Hemoglobin & Myoglobin

Một trong những chức năng chính của máu là vận chuyển oxy.

Báo cáo Hoá sinh thực phẩm

Đề tài

GVHD: TS Trần Bích Lam

II Cấu tạo hoá học

III Chức năng sinh học của Hemoglobin

IV Tính chất của Hemoglobin

Chương 2: Myoglobin

I Giới thiệu

II Cấu tạo hoá học

III. Chức năng sinh học của Myoglobin

IV. Tính chất của Myoglobin

Chương 3: Sự khác nhau giữa Hemoglobin và Myoglobin

Tài liệu tham khảo

Giới thiệu đề tài

I Mục tiêu

 Mô tả cấu tạo của HEM (vẽ hình)

 Phân tích cấu tạo của GLOBIN

 Phân tích sự kết hợp của HEM và GLOBIN

 Hiểu vai trò của Hb trong việc vận chuyển các khí

 Phân tích sự kết hợp thuận nghịch của HEMOGLOBIN (Hb) với oxy (O2) và carbon

dioxyd (CO2)

 Mô tả tính chất kết hợp của Hb với oxyd carbon (CO)

 Nêu tên 3 chất oxy hóa Hb thành Met-Hb

 Nêu tính chất enzym của Hb

 Myoglobin

 So sánh Hemoglobin và Myoglobin

II Phân công thực hiện

 Giới thiệu về Hemoglobin và 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 và Myoglobin: Trà Mi

 Trình bày nội dung thành file word và file power point: Ngọc Oanh

 Thuyết trình về Hemoglobin và so sánh Hb - myoglobin: Ngọc Oanh

 Thuyết trình về Myoglobin: Mỹ Duyên

Chương 1: Hemoglobin

I Giới thiệu

Một trong những chức năng chính của máu là vận chuyển oxy Oxy trong không khí đượchít vào phổi, từ phổi được vận chuyển theo dòng máu để đến các mô Ở các mô máu nhận CO2,sản phẩm của quá trình chuyển hoá, đem trở lại phổi để thải ra ngoài Trung bình mỗi ngày quanhiều vòng tuần hoàn, máu vận chuyển được khoảng 600 lit oxy phổi đến các mô Khả năng vậnchuyển máu lớn như vậy nhưng lượng oxy hoà tan lại rất ít, 100 ml máu chỉ hoà tan trực tiếp được

39 ml oxy trong khi đó 100ml máu ở động mạch phổi chứa đến 20 ml oxy, vậy hơn 19 ml oxiđược vận chuyển như thế nào? Theo cơ chế nào? Ta sẽ xem xét cấu tạo hoá học của chất vậnchuyển khí quan trong máu: Hemoglobin

• Là huyết cầu tố (kí hiệu Hb)

• Là một porphyrinoprotein gồm một protein thuần GLOBIN và các nhóm ngoại HEM

• Hồng cầu người: 32% Hb, Hb ở trong hồng cầu, được hồng cầu bảo vệ

• Mỗi sinh vật có một loại Hb khác nhau, tuỳ thuộc vào nhóm globin

• Mỗi hồng cầu có 640 triệu phân tử Hb

hình 1: myoglobin và hemoglobin

Hemoglobin

Myoglobin

II Cấu tạo hoá học:

Protein thuần: globin

Nhóm ngoại: Hem

1.Cấu tạo của hem:

 Là protoporphyrin IX gắn với 1 nguyên tử Fe2+ bằng 2 nối cộng hóa trị và 2 nối phối trí

Fe2+

 HEM porphyrin: 4 vòng pyrol

Protoporphyrin

8 nhóm thế (M, V, M,V,M,P,P,M)

