Trao đổi trực tuyến tại:

http://www.mientayvn.com/Y_online.html

HÓA HỌC HEMOGLOBIN

BS. HOÀNG HIẾU NGỌCBỘ MÔN SINH HÓA – KHOA Y – ĐẠI HỌC Y DƯỢC

MỤC TIÊU

1. PHÂN LOẠI CROMOPROTEIN2. MÔ TẢ CẤU TẠO HEME VÀ GLOBIN

3. PHÂN TÍCH SỰ KẾT HỢP GIỮA HEME VÀGLOBIN

4. CÁC DẠNG HEMOGLOBIN

5. VAI TRÒ CỦA HEME TRONG VẬN CHUYỂN

KHÍ (O2; CO2)6. KHẢ NĂNG TẠO CARBON MONOXYD Hb VÀ

KHẢ NĂNG OXY HÓA Hb.7. TÍNH CHẤT ENZYM CỦA HEMOGLOBIN

CROMOPROTEIN

••

PROTEIN TẠP, CÓ CHỨA CHẤT MÀU

GỒM:

1. CÓ NHÂN PORPHYRIN: PORPHYRINOPROTEINVD: HEMOGLOBIN; MYOGLOBIN; OXYDOREDUCTASE

2. KHÔNG CÓ NHÂN PORPHYRIN: CROMOPROTEINVD: FLAVOPROTEIN; FERRITIN; HEMOCYAMIN

PORPHYRIN

• CẤU TẠO BẮT NGUỒN TỪ VÒNG PYROL

• VÒNG PYROL:

NH

N

|

H

CH

CH

HC

HC

• BỐN VÒNG PYROL LIÊN KẾT VỚI NHAU

QUA BỐN CẦU NỐI METHYLEN (-CH2=)TẠO NÊN PORPHIN

NHÂN PORPHIN• ĐÁNH SỐ THỨ TỰ VÒNG PYROL:

– SỐ LA MÃ: I, II, III, IV

– THEO CHIỀU KIM ĐỒNG HỒ

• ĐÁNH DẤU CẦU NỐI METHYLEN

–

–

–

–

α (GIỮA PYROL I VÀ PYROL II)

Β (GIỮA PYROL II VÀ PYROL III)

γ (GIỮA PYROL III VÀ PYROL IV)

δ (GIỮA PYROL IV VÀ PYROL I)

• ĐÁNH SỐ CÁC ĐỈNH PORPHIN:– 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

6 5

N

NH HN

N

1 2

3

4

8

7

3

4

8

7II

1 2

I

IV

III

6 5

HNNH

C

HC

HC

C

C

(1)

HC

(2)

CH

C

CH(3)

CH(4)

C

CH

(5)

C

HC

(6)

(7) HC

(8) HC

II

N

III

IV

I

N

CH

C

C

CH

α

βγ

δ

CÔNG THỨC CẤU TẠO CỦA PORPHIN

• PORPHIN ĐƯỢC GẮN THÊM CÁC GỐC HÓAHỌC TẠI CÁC VỊ TRÍ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 SẼTẠO THÀNH PORPHYRIN

4 PYROL PORPHIN PORPHYRIN

GỐCTHẾ

N

P

A

P

AP

A

P

A

BẢNG 1: CÁC GỐC THẾ CỦA PORPHYRIN

TÊN GỐC THẾ

METHYL

ETHYL

HYDROXYETHYL

VYNYL

GỐC ACETYL

GỐC PROPIONYL

CÔNG THỨC

-CH3

-CH2-CH3

-CH2-CH2OH

-CH=CH2

-CH2-COOH

-CH2-CH2-COOH

KÝ HIỆU

-M

-E

-EOH

-V

-A

-P

CÔNG THỨC CẤU TẠOCỦA MỘT SỐ PORPHYRIN

P P

V

M

V

M

P

M

M

Protoporphyrin

P

A

P

P

A

A

A

Uroporphyrin I

M

p

p

M

P

M

M

P

Coproporphyrin

E-OH

M

E-OH

M

M

P

M

P

Hematoporphyrin

TÍNH CHẤT CỦA PORPHYRIN

• BA LOẠI PORPHYRIN Ở NGƯỜI:– PROTOPORPHYRIN

– UROPORPHYRIN

– COPROPORPHYRIN

• TÍNH TAN CỦA PORPHYRIN PHỤ THUỘCNHÓM CARBOXYL THẾ– UROPORPHYRIN: 8 NHÓM CARBOXYL (tan tốt nhất)

