HEMOGLOBIN VÀ MYOGLOBIN

Hemoglobin là huyết cầu tố ( Hb) một cromoprotein có màu đỏ trong hồng cầu động vật bậc cao

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

Mục Lục

CHƯƠNG

Tài liệu tham khảo

Chương I : Hemoglobin

I.1 Cấu tạo :

Hemoglobin là huyết cầu tố ( Hb) một cromoprotein có màu đỏ trong hồng cầu động vật bậc cao

Hemoglobin cấu tạo gồm hai phần :

- phần protein thuần : globin

- phần nhóm ngoại hem

Hình 1.1 cấu trúc bậc bốn của hemoglobin

I.1.1 Hem :

Được tạo thành từ protoporphyrin IX gắn với một nguyên tử Fe hóa trị hai ( Fe2+ ) bởi

bốn liên kết với 4 nito của bốn vòng piron Nhóm hem bị oxy hóa thành hemantin Fe2+

thành Fe3+

vòng protopocphirin : được cấu tạo từ bốn vòng piron nối với nhau qua cầu meten tạo

thành vòng tetrapiron 4 nhóm metyl, 2 nhóm vinyl và 2 nhóm propionat có thể gắn vào 15

vị trí khác nhau của vòng protopocphirin

I.1.2 Globin :

ở người trưởng thành gồm 4 chuổi polypeptide trong đó có

 hai chuỗi α mỗi chuỗi gồm 141 acid amin

 hai chuỗi β mỗi chuổi gồm 146 acid amin

Hình 1.2

Protopocphirin IX (1,3,5,8- tetrametyl-2,4-divinyl-6,7-

dipropionicpocphirin)

Toàn bộ phân tử Hb chứa 574 acid amin Cấu trúc bậc 2 của hemoglobin các chuỗi α và

β có hơn 70% acid amin tạo nên tạo nên 7 chuỗi xoắn α và 8 chuỗi xoắn β có chiều dài

từ 7 đến 20 acid amin Trong cấu trúc bậc 3 Hb các chuỗi α và β cuộn khúc tại những điểm acid amin không xoắn giống cấu trúc bậc 3 của myoglobin Mỗi một chuỗi polypeptide xoắn kết hợp với một Hem tạo thành phân tử Hemoglobin có cấu trúc bậc bốn

Cấu trúc bậc 2 và bậc 3 của hemoglobin

Hình I Mô hình 1chuỗi β của Hb

* Sự tổng hợp globin

Hình 7: Tổng hợp Hemoglobin

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

• Những gen mã hóa các chuỗi globin:

Hemoglobin Gower II (a2e2)

• Thai : HbF (a2g2), HbA (a2b2)

Người lớn : HbA, HbA2 ( a2d2), HbF

Hb A Hb A2 Hb F

Bảng thành phần hemoglobin của người lớn

Gan tuỷ xương

I.1.3 Sự kết hợp của Hem và Globin

 mỗi chuỗi polypeptide của Globin kết hợp với một Hem qua hai liên kết phối trí giữa Fe2+ của hem với N của nhân Imidazol thuộc acid amin histidin E7 với

N của nhân Imidazol thuộc acid amin F8 trong chuỗi polypeptide

 biểu diễn Hem trên một mặt phẳng thì hai liêu kết phối trí giữa Fe2+ với globin nằm về hai phía mặt phẳng

N

N

Fe

N N HIS (E7)

HIS (F8)

Phân tử Hb hoàn chỉnh là một protein hình cầu có đường kính khoảng 55A0 phân tử lượng 64454.Hb gồm 4 đơn vị giống nhau từng đôi một liên kết với nhau bằng liên kết phi đồng hóa trị, mỗi bán đơn vị gồm một chuỗi polypeptide của globin liên kết với một hem là vị trí nhả và gắn oxy.Tỷ lệ sắt trong hemoglobin là 0,34%

GLOBIN

M V

M V

M P

N

O2GLOBIN

M V

M V

M P

N

I.2 Tính chất của hemoglobin :

I.2.1 Kết hợp thuận nghịch với oxy tạo oxyhemoglobin

Hb + O2 = HbO2

Đỏ thẫm Đỏ tươi

Sự kết hợp và phân ly giữa O2 và Hb được xác định bởi phân áp oxygen ở môi trường chung quanh Hb

Ở phổi: phân áp O2 cao → 95-98% Hb kết hợp oxy → theo máu đến mô

Ở mô: phân áp O2 thấp (40mmHg) phản ứng xảy ra theo chiều nghịch, HbO2 phân ly, nhả O2 cho mô

→chức năng của Hb trong hô hấp

Đường cong phân ly oxy –hemoglobin:

• Sự kết hợp và phân ly giữa O2 và Hb được xác định bởi phân áp oxy (pO2)

• Có dạng Sigma

• Việc gắn oxy vào hem thứ nhất làm dễ dàng gắn oxy vào hem thứ 2

• P 50 (phân áp O2 cần thiết để 50% Hb bão hòa với O2) 26.8mmHg

∗ 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

⇒ Hb có tính đệm giúp PO2/ mô ổn định, đảm bảo sự hằng định nội môi

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

Hình 1.4 Liên kết của oxy trong hemoglobin

Hình 1.5 Oxy và deoxy hemoglobin trong không gian

I.2.2 Kết hợp với cacbodioxyll tạo thành cacbonyl hemoglobin

CO2: Sản phẩm chuyển hóa ở các mô→thải ra ngoài

∗ 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 các mô vào máu:

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

H2CO3 H2O + CO2

CA

I.2.3 Kết hợp với cacbonmonoxyl tạo cacbonmonoxyl hemoglobin ( COHb)

tạo carbon monoxyd Hb (HbCO) rất bền vững

 CO có ái lực với Hb gấp 210 lần so với oxy

 CO có thể đẩy O2 ra khỏi HbO2

Hb + CO HbCOHbO2 + CO HbCO + O2

 Trong trường hợp ngộ độc CO, người ta phải giữ tốt khí cho bệnh nhân

Nói tóm lại : Hemoglobin có khả năng kết hợp với CO, CO 2 H + ở ba trung tâm khác nhau tương tác của các trung tâm này được truyền bằng những thay đổi dạng không gian của phân tử protein gọi là tương tác alosterit

I.2.4.Oxy hóa Hb tạo Methemoglobin (MetHb):

chất oxy hóa

-(Fe+2) (Fe+3)

nitrit, clorat, ferricyanua…

I.3 Chức năng sinh học của hemoglobin

• Vận chuyển oxy đến mô

• Phản ứng giữa Hb & oxygen:

• Sự gắn oxy – không phải phản ứng oxy hóa

• Một Hb có thể gắn 4 phân tử O2

• Sự gắn oxy đòi hỏi ít hơn 0.01 giây

• Chịu ảnh hưởng của một số chất: 2,3-DPG Diphosphoglycerate)…

Chương II : MYOGLOBINII.1 Cấu tạo :

Hình 2.1 cấu trúc không gian của Myoglobin

- Myoglobin là protein có cấu trúc bậc 3 điển hình, sắc tố chủ yếu của cơ thịt độngvật

- Khối lượng phân tử trung bình 16,700 daltons

- Một phân tử Myoglobin chỉ gồm một đơn vị, không phải là bốn đơn vị nhưHemoglobin Phân tử Globin của Myoglobin do 153 gốc acid amin tạo nên, trong

đó 121 gốc tham gia vào cấu trúc xoắn a, gồm 8 phần, mỗi phần chứa từ 7-26 gốc

- Nhóm heme(sắt chứa porphyrin)nhóm phận giả ở trung tâm quanh đógấp apoprotein còn lại Nó có tám helices alpha và lõi một hydrophobic

-Myoglobin chứa một vòng porphyrin với một trung tâm sắt Có một nhóm histidine proximal gắn trực tiếp đến trung tâm sắt, và một nhóm histidine ngoại biên trên mặt đối diện, không phải ngoại quan đến sắt Nó phục vụ ba chức năng:

1 Để hình thành liên kết hydro với các phân nưadioxygen, tăng O 2 ràng buộc không đổi

2 Để ngăn chặn sự ràng buộc của khí carbon monoxide, cho dù có hoặc không có từ bên trong cơ thể Carbon monoxide liên kết với sắt trong một ngày cuối thời trang,

và là cản trở bởi sự hiện diện của các histidine ngoại biên, mà lực lượng nó thành một conformation cong CO liên kết với heme 23.000 lần tốt hơn so với O 2, nhưngchỉ có 200 lần tốt hơn trong hemoglobin và myoglobin Oxy gắn trong một thời trang bị cong, mà có thể phù hợp với histidine ngoại biên [12]

3 Để ngăn chặn dimerization không thể đảo ngược của oxymyoglobin với một loài deoxymyoglobin

Hình 2.2 Liên kết của nhóm hem trong myoglobin

Một trong 2 phối trí tự do của Fe được liên kết với một trong các histidine này, và còn lại một phối trí tự do trên Fe nằm ở phía kia của vòng sẽ liên kết với oxygen

II.2 Chức năng của myoglobin : có hai chức năng chính

 chuyên chở dưỡng khí (từ hồng huyết cầu vào nội bào mitochondria)

 Xúc tác vớt vác NO

 dự trữ dưỡng khí cho mô thịt

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

Myoglobin thoát ra khỏi mô thịt bị thương tổn và lọc vào trong nước tiểu làm nước tiểu có màu hồng

Có tác dụng là một kho dự trữ khí myoglobin gắn chặt với oxy hơn hemoglobin nó chỉ phóng thích oxy khi nồng độ xuống thấp nên thích hợp hơn hemoglobin trong quá trình dự trữ khí cho cơ thể

II.3 Tính chất của myoglobin

 Desoxymioglobin là sắc tố bẩm sinh của thịt làm cho thịt có màu đỏ tía, trong đó

Fe có hóa trị II

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

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

II.3 Biến tính của Myoglobin trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm :

 Lượng Mb thay đổi tùy từng loại mơ, từng lồi, độ tuổi, giới tính dẫn đến màu sắc thịt cũng thay đổi theo Độ tuổi càng cao thì lượng Mb càng nhiều nên thịt của con vật già cĩ màu đậm hơn của con vật non Ở những cơ vận động thì nhiều Mb hơn các cơ khác Sự ảnh hưởng của lượng Mb đến màu sắc của thịt được thể hiện trongbảng 1 (a,b,c)

Mb2+ hoặc MbO2

Ferrohemochro m

ferrihemochrom Nitrosomyoglobin

Nitrosoferrohemochrom

Fe3+, Globin biến tính,màu nâu (thịt chín)

Fe2+, Globin không biến tính, màu đỏ (ướp muối)

Fe2+, Globin biến tính, màu đỏ hồng (ướp muối)

Fe2+, Globin biến tính, màu hồng (cá thu hộp, thịt heo)

b.theo loại cơ

Thịt bê (non) 4

Thịt bò (non) 8

Thịt bò (già) 18

Tài liệu tham khảo : Hóa sinh công nghiệp Lê Ngọc Tú ( chủ biên ) Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội

Hóa sinh y dược