Bài 9 hóa học PORPHYRIN và HEMOGLOBIN

Mô tả cấu tạo của HEM vẽ hình, cấu tạo của GLOBIN 3.. Phân tích sự kết hợp của HEM và GLOBIN.. Cấu tạo của HemoglobinHb gồm 2 phần:  Phần protein thuần là GLOBIN  Phần nhóm ngoại l

BS Trần Kim Cúc

HÓA HỌC PORPHYRIN

VÀ HEMOGLOBIN

MỤC TIÊU

1 Phân loại Cromoprotein.

2 Mô tả cấu tạo của HEM (vẽ hình), cấu tạo của

GLOBIN

3 Phân tích sự kết hợp của HEM và GLOBIN.

4 Nêu 5 tính chất của Hemoglobin và các ứng dụng.

5 Trình bày được vai trò của Hemoglobin trong việc

vận chuyển các khí

I ĐẠI CƯƠNG

1 Cromoprotein

Là một Protein tạp có chứa nhóm ngoại là chất màu Có 2 loại:

 Porphyrinoprotein: có chứa nhóm ngoại là nhân Porphyrin.

Ex: Hemoglobin: là sắc tố đỏ của HC.

Myoglobin: sắc tố hô hấp trong tb cơ ở ĐV có xương sống.

 Cromoprotein: chứa nhóm ngoại ko có nhân porphyrin.

Ex: Flavoprotein nhóm ngoại chứa Riboflavin.

Ferritin nhóm ngoại có chứa Fe.

Hemocyamin nhóm ngoại chứa Cu

Myoglobin và Hemoglobin

Myoglobin

Hemoglobin

N H

N H

CT đầy đủ và CT viết tắt của vòng pyrol

 4 vòng pyrol LK với nhau qua 4 cầu nối methylen (- CH =)

tạo nên porphin có CT như sau:

C

CH HC

HN

C HC

HC C

NH

(1) (2)

(3) (4)

(5) (6)

(7) (8)

I

II

III IV

CTCT của Porphin

N

HN NH

3

4

5 6

3

4

5 6

7 8

Các dạng vẽ tắt của Porphin

 Đánh số thứ tự vòng pyrol: I, II, III, IV theo chiều

kim đồng hồ

 Đánh dấu cầu methylen: α, β, γ, δ

 Vị trí các đỉnh của porphin, mà sau này là vị trí

của các nhóm thế 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

 Porphyrin là porphin được gắn thêm các gốc hh

nhất định ở các vị trí 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Protoporphyrin Uroporphyrin I Uroporphyrin III

Coproporphyrin I Coproporphyrin III Hematoporphyrin

2.2 Tính chất của porphyrin:

 Đều có màu.

 Có tính baz yếu do có N hóa trị III ở 2 vòng

pyrolen, đồng thời có tính Acid do có nhóm

- COOH ở mạch bên

 pHi ~ 3 - 4,5

II HEMOGLOBIN (Hb)

 Hemoglobin (Huyết sắc tố) là 1 Cromoprotein có

màu đỏ ở trong HC ĐV cao cấp Chính xác hơn

là 1 porphyrinoprotein, nhóm ngoại là HEM, phần protein là GLOBIN

 HC người chứa ~ 32% là Hb, # 15-16 g/100 ml

máu

 Mỗi loài SV có 1 loại Hb khác nhau tùy thuộc

nhóm Globin, do vậy khi kết tinh, các Hb sẽ kết tinh dưới dạng những tinh thể khác nhau tùy theo mỗi loài ĐV

1 Cấu tạo của Hemoglobin

Hb gồm 2 phần:

 Phần protein thuần là GLOBIN

 Phần nhóm ngoại là HEM

1.1 HEM:

 Gồm nhân protoporphyrin gắn một nguyên tử Fe (II)

(Fe 2+ ) bởi 4 LK giữa Fe 2+ với 4 N của 4 vòng pyrol (trong

đó có 2 LK cộng hóa trị và 2 LK phối trí).