– PROTOPORPHYRIN: 2 NHÓM CARBOXYL

– COPROPORPHYRIN: 4 NHÓM CARBOXYL

HEMOGLOBIN

http://www.buzzle.com/articles/low-hemoglobin-levels.html

- Được phát hiện lần đầu vào năm 1840 bởiHünefeld: protein vận chuyển oxy- 1851, Otto Funke mô tả cấu trúc của hemoglobin- Đặc tính gắn oxy có thể chuyển đổi được Felix Hoppe – Seyler mô tả-1959, Max Perutz và John Kendrew đoạt giảiNobel hóa học trong việc tìm ra cấu trúc phân tửcủa hemoglobin bằng kỹ thuật chụp tia X- Vai trò của hemoglobin trong máu được nhà sinhlý học Claude Bernard làm sáng tỏ

http://en.wikipedia.org/wiki/Hemoglobin

•

•

•

•

•

•

•

Hb: protein hình cầu, đường kính # 55Ao

ở hồng cầu động vật bậc cao

PORPHYRINOPROTEIN

gồm GLOBIN VÀ HEME

Hb: 15,5± 1g/100 ml máu tp (nam)

14,5± 1g/100 ml máu tp (nữ)

Mỗi loài sinh vật có một loại Hb khác nhau

tùy nhóm globin, do vậy khi kết tinh sẽ tạo

ra những dạng tinh thể khác nhau

Heme

Globin

CẤU TẠO HEMOGLOBIN

• PHẦN PROTEIN THUẦN: GLOBIN

• PHẦN NHÓM NGOẠI: HEME

Hemoglobin

Globin

2 chuỗi alpha

2 chuỗi beta

Protoporphyrin IX

Heme

Fe2+

HEME

PROTOPORPHYRIN IX

• TETRAPYROL– METHYL: 1, 3, 5, 8

– VINYL: 2, 4

– PROPIONYL: 6, 7

• NGUYÊN TỬ SẮT GẮN VỚI 4 NGUYÊN TỬ N

CỦA 4 VÒNG PYROL– 2 LK CỘNG HÓA TRỊ

– 2 LK PHỐI TRÍ

PROTOPORPHYRIN IX Fe2+ HEME

1 CẦU NỐI GẮN VỚI

HISTIDIN F8 CỦA GLOBIN

(HIS GẦN)

1 CẦU NỐI GẮN VỚI

HISTIDIN E7 CỦA GLOBIN

(HIS XA) - CẦU NỐI NÀY DỄ

GÃY ĐỂ OXY GẰN VÀO

FeHis gần

oxy

His xa

OXY HÓAHEME HEMATIN (Fe3+)

HEMATIN (Fe3+)Cl-

TINHTHỂHEMIN

GLOBIN

• PHÂN TỬ Hb CÓ 574 aa

• Ở NGƯỜI TRƯỞNG THÀNH

– 2 CHUỖI ALPHA (141 aa / CHUỖI) cấu trúc bậc I

– 2 CHUỖI BÊTA (146 aa / CHUỖI) cấu trúc bậc I

CẤU TRÚC BẬC II CỦA Hb

• CHUỖI α: 7 XOẮN ALPHA (A – B – C – D – E– F – G)

• CHUỖI β: 8 XOẮN ALPHA(A – B – C – D – E –

F – G – H)

• ĐÁNH SỐ XOẮN: A – B – C …

• ĐOẠN aa KHÔNG XOẮN: AB, BC, CD, …

CẤU TRÚC BẬC III CỦA Hb

• CẤU TRÚC BẬC II CUỘN XOẮN TẠI NHỮNGĐOẠN KHÔNG XOẮN

• GIỐNG CẤU TRÚC BẬC III CỦA MYOGLOBIN

• MỘT CHUỖI POLYPEPTID XOẮN VÀ CUỘN

KẾT HỢP VỚI 1 HEME TẠO 1 BÁN ĐƠN VỊCỦA Hb

• 4 BÁN ĐƠN VỊ CỦA Hb TẠO THÀNH CẤU

TRÚC BẬC IV CỦA Hb

Myoglobin Chuỗi beta của hemoglobin

CẤU TRÚC HEMOGLOBIN

• 4 BÁN ĐƠN VỊ CỦA Hb CÓ THỂ ĐƯỢC CHIATHÀNH 2 PHẦN GIỐNG HỆT NHAU (DIMER)

• (αβ)1 VÀ (αβ)2

• HAI CHUỖI POLYPEPTID TRONG MỖI DIMERGẮN CHẶT VỚI NHAU BẰNG LK KỴ NƯỚC( HYDROPHOBIC INTERACTION)

