml oxy, 19 ml oxi vận chuyển nào? Theo chế nào? Ta xem xét cấu tạo hoá học chất vận chuyển khí quan máu: Hemoglobin      Là huyết cầu tố (kí hiệu Hb) Là porphyrinoprotein gồm protein GLOBIN nhóm ngoại HEM Hồng cầu người: 32% Hb, Hb hồng cầu, hồng cầu bảo vệ Mỗi sinh vật có loại Hb khác nhau, tuỳ thuộc vào nhóm globin Mỗi hồng cầu có 640 triệu phân tử Hb Hemoglobin Myoglobin hình 1: myoglobin hemoglobin ~4~ Hemoglobin Myoglobin II GVHD: TS Trần Bích Lam Cấu tạo hố học: Protein thuần: globin Nhóm ngoại: Hem 1.Cấu tạo hem:  Là protoporphyrin IX gắn với nguyên tử Fe2+ nối cộng hóa trị nối phối trí Fe2+  HEM porphyrin: vịng pyrol Protoporphyrin nhóm (M, V, M,V,M,P,P,M) M M V N N P Fe M N N P V M Hình 2: hem  Nguyên tử Fe hem Nguyên tử Fe heme liên kết với nguyên tử N trung tâm vòng porphyrin, vậy, cịn phối trí tự ngun tử Fe, phối trí tự nằm phía mặt phẳng heme Nhóm heme nằm đường nứt hay kẽ hở phân tử myoglobin, bao quanh phần không phân cực trừ phân tử histidine phân cực mà ~5~ Hemoglobin Myoglobin GVHD: TS Trần Bích Lam Một phối trí tự Fe liên kết với histidine này, lại phối trí tự Fe nắm phía vịng liên kết với oxygen Nhóm histidine thứ gần bên, đóng vai trị cho nhiệm vụ khác: giúp điều chỉnh hình dạng khe giúp cho có phân tử có kích thước nhỏ chui qua đề phản ứng với nguyên tử Fe, mà giúp cho phản ứng nghịch tức phản ứng phóng thích oxygen lk với Fe Thiệt hấp dẫn thấy cấu trúc 3D phức tạp phân tử protein myoglobin to lớn lại cấu tạo để sản xuất xác cho hình dạng khe hở, với nhóm histidine bên phải để giúp cho phản ứng theo chiều nghịch diễn cần thiết Nguyên tử sắt mạch protein làm thay đổi bước sóng hấp thụ làm cho hemoglobin có màu đặc trưng Hemoglobin oxy hóa (máu từ động mạch) có màu đỏ sáng(hic, đỏ tươi dễ nghe hơn), khơng có Oxy (máu tĩnh mạch), hemoglobin chuyển sang màu đõ tối  Khi Hem bị oxy hóa HEM HEMATIN Fe+2 Fe+3 N HEMIN (tím) (tinh thể Teichman) N N Fe N N Fe OH N N Cấu tạo globin: · Cấu trúc bậc I: Chuỗi a b H2N ¾ COOH (141 aa) H2N ¾ COOH (146 aa) · Cấu trúc bậc II: ~6~ Cl N Hemoglobin Myoglobin GVHD: TS Trần Bích Lam 70% aa chuỗi a & b tạo thành nhiều đoạn xoắn a A B A C B B D C C D · Cấu trúc bậc III: chuỗi a & b gấp khúc B Hinh 3: Cấu trúc bậc hai, bậc ba globin với vòng Đoạn không xoắn A A  Gọi tên aa chuỗi polypeptid thứ tự chúng đoạn xoắn Td: Asp G1 His E7; His F8  Để xác định khác biệt Hb, người ta phải xác định thứ tự aa cấu trúc bậc I Globin HbA & HbS: chuỗi b: Glu (6) HbA bị Val (HbS) HbA & HbC: chuỗi b: Glu (6) HbA bị Lys (HbC) ® Pauling coi biểu bệnh lý phân tử Mẫu tự A, B, C  Ký hiệu Hb: nơi tìm ra…  1961, Gerand & Ingram: ký hiệu theo chuỗi polypeptid ~7~ Hemoglobin Myoglobin Td: HbA: GVHD: TS Trần Bích Lam a2Ab2A HbS: a2Ab2S HbC: a2Ab2C ô