N

Fe N N

M

V

M P

P

M

N

Hình 2: hem

 Nguyên tử Fe trong hem

Nguyên tử Fe trong heme liên kết với 4 nguyên

tử N ở trung tâm của vòng porphyrin, tuy vậy, vẫn

còn 2 phối trí tự do trên nguyên tử Fe, 2 phối trí tự

do này nằm ở 2 phía của mặt phẳng heme Nhóm

heme này nằm ở các đường nứt hay kẽ hở của

phân tử myoglobin, được bao quanh bởi các phần

không phân cực trừ 2 phân tử histidine phân cực

mà thôi

do của Fe được liên kết với

một trong các histidine này,

và còn lại một phối trí tự do

trên Fe nắm ở phía kia của

vòng sẽ liên kết với oxygen

Nhóm histidine thứ 2 ở gần

bên, sẽ đóng vai trò cho các

nhiệm vụ khác: nó giúp điều

chỉnh hình dạng của các khe

giúp cho chỉ có các phân tử có kích thước nhỏ mới có thể chui

qua đề phản ứng với nguyên tử Fe, mà nó cũng giúp cho phản

ứng nghịch tức là phản ứng phóng thích oxygen lk với Fe

Thiệt hấp dẫn khi thấy rằng một cấu trúc 3D rất phức tạp của

phân tử protein myoglobin to lớn lại được cấu tạo để sản xuất

chính xác cho một hình dạng của khe hở, với 2 nhóm histidine ở bên phải để giúp cho phản ứng theo chiều nghịch được diễn ra

khi cần thiết

Nguyên tử sắt và mạch protein làm thay đổi bước sóng

hấp thụ và làm cho hemoglobin có một màu đặc trưng Hemoglobin đã oxy hóa (máu từ các động mạch) có màu đỏ sáng(hic, đỏ tươi dễ nghe hơn), nhưng khi không có Oxy (máu ở các tĩnh mạch), hemoglobin chuyển sang màu đõ tối hơn

 Khi Hem bị oxy hóa

Fe+2 Fe+3 (tinh thể Teichman)

Fe N

N N

N

N

N N

70% các aa chuỗi α & β tạo thành nhiều đoạn xoắn α

A A

 Gọi tên các aa trên chuỗi polypeptid bằng thứ tự của chúng trên đoạn xoắn

His E7; His F8

 Để xác định sự khác biệt giữa các Hb, người ta phải xác định thứ tự các aa trong cấu trúc bậc I của Globin

HbA & HbS: trên chuỗi β: Glu (6) ở HbA bị thế bởi Val (HbS)

HbA & HbC: trên chuỗi β: Glu (6) ở HbA bị thế bởi Lys (HbC)

→ Pauling coi đó là biểu hiện của bệnh lý phân tử

Mẫu tự A, B, C

 Ký hiệu Hb:

nơi tìm ra…

 1961, Gerand & Ingram: ký hiệu theo chuỗi polypeptid

Hinh 3: Cấu trúc bậc hai, bậc

ba của globin với các vòng

α α

β β CCT GAG GAG

3 Sự liên kết giữa hem và globin hay cấu trúc phân tử hemoglobin:

Mỗi chuỗi polypeptid của GLOBIN kết hợp với một HEM qua 2 liên kết phối trí giữa Fe+2 và

N của nhân Imidazol của aa histidin E7 & F8 tạo thành 1 bán đơn vị của phân tử Hb

N

N Fe N

N

N N

M P

M P

N

Hình 4:Bán đơn vị Hb tự do và kết hợp oxy

• HEMOGLOBIN:

 Protein hình cầu, đường kính 5,5 nm

 Gồm 4 bán đơn vị giống nhau từng đôi một

 Mỗi bán đơn vị:

1 Hem và 1 chuỗi polypeptid

Trọng lượng phân tử: ≈ 17.000 Da

 Khoảng cách giữa các Hem/Hb ≈ 2,5nm

TỔNG HỢP GLOBIN:

• Những loại globin khác nhau kết hợp với hem để tạo thành các Hb khác nhau

• Những gen mã hóa các chuỗi globin:

 b, g, d và e nằm trên nhánh ngắn nhiễm sắc thể 11

 a và z nằm trên nhánh ngắn nhiễm sắc thể 16

Hình 7: Các chuỗi alpha & beta Các chuỗi alpha & beta

Hình 7: Các chuỗi alpha & betaCác chuỗi alpha & beta

Hình 8: Tổng hợp Hemoglobin

Globin bắt đầu được tổng hợp từ tuần thứ 3 của thai kỳ

• Phôi

Hemoglobin Gower I ( z2e2)

Hemoglobin Portland ( z2g2)

Hemoglobin Gower II (a2e2)

• Thai : HbF (a2g2), HbA (a2b2)

• Người lớn : HbA, HbA2 ( a2d2), HbF

Sau sinh (tuần)sinh

tuổi thai (tuần)

Bảng 1: Thành phần hemoglobin của người lớn

III Chức năng sinh học:

