Bài 9 hóa học PORPHYRIN và HEMOGLOBIN

HÓA HỌC PORPHYRIN VÀ HEMOGLOBIN BS Trần Kim Cúc MỤC TIÊU Phân loại Cromoprotein Mô tả cấu tạo HEM (vẽ hình), cấu tạo GLOBIN Phân tích kết hợp HEM GLOBIN Nêu tính chất Hemoglobin ứng dụng Trình bày vai trò Hemoglobin việc vận chuyển khí I ĐẠI CƯƠNG Cromoprotein Là Protein tạp có chứa nhóm ngoại chất màu Có loại:  Porphyrinoprotein: có chứa nhóm ngoại nhân Porphyrin Ex: Hemoglobin: sắc tố đỏ HC Myoglobin: sắc tố hô hấp tb 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 Hemoglobin Hemoglobin Myoglobin Brenner, S.E Nature Reviews Genetics 2001 2, 801-809 Porphyrin 2.1 Cấu tạo hóa học Porphyrin: Porphyrin hợp chất phức tạp gồm vòng pyrol  Pyrol: dị vòng cạnh có CT: HC CH HC CH N N H H CT đầy đủ CT viết tắt vòng pyrol  vòng pyrol LK với qua cầu nối methylen (- CH =) tạo nên porphin có CT sau: (1) (2) CH HC HC (7) HC C I N C HC CH (3) C II C C HC CH HN IV NH (8) C N C III C HC CH (6) (5) CH (4) CH CTCT Porphin 2 I N HN NH II IV N III Các dạng vẽ tắt 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 đỉnh porphin, mà sau vị trí nhóm 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,  Porphyrin porphin gắn thêm gốc hh định vị trí 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, Đường cong phân ly Hb - oxy Vị trí bình thường đường cong tùy thuộc vào:  Nồng độ 2,3 - DPG  Nồng độ ion H+ (pH) (Bohr effect)  CO2 hồng cầu  Cấu trúc Hb,… Oxy & deoxyhemoglobin Thay đổi cấu hình Hb gắn với O2 Đường cong phân ly Hb-oxy  Lệch phải (dễ nhả O2) • 2,3 - DPG cao • H+ cao • CO2 cao • HbS  Lệch trái (dễ gắn O2) • 2,3 - DPG thấp • HbF Tính chất Hemoglobin 2.2 Kết hợp với CO2 tạo carbohemoglobin (HbCO2)  CO2 sp CH cuối CH mô, vc máu để thải Hb trực tiếp th/gia vc ~ 20% tổng số CO2 tạo thành  Hb kết hợp trực tiếp với CO2 qua nhóm amin tự (- NH2) Globin ko qua Fe2+ HEM, tạo Carbonyl hemoglobin R - NH3+ + CO2 2H+ + R - NH - COO(Dẫn xuất carbamyl)  P/ứ thuận nghịch xảy theo chiều tùy thuộc phân áp CO2 2.2 Kết hợp với CO2 tạo carbohemoglobin (HbCO2)  Ở mô, phân áp CO2 cao, p/ứ xảy theo chiều thuận, HbCO2 tạo thành theo máu tới phổi Ở phổi p/ứ xảy theo chiều nghịch phân áp CO2 khí thở vào thấp phân ly CO2 CO2 thải  Hb vc CO2 cách gián tiếp: Đây dạng vc CO2 theo đường thủy hóa xảy nhanh mạnh HC có enzym carbonic anhydrase (CA) CO2 tái hấp thu CA vào máu, t/dụng CA HC, p/ứ xảy sau: CO2 + H2O H2CO3 2H+ + HCO3- Tính chất Hemoglobin 2.3 Kết hợp với CO tạo carbon monoxyd Hemoglobin (HbCO) CO chất khí ko màu ko mùi, sp qtrình đốt cháy ko htoàn, có khí thải động nổ xe cộ, đám cháy, khói thuốc lá,… CO gắn vào Hb điểm gắn O2, tạo carboxy hemoglobin bền vững ko vc O2 mà làm cho HbO2 khó nhả O2 CO có lực với Hb X 210 lần so với O2, CO đẩy oxy khỏi HbO2 Hb + CO HbO2 + CO HbCO HbCO + O2 Tính chất Hemoglobin 2.3 Kết hợp với CO tạo carbon monoxyd Hemoglobin (HbCO)  Khi 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 O2 cao áp để phân ly HbCO Thë CO2 + H2O Carbonic anhydrase H2CO3 M« ngo¹i vi Hb.4 O2 O2 - HCO3 + H+ O2 + H + HCO3 - + Hb.2 H (®Öm) H2CO3 Phæi Carbonic anhydrase CO2 + H2O Chu tr×nh Krebs Sơ đồ vận chuyển CO2 gián tiếp Hb Tính chất Hemoglobin 2.4 Oxy hóa Hb tạo methemoglobin (MetHb)  Nhiều chất oxh (như Nitrit, clorat, ferricyanua, nitrobenzen,…)  số thuốc điều trị bệnh Sodium