Hóa sinh đề tài rối loạn chuyển hóa sắt và porphyrin

Cơ thể tổng hợp một số loại protein gắn sắt đảm nhiệm chức năng vận chuyển và dự trữ, có 1 lượng sắt nhỏ ở trạng thái tự do trong tế bào, huyết thanh và các dịch sinh vật khác.1.. Các pr

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN HIẾN

- -HÓA SINH TÊN ĐỀ TÀI: RỐI LOẠN CHUYỂN HÓA

SẮT VÀ PORPHYRIN

GIẢNG VIÊN GIẢNG DẠY: LÊ THỊ KIM CHI

PHAN THỊ THANH TRÚC 221A330005

TP HỒ CHÍ MINH – NGÀY 08 THÁNG 12 NĂM 2023

RỐI LOẠN CHUYỂN HÓA SẮT VÀ

PORPHYRIN

Mục lục:

LỜI MỞ ĐẦU 3

I CHUYỂN HÓA SẮT 4

1 Các protein chứa sắt 5

1.1 TRANSFERRIN 5

1.2 LACTOFERRIN 6

1.3 FERRINTIN 7

1.4 Các protein chứa sắt không hem khác 7

2 Chuyển hóa sắt 8

2.1 Nhu cầu chuyển hóa, phân bố sắt 8

2.2 Hấp thụ sắt 8

2.3 Vận chuyển sắt 9

2.4 Dự trữ sắt 9

2.5 Bài tiết sắt 10

II RỐI LOẠN CHUYỂN HÓA SẮT 10

1.Thiếu sắt 11

2 Thừa sắt 11

3 Các xét nghiệm đánh giá rối loạn chuyển hóa sắt 12

3.1 Sắt huyết thanh,TIBC(Total Iron Bincapacity) độ bão hòa transferrin 12

3.2 Transferrin 13

3.3 Ferritin 13

3.4 Receptor Transferrin 14

3.5 Các xét nghiệm huyết học 14

III CHUYỂN HÓA PORPHYRIN 15

1 Cấu tạo porphyrin, danh pháp 15

2 Đặc điểm 15

3 Tổng hợp hem 16

4 Đào thải tiền chất hem 16

5 Điều hòa chuyển hóa porphyrin 17

IV RỐI LOẠN CHUYỂN HÓA PORPHYRIN 18

LỜI MỞ ĐẦU

Chương “Chuyển hóa sắt” sẽ đưa chúng ta vào một hành trình chi tiết và hấp dẫn vào thế giới phức tạp của quá trình chuyển hóa sắt trong cơ thể Sắt, một khoáng chất quan trọng, không chỉ đóng vai trò chủ chốt trong quá trình tạo máu mà còn tham gia nhiều khía cạnh khác của chuyển hóa cơ bản Chương này được phân tích và tóm tắt sơ lược bởi nhóm 8 với sự tập trung và tâm huyết Nhằm giúp độc giả hiểu rõ hơn về cơ cấu, và vai trò của săt trong cơ thể con người

Qua những nghiên cứu và phân tích mới nhất, chúng tôi mong muốn mang đến cho đọc giả cách nhìn toàn diện về cách cơ thể chúng ta quản lý và sử dụng sắt, các bệnh liên quan về sắt Tử quá trình chuyển hóa sắt đến các bệnh lý liên quan Chúng tôi sé dẫn dắt bạn qua các giai đoạn chuyển hóa này với sự minh họa và giải thích chi tiết

Sự đóng góp ý kiến của bạn là lời cảm ơn chân thành đối với sự đóng góp và nỗ lực của nhóm 8 trong việc biên soạn chương tình này, hy vọng rằng nó sẽ là nguồn kiến thức hữu ích và thú vị đối với cả sinh viên và giáo viên chuyên ngành y học và những người liên quan