Hemoglobin (Hb) là thành phần chính của hồng cầu, chiếm 34% trọng lượng (nồng độ 34 g/dl) và

là thành phần quan trọng trong việc vận chuyển khí của máu

Hb lên 2 lần so với khi các trung tâm này hoạt động riêng lẻ , hay nói cách khác

chính là làm tăng hiệu quả vận chuyển oxi của Hb Ðây là phản ứng thuận nghịch ,

oxyhemoglobin (tạo màu đỏ tươi đặc trưng cho máu ở động mạch) dễ dàng bị phân

ly, giải phóng oxy trong điều kiện thích hợp, do đó oxy được vận chuyển từ phổi đến

các tế bào ở mô khắp cơ thể

- Sự kết hợp và phân ly giữa O2 và Hb được xác định bởi phân

áp oxygen(PO2) ở môi trường chung quanh Hb:

Ở phổi: phân áp O2 cao → 95-98% Hb kết hợp oxy → HbO2

theo máu đến mô

h.1: Tế bào máu

màu đỏ có chứa

h.2: Máu màu đỏ tươinhờ sự có mặt của oxy-hemoglobin

cho mô

Để biết rõ hơn về khả năng vận chuyện O2 của hemoglobin , chúng ta hãy quan sát đường cong phân ly Hb-O2 :

Trên đường cong Barcrofl này:

∗ Ở phần PO2 thấp (nơi HbO2 nhả O2 cho mô): đường cong rất dốc ↔ 1 sự thay đổi nhỏ của PO2

sẽ làm thay đổi sự giao O2 cho mô một cách đáng kể ⇒ giúp hằng định PO2/mô

∗ Ở phần PO2 cao (nơi Hb lấy O2 từ phổi) đường cong tà:

PO2: 60mmHg → bão hòa Hb với O2: 89%

PO2 500 thì độ bão hòa HbO2 cũng chỉ 100%

→ PO2 môi trường, phế nang có thể thay đổi nhiều nhưng độ bão hòa HbO2 & lượng oxy giao mô không bị giao động lắm

⇒ PO2 mô ổn định

⇒

Tĩnh mạch Động mạch

Phân áp oxy Đường cong phân ly Hb-oxy (đường cong Barcroft)

*Vị trí bình thường của đường cong tùy thuộc vào:

 Nồng độ 2,3-DPG:

 Nồng độ ion H+ (pH):

 CO2 trong hồng cầu

 Cấu trúc của Hb…

Tóm lại, đường cong phân ly Hb-O2 :

• Lệch phải (dể nhả oxy) khi:

• HbF

Do đó ở các mô hoạt động trao đổi chất mạnh (khi co cơ), tạo thành nhiều axit, CO2 sẽ làm tăng sự tách O2 khỏi oxyhemoglobin

2 Vận chuyển CO 2

Hồng cầu vận chuyển CO2 từ tổ chức về phổi theo phản ứng sau:

a) Hb kết hợp trực tiếp với CO 2 : qua nhóm NH2 tự do của Globin tạo thành carbonyl Hb(HbCO2)

R-NH2 + CO2 ↔ R-NH-COOH

(dẫn xuất carbamyl) Hay: Hb + CO2↔ HbCO2

Ðây cũng là phản ứng thuận nghịch, chiều phản ứng do phân áp CO2quyết định HbCO2 có màu đỏ thẫm, đặc trưng cho máu tĩnh mạch Chỉ khoảng 20%

CO2 được vận chuyển dưới hình thức này

∗ Ở mô : PCO2 = 46mmHg : phản ứng

theo chiều thuận

∗Ở phổi: PCO2 = 36mmHg : phản ứng

theo chiều nghịch

b) Hb vận chuyển gián tiếp CO 2

CO2 thẩm thấu từ các mô vào máu:

CO2 + H2O H2CO3↔ H+ + HCO3

CA ( carbonic anhydrase)

H+ gắn vào His (146) tận cùng chuỗi β của Hb tự do (vừa giải phóng O2) tạo Hb2H+

→ đến phổi: H+ được giải phóng: H+ + HCO3- ⇒ H2CO3

H2CO3 H2O + CO2

CA

SƠ ĐỒ VẬN CHUYỂN CO2

IV Tính chất của Hb:

1 Kết hợp thuận nghịch với oxy tạo oxyhemoglobin:

Hb + O2 = HbO2

(Đỏ tươi) (Đỏ thẫm)

Cơ chế hoàn toàn giống như đã trình bày ở phần chức năng sinh học của Hb

Ái lực của Hb với O2 còn giảm khi tăng nồng độ H+, nồng độ CO2 (ở một pH xác định)