 HEM bị OXH  Hematin chứa Fe3+ (biến Fe(II)  Fe(III) Hematin có thể tách riêng dưới dạng muối clohydrat  HEMIN Tinh thể HEMIN có màu tím có thể được tạo

bằng cách đun Hb với một hỗn hợp muối NaCl và acid acetic

Tinh thể HEMIN - ứng dụng trong pháp y để x/định vết máu của người hay ĐV khác.

Khi Hem bị oxy hóa:

HEM HEMATIN HEMIN (tím)

Fe+2 Fe+3 (tinh thể Teichman)

Fe

N

N N

N

N

N N

N

Cl

N

Fe N N

M

V

M P

P M

N

Fe N

N N

Công thức của Hematin và Hemin

1.2 GLOBIN

 Gồm 4 chuỗi polypeptid, trong đó có:

• 2 chuỗi α (mỗi chuỗi có 141 aa)

• 2 chuỗi β (mỗi chuỗi chứa 146 aa)

 CT bán đ/vị là α2, β2 Toàn bộ ptử có 574 aa.

 Có 4 bậc cấu trúc của Hb và đã phát hiện > 300 đột biến

là những dạng bệnh của ptử Hb (bệnh Hemoglobin).

Ex: HbS: Hb chủ yếu của BN thiếu máu HC liềm.

HbA (adult Hb): Hb chủ yếu của người trưởng thành HbF (Fetal Hb): là Hb của bào thai.

HbC: Hb chủ yếu của BN bị thiếu máu HC hình bia.

1.2 GLOBIN

 Thủy phân Hb bằng Trypsin thành những Peptid

 P/tích cấu tạo của peptid  3 loại HbA, HbS và

HbC chỉ khác nhau ở một aa trong 1 loại chuỗi pepid

 Hiện nay, ký hiệu Hb theo chuỗi polypeptid:

giống HbA của HbS

 Có thể biểu thị rõ hơn bằng cách sau:

1.3 Sự kết hợp HEM và GLOBIN

 Mỗi chuỗi polypeptid của globin kết hợp với

1 HEM qua LK phối trí giữa Fe2+ của HEM và N của nhân imidazol của Histidin tạo thành 1 bán đvị của ptử Hb

1 ptử Hb hoàn chỉnh

 Hình cầu

 Đ/kính 5,5 nm (55 Å)

 PTL = 64.456

 Gồm 4 bđv giống nhau từng đôi một, mỗi bdv gồm 1

chuỗi polypeptid kết hợp 1 HEM, về mặt không gian, chuỗi Globin tự nó cuộn lại tạo thành 1 khe nhỏ chứa Hem Đây chính là vị trí gắn và nhả O2

 Có 4 vị trí gắn O2 trên toàn ptử Hb

 Tỉ lệ Fe trong Hb là 0,34 %.

Phân tử Hb hoàn chỉnh

α globin β globin

β globin α globin

Hb A tetramer

Bán đơn vị của Hb

N

N P

Fe

N

N P

OXY - STATE DEOXY - STATE

 Sự kết hợp và phân ly giữa O2 và Hb được xđịnh bởi phân áp O2 ở m/trường xung quanh Hb.

 Ở phổi: phân áp O2 cao (~ 100 mmHg), hầu như toàn

bộ (95 - 98%) Hb kết hợp O2  HbO2  theo dòng

máu tới mô

 Ở mô: phân áp oxy thấp, p/ư xảy ra theo chiều

nghịch, HbO2 p/ly, nhả O2 cho mô Do đó, Hb đóng vai trò q/trọng trong hô hấp: Vận chuyển O2 từ phổi đến mô.