ô a2Ab26gluđval a2Ab26gluđlys Sickle Cell Mutation Chromosome 16 5' Chromosome 11 5'   Normal (HbA) CCT GAG GAG -Pro-Glu-Glu- A   G A  * 3' 3' Abnormal (HbS)     CCT GTG GAG -Pro-Val-Glu- S -O2 +O OXY-STATE  -O +O DEOXY- ~8~ Hemoglobin Myoglobin GVHD: TS Trần Bích Lam Sự liên kết hem globin hay cấu trúc phân tử hemoglobin: Mỗi chuỗi polypeptid GLOBIN kết hợp với HEM qua liên kết phối trí Fe+2 N nhân Imidazol aa histidin E7 & F8 tạo thành bán đơn vị phân tử Hb (His xa) HIS (E7) N O=O N N N Fe Fe N N N N HIS (F8) HIS (F8)  Nguyên tử Fe gồm liên kết: - liên kết cộng hóa trị - liên kết phối trí  Khi kết hợp oxy, nguyên tử Fe hóa trị ® phản ứng gắn oxy khơng phải oxy hóa N N N Fe N N Fe N N O2 N N N N N HIS HIS HIS HIS V M N N M M N Fe P N V Fe P P N GLOBIN GLOBIN Hình 4:Bán đơn vị Hb tự kết hợp oxy ~9~ N V N M N N M M N N P V M M O2 Hemoglobin Myoglobin GVHD: TS Trần Bích Lam HEMOGLOBIN:  Protein hình cầu, đường kính 5,5 nm  Gồm bán đơn vị giống đôi  Mỗi bán đơn vị: Hem chuỗi polypeptid Trọng lượng phân tử: » 17.000 Da  Khoảng cách Hem/Hb » 2,5nm  Fe+2 Hb » 0,34% Hình 5:Bán đơn vị Hb globin globin globin globin Hình 6: Phân tử Hb hồn chỉnh ~ 10 ~ Hemoglobin Myoglobin GVHD: TS Trần Bích Lam Ở mô: phân áp O2 thấp (40mmHg) phản ứng xảy theo chiều nghịch, HbO2 phân ly, nhả O2 cho mô Để biết rõ khả vận chuyện O2 hemoglobin , quan sát đường cong phân ly Hb-O2 : Tĩnh mạch Động mạch Phân áp oxy Đường cong phân ly Hb-oxy (đường cong Barcroft) Trên đường cong Barcrofl này: * Ở phần PO2 thấp (nơi HbO2 nhả O2 cho mơ): đường cong dốc « thay đổi nhỏ PO2 làm thay đổi giao O2 cho mô cách đáng kể Þ giúp định PO2/mô * Ở phần PO2 cao (nơi Hb lấy O2 từ phổi) đường cong tà: PO2: 60mmHg ® bão hịa Hb với O2: 89% PO2 500 độ bão hịa HbO2 100% ® PO2 mơi trường, phế nang thay đổi nhiều độ bão hịa HbO2 & lượng oxy giao mơ khơng bị giao động Þ PO2 mơ ổn định Þ Hb có tính đệm giúp PO2/ mơ ổn định, đảm bảo định nội môi ~ 14 ~ Hemoglobin Myoglobin GVHD: TS Trần Bích Lam *Vị trí bình thường đường cong tùy thuộc vào:  Nồng độ 2,3-DPG:  Nồng độ ion H+ (pH):  CO2 hồng cầu  Cấu trúc Hb… Tóm lại, đường cong phân ly Hb-O2 : • Lệch phải (dể nhả oxy) khi: • 2,3-DPG cao • H+ cao • CO2 cao • HbS • Lệch trái (dể gắn oxy) khi: ~ 15 ~ Hemoglobin Myoglobin • • GVHD: TS Trần Bích Lam 2,3-DPG thấp HbF Do mô hoạt động trao đổi chất mạnh (khi co cơ), tạo thành nhiều axit, CO2 làm tăng tách O2 khỏi oxyhemoglobin Vận chuyển CO2 Hồng cầu vận chuyển CO2 từ tổ chức phổi theo phản ứng sau: a) Hb kết hợp trực tiếp với CO2: qua nhóm NH2 tự Globin tạo thành carbonyl Hb(HbCO2) R-NH2 CO2 « + R-NH-COOH (dẫn xuất carbamyl) Hay: Hb + CO2 « HbCO2 Ðây phản ứng thuận nghịch, chiều phản ứng phân áp CO2 định HbCO2 có màu đỏ thẫm, đặc trưng