Do đó ở các mô hoạt động trao đổi chất mạnh (khi co cơ), tạo thành nhiều axit, CO2 sẽ làm tăng sựtách O2 khỏi oxyhemoglobin Mối liên hệ giữa khả năng kết hợp O2,H+, CO2 gọi là hiệu ứng Borh.Vận chuyển và tách Hb protein phụ thuộc và số lượng giữa các phân tử protein

Sự kết dính của O2 đến 1 phân tử gây ra sự nhớ lại của các phân tử để thay đổi hình dạng một cách nhẹ nhàng là tăng khả năng tiếp xúc cho O2

chất oxy hóa

-(Fe+2) (Fe+3)

nitrit, clorat, ferricyanua…

3 Kết hợp với carbondioxyd (CO 2 ) tạo carbonyl Hb (CO 2 Hb)

Ngoài khả năng kết hợp với O2, Hb còn tham gia vận chuyển H+ và CO2 Có 3 că ̣p nhóm kết hợp proton là: nhóm amin đầu N và hai gốc H+ Ba că ̣p nhóm này có vi môi trường khác nhau trong oxy và dezoxyl – Hb Trong dezoxy – Hb môi trường trực tiếp của chúng tích điện âm nhiều hơn, kết quả là chúng lấy H+ khi giải phóng O2 CO2 kết hợp với nhóm amin đầu N của Hb Dạng không ion hóa của nhóm α-amin đầu N của Hb phản ứng thuận nghịch với CO2 tạo thành dạng cacbamat:

R – NH2 + CO2 = RHCOO- + H+

Khi kết hợp với CO2 làm giảm ái lực của Hb với O2, CO2 kết hợp với dezoxy – Hb chă ̣t hơn là oxy – Hb

4 Kết hợp với Oxyd carbon (CO):

Ngoài những chất trên, Hb còn có thể kết hợp với CO, hơn nữa ái lực với CO gấp 210 lần

I. Giới thiệu:

Myoglobin là một protein có kiến trúc hóa học tương đối đơn giản Sự phân phối củamyoglobin trong sinh vật phản ảnh chức vụ sinh lý của nó : nó có nhiều nhất trong những cầm thúchuyên lặn lâu dưới nước (cá voi, cá heo, hải cẩu, v.v…) và trong mô tim của loài người

II. Cấu tạo hoá học:

Là protein có cấu trúc bậc 3 điển hình, khối lượng phân tử 16700 dalton Cấu tạo gồmnhóm ngoại heme và 1 phân tử globin

+ Phân tử globin do 153 gốc acid amin tạo nên, trong đó có 121 gốc tham gia vào cấu trúc xoắn α+ Heme gắn với globin ở gốc histidin có số thứ tự 93

Công thức cấu tạo: hay:

Cấu trúc không gian:

III Chức năng sinh học:

Myoglobin có ba chức vụ chính

1) Chuyên 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 mô thịt

Kiến trúc phân tử và hóa học của myoglobin ngăn ngừa sự kết hợp với CO (carbonmonoxide) và giúp cơ tim hoạt động lâu hơn trong trường hợp trúng độc CO

Những người có khả năng nín thở và lặn lâu dưới nước có thể có nhiều myoglobin hơnngười bình thường

Myoglobin cũng có một chức vụ gián tiếp trong trường hợp thương tổn bắp thịt

Myoglobin thoát ra khỏi mô thịt bi thương tổn và lọc vào trong nước tiểu làm nước tiểu có màu hồng Nó rất độc cho tubular epithelium của thận và có thể đưa đến thận suy cấp tính

Myoglobin giải phóng oxi khi p02 ở mức thấp và có tác dụng như kho dự trữ oxi ở trongcơ

Oxy gắn với myoglobin chặt hơn rất nhiều và chỉ giải phóng ra khi pO2 rất thấp, chính vìvậy myoglobin là sắc tố có lợi nhất trong quá trình hoạt động tích cực khi mà oxy từ máu không

đủ đi đến các cơ Khi hoạt động pO2 giảm xuống đến 0 và oxy tách ra khỏi myoglobin, sự hô hấp

ưa khí vẫn tiếp tục Myoglobin góp phần đáng kể vào hoạt động của cơ trong 1 thờI gian dài Khinguồn dự trữ oxy cạn kiệt, cơ thể bắt đầu hô hấp yếm khí và tạo ra axit lactic