• HAI DIMER CÓ THỂ DI CHUYỂN SO VỚINHAU BỞI NHỮNG LK PHÂN CỰC (YẾU)

→ TRẠNG THÁI DEOXYHEMOGLOBIN VÀ

OXYHEMOGLOBIN

DạngT

(deoxyhemoglobin)

DạngR

(oxyhemoglobin)

+ 4O2

- 4O2

DẠNG T CỦA Hb

• KHÔNG GẮN OXY

• LK ION VÀ LK HYDRO XUẤT HIỆN NHIỀU

LÀM KÌM HÃM SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁCCHUỖI POLYPEPTID

• DẠNG Hb CÓ ÁI LỰC THẤP VỚI OXY

DẠNG R CỦA Hb

• Hb GẮN VỚI OXY

• CÓ SỰ ĐỨT GÃY MỘT SỐ LK ION VÀ LK

HYDRO DO SỰ GẮN OXY

• CÁC CHUỖI POLYPEPTID DI CHUYỂN TỰ DO

HƠN

• LÀ DẠNG Hb CÓ ÁI LỰC CAO VỚI OXY

CÁC DẠNG HEMOGLOBIN

• PHÔI THAI: Hb Gower I δ2ε2

• BÀO THAI: HbF (α2Gγ2 và α2Aγ2)

• NGƯỜI TRƯỞNG THÀNH:

– HbA (98%): α2β2

– HbA2 : α2δ2

– HbA1c : α2β2 - GLUCOSE

GEN MÃ HÓA GLOBIN

Gen alpha globin

(NST 16)

δ α1 α2

ε δ β

Gen bêta globin

(NST 11)

Hb Gower I

δ2ε2HbF α2γ2 HbA2

α2δ2

HbA α2β2

GγG: glycin

AγA: Alanin

Pamela C.Champe and Richard A. Havey2nd Biochemistry Illustrated Review

BỆNH HEMOGLOBIN

• BỆNH HỒNG CẦU HÌNH LiỀM: HbS– 2 CHUỖI ALPHA BÌNH THƯỜNG

– 2 CHUỖI BÊTA ĐỘT BiẾN

• BỆNH HỒNG CẦU HÌNH BIA: HbC (Glu6Lys)

• BỆNH THALASSEMIA

Hồng cầu bình thường Hồng cầu hình liềm

Val His Leu Thr Pro Glu Glu

7 146

1

Val

2

His

3

Leu

4

Thr

5

Pro

6

Val

7

Glu

146

Trình tự acid amin trong chuỗi bêta bình thường1 2 3 4 5 6

Trình tự acid amin trong chuỗi bêta trong HbS

GẮN OXY CỦA HEMOGLOBIN

KẾT HỢP THUẬN NGHỊCH VỚI OXY

Hb + O2 → HbO2

•

•

•

•

LÀ PHẢN ỨNG GẮN OXY VÀ THUẬN

NGHỊCH

O2 GẮN VỚI Fe2+ QUA LIÊN KẾT PHỐI TRÍ

1 NGUYÊN TỬ Fe2+ GẮN VỚI 1 PHÂN TỬ

OXY

Hb + 4O2 → Hb(O2)4

1g Hb GẮN ĐƯỢC 1.39 ml O2

• TẠI PHỔI:

– pO2 cao (100 mmHg): Hb gắn oxy → HbO2

• TẠI MÔ:

– pO2 thấp (40 mmHg): Hb nhả oxy cho mô

• Hb GẮN OXY THEO CƠ CHẾ HIỆP ĐỒNG

ÁI LỰC VỚI OXY

TĂNG LÊN

Hb

O2

Hb

O2

Hb

O2

Hb

O2

Hb

O2O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

• MYOGLOBIN: GẮN 1 PHÂN TỬ OXY

• HEMOGLOBIN: GẮN 4 PHÂN TỬ OXY

• MỨC ĐỘ BÃO HÒA OXY Ở CẢ MYOGLOBINVÀ HEMOGLOBIN THAY ĐỔI TỪ 0% (KHÔNGGẮN) ĐẾN 100% (GẮN HẾT TẤT CẢ VỊ TRÍ)