cho máu tĩnh mạch Chỉ khoảng 20% CO2 vận chuyển hình thức SƠ ĐỒ VẬN CHUYỂN CO2 * Ở mô : PCO2 = 46mmHg : phản ứng theo chiều thuận *Ở phổi: PCO2 = 36mmHg : phản ứng theo chiều nghịch b) Hb vận chuyển gián tiếp CO2 CO2 thẩm thấu từ mơ vào máu: H2CO3 « H+ + HCO3- CO2 + H2O CA ( carbonic anhydrase) H+ gắn vào His (146) tận chuỗi b Hb tự (vừa giải phóng O2) tạo Hb2H+ ® đến phổi: H+ giải phóng: H+ + HCO3- Þ H2CO3 H2CO3 H2O + CO2 CA ~ 16 ~ Hemoglobin Myoglobin GVHD: TS Trần Bích Lam Thở SƠ ĐỒ VẬN CHUYỂN CO2 GIÁN TIẾP 2CO2 + 2H2O 2H2CO3 CỦA Hb CA Hb.4O2 2HCO3- Ở Mô 4O2 + 2H+ 2H+ + 2HCO3- 4O2 Hb.2H+ 2H2CO3 Ở Phổi CA Sf CT Krebs IV (Carbonic 2CO2 Anhydrase) + 2H2O Tính chất Hb: Kết hợp thuận nghịch với oxy tạo oxyhemoglobin: Hb + (Đỏ tươi) O2 = HbO2 (Đỏ thẫm) Cơ chế hồn tồn giống trình bày phần chức sinh học Hb Ái lực Hb với O2 còn giảm tăng nồng độ H+, nồng độ CO2 (ở pH xác định) Do mô hoạt động trao đổi chất mạnh (khi co cơ), tạo thành nhiều axit, CO2 sẽ làm tăng tách O2 khỏi oxyhemoglobin Mối liên hệ khả kết hợp O2,H+, CO2 gọi hiệu ứng Borh Vận chuyển tách Hb protein phụ thuộc số lượng phân tử protein Sự kết dính O2 đến phân tử gây nhớ lại phân tử để thay đổi hình dạng cách nhẹ nhàng tăng khả tiếp xúc cho O2 ~ 17 ~ Hemoglobin Myoglobin GVHD: TS Trần Bích Lam Oxy hố Hb tạo thành Methemoglobin: chất oxy hóa MetHb + e- Hb (Fe+2) (Fe+3) nitrit, clorat, ferricyanua… Kết hợp với carbondioxyd (CO2) tạo carbonyl Hb (CO2Hb) Ngoài khả kết hợp với O2, Hb còn tham gia vận chuyển H+ CO2 Có cặp nhóm kết hợp proton là: nhóm amin đầu N hai gốc H+ Ba cặp nhóm có vi môi trường khác oxy dezoxyl – Hb Trong dezoxy – Hb môi trường trực tiếp chúng tích điện âm nhiều hơn, kết quả chúng lấy H+ giải phóng O2 CO2 kết hợp với nhóm amin đầu N Hb Dạng khơng ion hóa nhóm α-amin đầu N Hb phản ứng thuận nghịch với CO2 tạo thành dạng cacbamat: R – NH2 + CO2 = RHCOO- + H+ Khi kết hợp với CO2 làm giảm lực Hb với O2, CO2 kết hợp với dezoxy – Hb chặt oxy – Hb ~ 18 ~ Hemoglobin Myoglobin GVHD: TS Trần Bích Lam Kết hợp với Oxyd carbon (CO): Ngồi chất trên, Hb còn kết hợp với CO, lực với CO gấp 210 lần so với O2 Oxy hóa Hb, tạo thành metemoglobin (Fe3+) khả kết hợp với O2 Hb + CO →HbCO CO đẩy O2 khỏi HbO2 HbO2 + CO →HbCO + O2 Các hợp chất xianua, H2O2, KMnO4 có tác dụng này, điều kiện nhẹ nhàng khơng làm biến tính globin, oxy hóa Fe2+ Tính chất enzyme:  Tính chất peroxydase: H2O2 + AH2 2H2O + A Hb  Tính chất catalase: H2O2 2H2O + O2 Hb ~ 19 ~ Hemoglobin Myoglobin GVHD: TS Trần Bích Lam Chương 2: Myoglobin I Giới thiệu: Myoglobin protein có kiến trúc hóa học tương đối đơn giản Sự phân phối myoglobin sinh vật phản ảnh chức vụ sinh lý : có nhiều cầm thú chuyên lặn lâu nước (cá voi, cá heo, hải cẩu, v.v…) mô tim lồi