nitroprusiat, nitroglycerin,…) OXH Fe2+ Hb thành Fe3+ tạo thành Methemoglobin (M - Hb) Hb M - Hb + e- Tính chất Hemoglobin 2.4 Oxy hóa Hb tạo methemoglobin (MetHb) chất oxy hóa Hb (Fe+2) MetHb + e(Fe+3) nitrit, clorat, ferricyanua,… Tính chất Hemoglobin 2.4 Oxy hóa Hb tạo methemoglobin (MetHb)  Ở dạng Hb khả gắn O2 nên ko chức vc O2 BT có lượng nhỏ Hb dạng MetHb (1,5%  tím tái xuất Các sys khử  sys khử HC, đặc biệt sys khử NADH dependent methemoglobin reductase  Khử sys NADP/ NADPHH+ tạo từ đường HMP  sys a ascorbic sys glutathion khử để tái tạo Hb Tính chất Hemoglobin 2.5 Tính chất enzym Hb Hb có t/chất oxydoreductaz xt pứ OXH - K  T/chất Peroxydaz rõ rệt, tức có khả xt p/ứ: H2O2 + AH2 Hb 2H2O + A  Có hoạt tính catalaz yếu, tức có khả xt p/ứ: 2H2O2 2H2O + O2 [...]... thế của porphyrin Tên gốc Methyl Ethyl Hydroethyl Vinyl Gốc acid acetic Gốc acid propionic Công thức - CH2 - CH2 - CH3 - CH2 - CH2OH - CH = CH2 - CH - COOH - CH2 - CH2 -COOH Ký hiệu - M E E - OH V A P CTCT của một số porphyrin: Tùy theo nhóm thế mà có các loại porphyrin khác nhau: Protoporporphyrin, coproporphyrin, uroporphyrin, M V A A P P M M P A A A P V A P P P P M P Protoporphyrin M P A Uroporphyrin... P M P Protoporphyrin M P A Uroporphyrin III Uroporphyrin I M P A M P E OH P M M M M M M P P P P E OH P M Coproporphyrin I P M Coproporphyrin III P M 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... tạo oxy Hb, đây là p/ư oxygen hóa và thuận nghịch Hb + O2 O2Hb  1 ngtử Fe của một HEM gắn được với 1 ptử O2, nên 1 ptử Hb gắn được 4 ptử O2 Do đó, 1g Hb gắn được với 1,34 ml O2 2.1 Kết hợp thuận nghịch với O2 tạo (HbO2)  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... 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 ngtử Fe trong 1 BĐV của Hb có 6 LK: 4 LK với 4 N của 4 vòng pyrol (trong đó có 2 LK phối trí), và 2 LK phối trí thứ 5 và 6 với N của Histidin Vị trí thứ 6 có thể bị chiếm bởi O2 (tạo thành oxyhemoglobin) 1 ptử Hb hoàn chỉnh  Hình cầu  Đ/kính 5,5 nm (55 Å) ... 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 Hb A tetramer α globin β globin β globin α globin Bán đơn vị của Hb M M M V M N N N P N V GLOBIN Fe N N P P M N M N Fe N N P M V V M N O2 N GLOBIN Mô hình tự do và kết hợp với O2 của 1 BĐV Hb OXY - STATE DEOXY - STATE 2 Tính chất của Hemoglobin 2.1 Kết hợp thuận nghịch với O2 tạo oxyhemoglobin... 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 Fe+2 HEMATIN Fe+3 N N Fe... Hem N N Fe N Fe OH N N Hematin N N Cl N Hemin 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... 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... HbA, HbS và HbC chỉ khác nhau ở một aa trong 1 loại chuỗi pepid • HbS: Glutamat ở vị trí 6 chuỗi β thay thế bằng Valin • HbC: Glutamat ở vị trí 6 chuỗi β thay thế bằng Lysin 1.2 GLOBIN  Hiện nay, ký hiệu Hb theo chuỗi polypeptid: HbA α A2 β A2 HbS α A2 β A2 2 chuỗi α 2 chuỗi β giống HbA của HbS  Có thể biểu thị rõ hơn bằng cách sau: HbS α A2 β26 val HbC α A2 β26 lys 1.3 Sự kết hợp HEM và GLOBIN... 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 O2 giao mô không bị dao động lắm ⇒ PO2 mô ổn định ⇒ Hb có tính đệm giúp PO2/ mô ổn định, đảm bảo sự hằng định nội môi Đường cong phân ly Hb - oxy Vị trí bình thường của đường cong tùy thuộc vào:  Nồng độ 2,3 - DPG  Nồng độ ion H+