• ĐỒ THỊ MINH HỌA ĐỘ BÃO HÒA OXY THEO

ÁP SUẤT RIÊNG PHẦN OXY (pO2) GỌI LÀĐƯỜNG CONG PHÂN LY OXY - HEMOGLOBIN

Đường cong phân ly oxy - hemoglobin

• MYOGLOBIN CÓ ÁI LỰC VỚI OXY CAO HƠN

HEMOGLOBIN

• P50: ÁP SUẤT OXY RIÊNG PHẦNCẦN ĐỂ OXY GẮN VÀO 50% VỊ TRÍ

GẮN KẾT– P50(MYO) = 1 mmHg

– P50(HEMG) = 26,8 mmHg

– ÁI LỰC OXY CAO THÌ P50 THẤP

• CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG LÊN ÁI LỰC CỦAHb ĐỐI VỚI OXY

–pH

–Nồng độ CO2

–2,3 diphosphoglycerat (DPG): tăng caotrong hồng cầu sẽ giảm ái lực của Hb vớioxy, và ngược lại

HbO2 + 2,3-DPG → Hb – 2,3-BPG +O2

KẾT HỢP VỚI CO2 TẠO CARBONYLHEMOGLOBIN

• pO2 40 mmHg Ở 37OC: 2,9 ml CO2 HÒA TAN

TRONG HUYẾT TƯƠNG

• Hb VẬN CHUYỂN CO2:

– TRỰC TIẾP: 15 – 20%

– GIÁN TIẾP: 70%

• VẬN CHUYỂN TRỰC TIẾP:

R – NH3+ + CO2 → 2H+ + R – NH – COO-

• VẬN CHUYỂN GIÁN TIẾP

CO2 + H2O ↔H2CO3 → H+ + HCO3-

• 2 ION H+ KẾT HỢP VỚI 2 ACID AMIN

HIS146 TẬN CÙNG CỦA 2 CHUỖI β →

2H+Hb → ĐỆM Hb GiẢM H+ TRONG MÁU

SƠ ĐỒ VẬN CHUYỂNCO2 GIÁN TiẾP CỦA HEMOGLOBIN

KẾT HỢP VỚI CARBON MONOCYD (CO)TẠO CARBON MONOXYD HEMOGLOBIN

•

•

•

•

CO GẮN VỚI Hb TẠI ĐiỂM GẮN OXY

ÁI LỰC CAO GẤP 210 LẦN OXY

CẠNH TRANH OXY ĐỂ GẮN VÀO Hb

COHb BỀN VỮNG VÀ LÀM Hb KHÓ NHẢ OXY

HƠN

• pCO = 0.7 mmHg → CHẾT NGƯỜI

NGỘ ĐỘC CARBON MONOCYD

• THÔNG KHÍ TỐT CHO BỆNH NHÂN

• NGỬI OXY NỒNG ĐỘ CAO

• OXY CAO ÁP → PHÂN LY COHb

OXY HÓA HEMOGLOBIN TẠO

METHEMOGLOBIN

• MetHb LÀ Hb CÓ NGUYÊN TỬ Fe2+ BỊ OXYHÓA THÀNH Fe3+

• MetHb MẤT KHẢ NĂNG GẮN OXY NÊN

KHÔNG VẬN CHUYỂN OXY ĐƯỢC

NGUYÊN NHÂN GÂY MetHb

• CHẤT OXY HÓA: SODIUM NITRIT,FERRICYANUA, NITROBENZEN,NITROPHENOL, POLYPHENOL….

• THUỐC ĐiỀU TRỊ BỆNH: SODIUM

NITROPRUSSIAT, NITROGLYCERIN

• BÌNH THƯỜNG: MetHB < 1% NHỜ HỆTHỐNG KHỬ

– NADH dependent methemoglobin reductase (HC)

– NADP/NADPHH+

– ACID ASCORBIC

– HỆ GLUTATHION KHỬ

• NHIỀU CHẤT OXY HÓA, VƯỢT KHẢ NĂNGKHỬ CỦA HỒNG CẦU → MetHb TĂNG →

THIẾU OXY MÔ

• MetHb > 1.5% → TÍM TÁI

TÍNH CHẤT ENZYM CỦA HEMOGLOBIN

• NHƯ OXYDOREDUCTASE, XÚC TÁC PHẢNỨNG OXY HÓA KHỬ

• NHƯ PEROXYDASE:

H2O2 + AH2→ 2H2O + A

• HOẠT TÍNH CATALASE YẾU:

2H2O2 → 2H2O + O2

Tài liệu tham khảo:-Hóa sinh Y học-Lehninger Principles of Biochemistry (4ed 2004) - ISBN 0716743396-Harper's Illustrated Biochemistry( 26th Ed, 2003)-Whitford_Proteins-Structure and Function 2005