người II Cấu tạo hố học: Là protein có cấu trúc bậc điển hình, khối lượng phân tử 16700 dalton Cấu tạo gồm nhóm ngoại heme phân tử globin + Phân tử globin 153 gốc acid amin tạo nên, có 121 gốc tham gia vào cấu trúc xoắn α + Heme gắn với globin gốc histidin có số thứ tự 93 Cơng thức cấu tạo: hay: Cấu trúc không gian: Cấu trúc bậc myoglobin ~ 20 ~ Hemoglobin Myoglobin III GVHD: TS Trần Bích Lam Chức sinh học: Myoglobin có ba chức vụ 1) Chun chở dưởng khí (từ hồng huyết cầu vào nội bào mitochondria) 2) Chức vụ xúc tác để vớt vát NO (nitrogen oxide) 3) Dự trữ dưỡng khí cho mơ thịt Kiến trúc phân tử hóa học myoglobin ngăn ngừa kết hợp với CO (carbon monoxide) giúp tim hoạt động lâu trường hợp trúng độc CO Những người có khả nín thở lặn lâu nước có nhiều myoglobin người bình thường Myoglobin có chức vụ gián tiếp trường hợp thương tổn bắp thịt Myoglobin thoát khỏi mô thịt bi thương tổn lọc vào nước tiểu làm nước tiểu có màu hồng Nó độc cho tubular epithelium thận đưa đến thận suy cấp tính Myoglobin giải phóng oxi p0 mức thấp có tác dụng kho dự trữ oxi Oxy gắn với myoglobin chặt nhiều giải phóng pO thấp, myoglobin sắc tố có lợi q trình hoạt động tích cực mà oxy từ máu không đủ đến Khi hoạt động pO giảm xuống đến oxy tách khỏi myoglobin, hô hấp ưa khí tiếp tục Myoglobin góp phần đáng kể vào hoạt động thờI gian dài Khi nguồn dự trữ oxy cạn kiệt, thể bắt đầu hơ hấp yếm khí tạo axit lactic IV Tính chất: ~ 21 ~ Hemoglobin Myoglobin GVHD: TS Trần Bích Lam Desoxymioglobin sắc tố bẩm sinh thịt làm cho thịt có màu đỏ tía, Fe có hóa trị II Myoglobin (Mb) mang oxy tạo thành Oxymyoglobin (MbO2) có màu đỏ rực MbO2 chất dự trữ oxy cho cơ, Fe có hóa trị II Màu MbO2 nhận thấy rõ bề mặt thịt tươi Mb MbO2 bị oxy hóa Fe2+ chuyển thành Fe3+ tạo nên Metmyoglobin (MMb) có màu nâu Khi nguyên tử Fe trạng thái Fe3+ phân tử Mb khơng có khả kết hợp với oxy Desoxymyoglobi n V Fe2+(đỏ tía) Oxymyoglobin Oxy hố Khử Fe2+(đỏ tươi) phản ứng cộng oxy Oxy hố Metmyoglobin Khử Fe3+(màu nâu) Màu sắc thịt tươi tỉ lệ chất qui định Khi quan sát ta thấy bên ngồi thịt có màu đỏ tươi ( hồng) cịn bên có màu sậm Đó phân tử Mb bên thịt tiếp xúc với oxy khơng khí tạo MbO2 Cịn bên thiếu oxy nên lượng Desoxymyoglobin MMb nhiều hơn, gây nên màu sẫm Trong số trường hợp thịt để lâu ngồi khơng khí có tiếp xúc với chất oxy hóa, phần bên ngồi thịt có lượng MMb nhiều nên có màu đậm Phản ứng oxy hóa MbO2 thành MMb phản ứng khử ngược lại liên tục xảy sau súc vật bị giết thời gian Để bảo vệ màu sắc thịt tươi cần tạo điều kiện để phản ứng khử chiếm ưu Có thể chuyển MMb thành Desoxymyoglobin có mặt tác nhân khử Glucose, acid Ascorbic SO2 Các ferrohemochrom ferrihemochrom Mb MMb , protein bị biến tính nhiệt độ ( >80oC ) pH môi trường (