Hy vọng rằng chương “Chuyển Hóa Sắt” do nhóm 8 biên soạn sẽ đưa bạn có cái nhìn dễ dàng hơn vào phương diện cách mà sắt được chuyển hóa và vận hành trong cơ thể người, Chúc quý độc giả có những trải nghiệm học thuật thú vị và bổ ích từ nội dung nhóm 8 đã cố gắng truyền đạt

I CHUYỂN HÓA SẮT

- Sắt (Fe) là thành phần quan trọng trong cấu

tạo hemoglobin, liên quan trực tiếp đến khả

năng và vận chuyển oxy đến hồng cầu đặc

tính của sắt cho phép tham gia vào nhiều quá

trình oxy hóa của cơ thể

- Các trạng thái tồn tại hay gặp: Fe(+2) và

Fe(+3)

- Ở pH acid, cân bằng dịch: Fe(+2)

- Ở pH kiềm hoặc trung tính tồn tại dưới dạng:

Fe(+3 Fe(+3) tạo phức hợp lớn với các ion âm,OH- và H2O làm giảm khả năng hòa tan , dẫn đến có thể bị ngưng kết và kết tủa gây hậu quả bệnh lý

- Có thể gắn với rất nhiều các đại phân tử khác nhau làm ảnh hưởng đến cấu trúc, chức năng gây hại cơ thể Cơ thể tổng hợp một số loại protein gắn sắt đảm nhiệm chức năng vận chuyển và dự trữ, có 1 lượng sắt nhỏ ở trạng thái tự do trong tế bào, huyết thanh và các dịch sinh vật khác

1 Các protein chứa sắt

• Sắt gắn với các protein dưới 2 dạng

o Liên kết với protein thông qua protoporphyrin IX:

 Liên kết dưới dạng Fe(+3) thì gọi là Hematin

 Liên kết dưới dạng Fe(+2) thì gọi là Hem Các protein chứa hem gồm các protein vận chuyển và dự trữ oxy (hemoglobin,

myoglobin), enzym, phức hợp oxi hóa khử (catalse, reductase, cytocrom )

o Liên kết trực tiếp với protein: vận chuyển và dự trữ sắt, enzym oxy hóa khử chứa sắt tại vị trí hoạt đồng và các protein sắt-lưu huỳnh

• Protein vận chuyển và dữ trự sắt gồm transferrin, lactoferin, ferritin Đặc điểm là

có ái lực cao với sắt và ở dạng sinh lý bình thường không bao giờ bão hòa sắt

1.1 TRANSFERRIN

một loại

protein có trong huyết thanh

o Protein này được tổng hợp tại gan và là một loại glycoprotein gồm một chuỗi polypeptide có trọng lượng phân tử là 78.000 dalton

o Có hai vị trí gắn sắt, tương tự nhưng không hoàn toàn giống nhau về amino acid và ái lực với một số kim loại khác

o Có ái lực gắn cao nhất với sắt ba Fe(3+) và phụ thuộc tuyệt đói vào sự gắn phối hợp với một anion, cụ thể là carbonat Ngoài ra, nó có thể gắn với một kim loại khác, nhưng không gắn với sắt hai Fe (2+)

o Transferrin + Fe(+3) + CO2(2-) -> Transferrin-Fe(+3)-CO2(2-)

o Transferrin-Fe(+3)-CO2(2-) + Fe(+3) + CO2(2-) ->Transferrin (Fe(+3) + CO2(-2))2

o Hằng số gắn Fe(+3) với transferrin ở các loài khác nhau từ 10^19 -

10^31M(-1) Không có bằng chứng về sự hợp tác trong việc gắn sắt ở hai

vị trí Ở trạng thái sinh lý, khoảng 1/9 số phân tử transferrin bão hòa sắt ở

cả 2 vị trí, 4/9 gắn ở một số vị trí

o Transferrin gắn với recepor đặc hiệu trên bề mặt tế bào giúp đưa chúng vào trong