IV. Tính chất:

Myoglobin (Mb) khi mang oxy tạo thành Oxymyoglobin (MbO2) có màu đỏ rực MbO2 làchất dự trữ oxy cho cơ, trong đó Fe có hóa trị II Màu của MbO2 có thể nhận thấy rõ trên bề mặtthịt tươi

Mb và MbO2 khi bị oxy hóa thì Fe2+ chuyển thành Fe3+ tạo nên Metmyoglobin (MMb) cómàu nâu Khi nguyên tử Fe ở trạng thái Fe3+ thì phân tử Mb không có khả năng kết hợp với oxynữa

V. 0 phản ứng cộng oxy

Oxy hoá Oxy hoá

KhửKhử

Màu sắc của thịt tươi là do tỉ lệ của 3 chất trên qui định Khi quan sát ta có thể thấy bên ngoàithịt có màu đỏ tươi ( hồng) còn bên trong thì có màu sậm hơn Đó là do các phân tử Mb bên ngoàithịt tiếp xúc với oxy không khí tạo ra MbO2 Còn bên trong thì thiếu oxy nên lượngDesoxymyoglobin và MMb nhiều hơn, gây nên màu sẫm Trong một số trường hợp thịt để lâungoài không khí hoặc do có tiếp xúc với chất oxy hóa, phần bên ngoài thịt có lượng MMb nhiềunên có màu đậm hơn Phản ứng oxy hóa MbO2 thành MMb và phản ứng khử ngược lại liên tụcxảy ra trong cơ và cả sau khi súc vật bị giết một thời gian Để bảo vệ màu sắc của thịt tươi cần tạođiều kiện để phản ứng khử chiếm ưu thế Có thể chuyển MMb thành Desoxymyoglobin khi có mặtcác tác nhân khử như Glucose, acid Ascorbic hoặc SO2

Các ferrohemochrom hoặc ferrihemochrom là những Mb hoặc MMb , trong đó protein đã bịbiến tính bởi nhiệt độ ( >80oC ) hoặc pH của môi trường (<3-4)

Nitrosomyoglobin (MbNO) và Nitrosoferrohemochrom cĩ màu đỏ đậm hoặc đỏ hồng , cĩ mặttrong thịt và sản phẩm thịt do tương tác giữa Nitrit, Mb và các ferrohemochrom Khi xử lí nhiệt cĩ

NO thì Mb kết hợp với NO tạo thành Nitrosomyoglobin cĩ màu đỏ tươi, khơng bền, tiếp tụcchuyển thành Nitrosoferrohemochrom bền hơn, cĩ màu đỏ hồng Hiện tượng này xảy ra nhiềutrong quá trình ướp muối

Nhiệt + oxy hĩa

Cacboxymyoglobin và Cacboxyferrohemochrom cĩ màu đỏ, thường tạo ra khi xử lí thịt bằngkhí quyển cĩ chứa Cacbon oxyt, nhất là khi nướng thịt trong lị khí cĩ chứa Cacbon oxyt hoặc khihun khĩi ở nhiệt độ cao

Fe 2+ , Globin không biến tính, màu đỏ (ướp

muối)

Fe 2+ , Globin biến tính, màu

đỏ hồng (ướp muối)

Fe 2+ , Globin biến tính, màu hồng (cá thu hộp, thịt heo)

Oxy hĩa

(GD – globin bị biến tính)

nitrit

Quang

phân Quang Nhi ệt pH

phân

nhiệt

nitrit

Khử Oxy hố CO O 2 Nitrit

t o , pH O 2

các

chất khử

chất khử chất oxy

(glucoza) hoá

nitrit

MbdCO (Fe2+,GD)

Cacboxyferohemocrom

Pocphirin tự do, bị

oxy hoá

(nâu, vàng, không

màu)

Cholemyoglobin (xanh lá cây)

MMbNO Nitrozometmyoglobin

MMb(Fe3+) Metmyoglobin (nâu)

Sunfomyoglobin

(xanh)

MbO2(Fe3+) Oxymyoglobin

Mb(Fe 2+ ) Myoglobin (Đỏ tía)

Ferohemocrom

(Fe2+,GD)

(Hồng)

Ferihemocrom

(Fe 3+ ,GD)

(Nâu)

MbNO(Fe2+) Nitrozomyoglobin

MbdNO(Fe2+,GD) Nitrozoferohemocrom Phức không màu

MbCO (Fe2+) Cacboxymyoglobin