2.1 Kết hợp thuận nghịch với O 2 tạo (HbO 2 )

Đường cong phân ly Hb - oxy

(đường cong Barcroft)

Phân áp

oxy

Đường cong phân ly Hb - oxy

 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%

PO ↑ 500 thì độ bão hòa HbO cũng chỉ 100%

→ PO2 môi trường, phế nang có thể thay đổi

giao mô không bị dao động lắm

bảo sự hằng định nội môi.

Đường cong phân ly Hb - oxy

Vị trí bình thường của đường cong tùy

Oxy & deoxyhemoglobin

Thay đổi cấu hình của Hb khi

gắn với O2

Đường cong phân ly Hb-oxy

 CO2 là sp CH cuối cùng của sự CH ở các mô, được vc

bằng máu để thải ra ngoài Hb trực tiếp th/gia vc ~ 20%

 Ở các mô, phân áp CO2 cao, p/ứ xảy ra theo chiều thuận, HbCO2 được tạo thành theo máu tới phổi Ở phổi thì p/ứ xảy ra theo chiều nghịch do phân áp CO2 ở khí thở vào

thấp phân ly CO2 và CO2 được thải ra ngoài.

 Hb vc CO2 một cách gián tiếp: Đây là dạng vc CO2 theo

đường thủy hóa xảy ra nhanh và mạnh trong HC vì có

enzym carbonic anhydrase (CA) CO2 được tái hấp thu

vào máu, dưới t/dụng của CA HC, các p/ứ xảy ra như sau:

CO + H O H CO 2H + + HCO

-2.2 Kết hợp với CO 2 tạo carbohemoglobin (HbCO 2 )

CA

CO là chất khí ko màu và ko mùi, là sp của qtrình đốt cháy ko htoàn, có trong khí thải của động cơ nổ của xe cộ, đám cháy, khói thuốc lá,… CO gắn vào Hb tại những điểm gắn của O2, tạo carboxy hemoglobin rất bền vững và ko vc được O2 mà còn làm cho HbO2 khó nhả O2 hơn CO có ái

lực với Hb X 210 lần so với O2, do đó CO đẩy được oxy ra

khỏi HbO2

Hb + CO HbCO HbO + CO HbCO + O

2 Tính chất của Hemoglobin

2.3 Kết hợp với CO tạo carbon monoxyd Hemoglobin (HbCO)

 Khi trong cơ thể nhiều HbCO  ngộ độc nặng

 Khi pCO = 0,7mmHg  gây chết người.

Trong trường hợp ngộ độc CO, ta phải giữ thông khí tốt cho BN, cho ngửi O2 nồng độ cao

hay điều trị bằng O2 cao áp để phân ly HbCO

2 Tính chất của Hemoglobin

2.3 Kết hợp với CO tạo carbon monoxyd Hemoglobin (HbCO)

2 + 2

4 Phổi

Hb.4

4

Hb.2 (đệm)

+ 2

2 Mô ngoại vi

Carbonic anhydrase 2

 Nhiều chất oxh (như Nitrit, clorat, ferricyanua,

 Ở dạng này Hb mất khả năng gắn O2 nên ko còn chức năng vc O2 nữa.

BT có 1 lượng nhỏ Hb dạng MetHb (<1%), việc duy trì nồng độ MetHb < 1% do BT HC có khả năng khử rất mạnh nhưng khi có nhiều chất oxh, vượt

quá khả năng khử của MetHb của HC, MetHb trong

HC   gây thiếu O2 ở mô.

Khi nồng độ MetHb >1,5%  tím tái xuất hiện.

2 Tính chất của Hemoglobin

2.4 Oxy hóa Hb tạo methemoglobin (MetHb)

Các sys khử

 sys khử của HC, đặc biệt là sys khử NADH

dependent methemoglobin reductase

 Khử bởi sys NADP/ NADPHH+ được tạo ra từ con đường HMP

 sys a ascorbic và sys glutathion khử để tái

tạo Hb

Hb có t/chất của 1 oxydoreductaz xt pứ OXH - K

 T/chất của một Peroxydaz rõ rệt, tức là có khả năng