o Recepor của transferrin là protein xuyên màng gồm 2 tiểu đơn vị, mỗi tiểu đơn vị 90.000 dalton, nối với nhau vởi cầu disulfur

o Mỗi tiểu đơn vị có thể gắn với một phân tư transferrin Phức hợp

transferrin-receptor được đưa vào tế bào nhờ sự phosphoryl hóa receptor bởi phức hợp Ca(2+)-calmudulin - protein kinase C

o Khi vào trong tế bào, sắt được giải phóng ra trong môi trường acit của lysosom, còn phúc hợp receptor-apotransferrin quay lai trong mảng tế bào, apitransferrin được giải phóng lại huyết tương tái sử dụng vận chuyển sắt

1.2 LACTOFERRIN

o Là dạng vận chuyển sắt trong sữa, gần giống như transferrin, cũng có 2 vị trí gắn sắt và mang đặc tính của protein vận chuyển sắt

o Vai trò của lactoferrin:

o Dễ dàng vận chuyển sắt đến receptor ở tế bào ruột trẻ em

o Kháng khuẩn, bảo vệ trẻ sơ sinh khỏi nhiễm trùng dạ dày - ruột

o Các vi sinh vật cần sắt gắn sắt nhanh chóng, cạnh tranh sắt, ngăn cản cung cấp sắt cho vi sinh vật làm ức chế sự sinh trưởng của chúng

o Một số vi khuẩn có khả năng kháng lại sự thiếu hụt sắt do cơ chế trên dường như E.colu có chất tạo phức với sắt, khả năng gắn cạnh tranh sắt với lactoferrin và vận chuyên sắt đặt hiệu cho vi khuẩn

1.3 FERRINTIN

o Ferritin là protein dự trữ sắt, bao gồm một lớp vỏ polypeptid bên ngoài đường kính 130A, lõi chứa hydroxyd-Fe(+3)-phosphate đường kính 60A Apoferrutin gồm 24 tiểu đơn vị chia làm 2 loại chuỗi H (21.000 dalton) và

chuỗi L (19.000 dalton), với

tỷ lệ chuỗi khác nhau tạo ra các dạng isoferritin Trên bề mặt có các kênh cho phép tích lũy và giải phóng sắt

o Tỷ lệ sắt trong ferritin

không hằng định, chúng có khả năng bắt giữ và giải phóng sắt theo nhu cầu sinh

lý Một phần tử ferritin có khả năng gắn 4500 nguyên

tử sắt, nhưng thường chứa ít hơn 30000 Khi thừa sắt vượt khả năng chứa của ferritin, sắt sẽ lắng đọng quanh các phân tử ferritin hình cầu Các cặn lắng đọng sắt không hình thù này được gọi là hemosiderin, không có khả năng tan trong nước Sắt trong hemosiderin khó giải phóng ra ngoài do bề mặt của nó có ít kênh hơn ferritin, tỷ lệ diện tích bề mặt/thể tích thấp

o Ferritin và hemosiderin có mặt ở tổ chức dự trữ sắt như gan, lách, tủy xương, một phần nhỏ dược giải phóng ra huyết thanh Khi có tổn thương gan, lách, một lượng lớn ferritin sẽ được giải phóng ra huyết thanh

1.4 Các protein chứa sắt không hem khác

o Nhiều protein chứa sắt không hem khác có liên quan đến các quá trình tiến hóa như enzym, phần lớn là các phản ứng oxy hóa Các đặc điểm cấu trúc của các phối từ gắn sắt chưa được phân biệt đầy đủ, trừ một số thành phần của chuỗi vận chuyển điện tử trong ty thể Các protein chứa sắt tham gia vận chuyển điện tử gọi là

2 Chuyển hóa sắt

2.1 Nhu cầu chuyển hóa, phân bố sắt

o Trung bình một người có khoảng 3-4g sắt , trong đó :

o Chỉ 0,1%(3-4mg)trong huyết thanh dưới dạng gắn với transferrin

o Khoảng 1,8-2g trong hemoglobin

o 0,5gb sắt ở dạng hoạt động trong các protein , mô, enzym

o 1g sắt dự trữ dạng ferritin trong các cơ quan như gan, lá lách , tủy xương

o ở trẻ, thiếu niên và phụ nữ ở độ tuổi sinh sản hầu như không có sắt dự trữ

o Nhu cầu sắt bình thường khoảng 1mg/ngày Tuy nhiên , trong trường hợp thiếu sắt, nhu cầu sắt có thể lên tới 5mg/ngày

o So với lượng sắt dự trữ và có chức năng , lượng sắt trong tranferrin(3mg), hấp thu và bài tiết hàng ngày rất nhỏ(1mg) trong đó nhu cầu sắt để tổng hợp mới Hb là 25mg Do đó , việc dự trữ sắt và tái sử dụng sắt là vô cùng quan trọng đảm bảo sự cân bằng sắt

2.2 Hấp thụ sắt

o Hấp thụ ở tá tràng và phần hỗng tràng dưới dạng sắt 2 Tuy nhiên, sắt trong thức ăn hấp th chủ yếu là sắt 3( trừ sắt gắn hem h ấp thu trực tiếp), nên đầu tiên nó cần được khử thành sắt 2 nhờ pepsin(tách khỏi protein) và HCl, vitamin C (chuyển thành sắt 2).Thường chỉ khoảng 10% sắt trong thức ăn được hấp thụ, tức khoảng 1mg/ngày

o Nguồn cung câp sắt : thịt , cá , trứng , sữa , thực vật (10-15mg)

o Thói quen an uống : ăn nhiều thịt , nấu chín thức ăn làm tăng hấp thu, ăn chay ,

o Chất làm tăng hấp thu: vitaminC, các acid có tính khử trong rau quả

o Chất ức chế :coffee, chè, nước có ga

o Bệnh lý dạ dày làm giảm hấp thu:giảm tiết HCl, các cofactor protein từ dạ dày

2.3 Vận chuyển sắt

o Được vận chuyển từ đường tiêu hóa tới các cơ quan dự trữ như gan ,lá lách , tủy xương và các cơ quan hấp thụ khác nhờ transferrin

o Transferrin vận chuyển sắt thường bão hòa 15-45%

o Đo độ bão hòa transferrin để dánh giá tình trạng rối lọan thừa hoặc thiếu sắt nếu độ bão hòa giảm chứng tỏ thiếu hoặc rối loạn phân bố sắt , nếu tăng chứng tỏ thừa sắt Chỉ số này được sử dụng nhiều so với xác định nồng độ sắt huyết thanh do loại trù được nhiều nguyên nhân gây nhiễu nhu

do kĩ tuật lấy máu , tình trạng nước và điện giải của bệnh nhân , sự dao động không do sắt do nồng độ transferrin tuy nhiên độ bão hòa sắt và nồng độ sắt huyết thanh không phản ánh được lượng sắt dụ trữ của toàn bộ

cơ thể

2.4 Dự trữ sắt

o Dự trữ trong cơ thể nhờ ferritin

o Ở nam khoảng 800mg còn ở nữ khoảng200mg

o Một lượng nhỏ ferritin giải phóng vào trong tuần hoàn , tuy nhiên ferritin

ở tuần hoàn khác so với ở mô là được glycosyl hóa ,chứa nhiều chuỗi L, chứa ít sắt hơn , chủ yếu là thành phần apoferritin

o Định lượng ferritin huyết thanh giúp đánh giá lượng sắt dự trữ toàn bộ cơ thể như

o Chuyển hóa bình thường

o Tất cả các giai đoạn thiếu sắt

o Tất cả các giai đoạn quá tải sắt thực sự, trừ giai đoạn muộn có tổn thương gan thứ phát

o Điều trị sắt đường uống

o Dùng nồng độ ferritin đánh giá lượng sắt dự trữ không còn đúng khi:

o dùng sắt đường tiêm tĩnh mạch

o các rối loạn phân bố dùng sắt trong viêm mãn tính hoặc các khối u

2.5 Bài tiết sắt

o Do sắt có áp lực cao

o Sắt không mất đi khi qua những con đường bài tiết thông thường

o Sự bài tiết thông qua sự bong đi của các tế bào da và niêm mạc và không được tái sử dụng lại

o Lượng sắt mất đi khoảng 1mg/ngày

o Phụ nữ có kinh mất trung bình từ 15-30mg sắt/tháng

o Lượng sắt mất đi này có thể được bù trù bằng tăng hấp thụ sắt nếu không

có nguyên nhân thiêu sắt khác đi kèm như chế độ ăn uống và người thường thường xuyên cho máu

II RỐI LOẠN CHUYỂN HÓA SẮT

1.Thiếu sắt

• Là rối loạn hay gặp nhất, dễ bị bỏ qua hoặc không được xác định đúng nguyên nhân

• Là tình trạng suy dinh dưỡng phổ biến nhất

• 50% phụ nữ trong độ tuổi sinh đẻ có thiếu sắt tiềm tàng hoặc tiền tiềm tàng

• 10% phụ nữ có thai hầu hết đều thiếu sắt và biểu hiện rõ ràng trên lâm sàng

• Nguyên nhân: ăn uống không đầy đủ, đặc biệt những người có nguy cơ làm cho thiếu sắt trở thành vấn đề sức khỏe ngay cả ngay nước phát triển

• Được chia làm 3 gia đoạn

• Thiếu sắt tiền tiềm tàng: là sự phát triển hụt lượng sắt dự trữ Phát hiện nhờ nồng

độ ferritin huyết thanh giảm , xét nhiệm mô bệnh học giảm sắt ở cơ quan dự trữ Các chỉ số khác nhau như huyết thanh , độ bão hòa transferrin, số lượng và kích thước hồng cầu, hemoglobin hoàn toàn bình thường

• Thiếu sắt tiềm tàng: nồng độ ferrintin giảm.Chưa có dấu hiệu thiếu máu hay hồng cầu nhỏ , nhưng bệnh nhân có dấu hiệu mệt mỏi, giảm năng lượng và dấu hiệu thần kinh,tâm thần khác do thiếu sắt

• Thiếu sắt lâm sàng: sắt không đủ để tạo hồng cầu bình thường và có dấu hiệu thiếu máu nhược sắt hồng cầu nhỏ Biểu hiện rõ ở những bệnh lý toàn thân nặng như ung thư chảy máu ,rối loạn dạ dày , ruột kém hấp thu Cần xác định rõ nguyên nhân điều trị

• Các giai đoạn thiếu sắt hoàn toàn có thể xác định nồng đọ ferritin huyết thanh với

độ đặc hiệu và độ nhạy cao

2 Thừa sắt

• Biểu hiện bằng nồng độ ferritin huyết thanh tăng , độ bão hòa transferrin tăng, mô bệnh học mô dự trữ có lắng cặn sắt

• Có 3 nhóm nguyên nhân

chính

• Nhiễm sắc tố sắt tiên phát

do di truyền gây tăng hấp

thu sắt cách không thích

đáng

• Thiếu máu mãn tính do

sinh sản hồng cầu không

hiệu quả

• Thừa sắt trong trường hợp bệnh mãn tính liên quan đến thiếu máu dẫn đến truyền máu lặp lại nhiều lần hoặc điều trị không đúng

• (!) Cần phân biệt thừa và rối loạn phân bố sắt Cả 2 trường hợp có nồng độ ferritin tang

3 Các xét nghiệm đánh giá rối loạn chuyển hóa sắt

3.1 Sắt huyết thanh,TIBC(Total Iron Bincapacity) độ bão hòa transferrin

a) Định lượng sắt huyết thanh

o Là xét nghiệm xác định lượng sắt gắn với transferrin

o Dựa trên nguyên tắc ly giải sắt từ transferrin

o Có nhiều chát tạo màu khác nhau có thể sử dụng

o Nồng độ sắt huyết thanh giảm trong phần lớn trường hợp thiếu máu thiếu sắt và rối loạn viêm mạn tính

o Nồng độ sắt huyết thành đặc biệt giảm trong trường hợp:thiếu máu do nhiễm độc cyanocobalamin

o Mất máu cấp tính

o Nồng độ sắt huyết tăng khi dùng thuốc tránh thai , giảm khoảng 30% khi ngưng thuốc

o Bệnh lý di truyền hiếm gặp rối loạn hấp thu sắt như nhiễm sắc tố sắt , ngộ độc sắt cấp ở trẻ , sử dụng thừa sắt đường uống hoặc viêm gan cấp Ước tính uống 1 viên sắt 0,3g làm tăng nồng độ sắt huyết lên 300-500ug/dL b) Khả năng gắn sắt toàn phần, TIBC

o Không bão hòa ở điều kiện thường

o Xác định khả năng bằng xét nghiệm TIBC

o Nguyên lý là cho dư thừa sắt 3 vào huyết thanh để gắn bão hòa transferrin, lượng săt 3 dư được loại bỏ bằng tạo tủa với bột MgCO3, huyết thanh còn lại sẽ định lượng như nguyên lý ở trên

o TIBc thường tăng khi thiếu sắt , giảm khi rối loạn phân bố như viêm mạn tính , khối u ác tính

c) Độ bão hòa Transferrin

o Bình thường từ 25-35%

o Giảm khi thiếu sắt tiềm tàng, đặc biệt có dấu hiệu lâm sàng rõ hoặc rối loạn phân bố sắt

o Tăng khi thừa sắt, tan huyết, truyền máu kéo dài

3.2 Transferrin

o Định lượng trực tiếp nhờ phượng pháp miễn dịch đọ đục hoặc gián tiếp nhờ công thức từ kết quả TIBC, thực hiệntrên các máy sinh hóa thông thường nhưng đường công chuẩn phải làm với nhiều điểm hơn nhờ xét nghiệm dùng phương pháp đo quang

o Từ kết quả TIBC tính được nồng độ theo

o Transferrin huyết thanh (g/l)=0,007 x TIBC(ug/dL)

o Nếu dùng công thức này cần lưu ý sẽ không tính tuyệt đối do sắt gắn vào protein không phai transferrin

o Giá trị theo công thức sẽ cao hơn một chút so với transferin đo trực tiếp

o Có nồng độ từ 2-3,6g/L

o Sử dụng cùng với xét ngiệm TIBC

o Tăng khi cơ thể tăng nhu cầu sử dụng sắt như có thai, phụ nữ sinh sản,… hoặc giảm do chế độ ăn uống

o Thiếu sắt tiền tiềm tàng tăng 3,6-3,8g/L

o Thiếu sắt lâm sàng thì nồng độ transferrin tăng cao

o Giảm khi thừa hoặc rối loạn phân bố sắt

o Phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như suy dịnh dưỡng, chế độ ăn uống

3.3 Ferritin

o Là chỉ số được dử dụng khá tin cậy để đánh giá tổng lượng dự trữ sắt toàn

cơ thể

o Ở nam 20-250ug/L

o Ở nữ 20-200ug/L

o Khi thiếu sắt tiền tiềm tàng gảm dưới 20ug/L

o Thiếu sắt tiềm tàng và có triệu chứng giảm dưới 12ug/L

o Thừa sắt ferritin tăng >200ug/L với nữ, >400ug/L với nam

o Để phát hiện sớm tình trạng thừa sắt thì định lượng ferritinkems nhạy hơn các xét nghiệm TIBC, sắt huyết thanh và độ bão hòa transferrin

3.4 Receptor Transferrin

o Trên màng tế bào hồng cầu trong tủy xương