HÓA HỌC HEMOGLOBIN

- 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

Trao đổi trực tuyến tại:

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

HÓA HỌC HEMOGLOBIN

BS HOÀNG HIẾU NGỌC

BỘ MÔN SINH HÓA – KHOA Y – ĐẠI HỌC Y DƯỢC

MỤC TIÊU

1 PHÂN LOẠI CROMOPROTEIN

2 MÔ TẢ CẤU TẠO HEME VÀ GLOBIN

3 PHÂN TÍCH SỰ KẾT HỢP GIỮA HEME VÀ

GLOBIN

4 CÁC DẠNG HEMOGLOBIN

5 VAI TRÒ CỦA HEME TRONG VẬN CHUYỂN

KHÍ (O 2 ; CO 2 )

6 KHẢ NĂNG TẠO CARBON MONOXYD Hb VÀ

KHẢ NĂNG OXY HÓA Hb.

7 TÍNH CHẤT ENZYM CỦA HEMOGLOBIN

1 CÓ NHÂN PORPHYRIN: PORPHYRINOPROTEIN

VD: HEMOGLOBIN; MYOGLOBIN; OXYDOREDUCTASE

2 KHÔNG CÓ NHÂN PORPHYRIN: CROMOPROTEIN

VD: FLAVOPROTEIN; FERRITIN; HEMOCYAMIN

• CẤU TẠO BẮT NGUỒN TỪ VÒNG PYROL

• VÒNG PYROL:

N H

N

| H

CH

CH HC

HC

• BỐN VÒNG PYROL LIÊN KẾT VỚI NHAUQUA 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

8 7

3 4

8

7 II

1 2 I IV

III

6 5

HN NH

(2) CH

C

HC (6)

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 SẼ

TẠO THÀNH PORPHYRIN

4 PYROL PORPHIN PORPHYRIN

GỐC THẾ

N

P A

P A P

A P A

-CH 2 -COOH -CH 2 -CH 2 -COOH

KÝ HIỆU

-M -E -EOH -V

-A -P

CÔNG THỨC CẤU TẠO

CỦA MỘT SỐ PORPHYRIN

p p

E-OH M

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

- Được phát hiện lần đầu vào năm 1840 bởi

Hünefeld: 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 giải

Nobel hóa học trong việc tìm ra cấu trúc phân tử

của hemoglobin bằng kỹ thuật chụp tia X

- Vai trò của hemoglobin trong máu được nhà sinh

lý học Claude Bernard làm sáng tỏ

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

ra những dạng tinh thể khác nhau

Globin

CẤU TẠO HEMOGLOBIN

• PHẦN PROTEIN THUẦN: GLOBIN

• PHẦN NHÓM NGOẠI: HEME

HEME

PROTOPORPHYRIN IX Fe 2+ 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

His gần

oxy

His xa

OXY HÓA

GLOBIN

• PHÂN TỬ Hb CÓ 574 aa

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

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

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 CUỘNKẾT 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 VỚI

NHAU BỞI NHỮNG LK PHÂN CỰC (YẾU)

→ TRẠNG THÁI DEOXYHEMOGLOBIN VÀ

OXYHEMOGLOBIN

Dạng T

(deoxyhemoglobin)

Dạng R (oxyhemoglobin) + 4O 2

- 4O 2

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

GEN MÃ HÓA GLOBIN

Gen alpha globin

Pamela C.Champe and Richard A Havey

2 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

GẮN OXY CỦA HEMOGLOBIN

KẾT HỢP THUẬN NGHỊCH VỚI OXY

O2 GẮN VỚI Fe2+ QUA LIÊN KẾT PHỐI TRÍ

1 NGUYÊN TỬ Fe2+ GẮN VỚI 1 PHÂN TỬOXY

Hb + 4O 2 → Hb(O 2 ) 4

1g Hb GẮN ĐƯỢC 1.39 ml O2

• TẠI PHỔI:

– pO 2 cao (100 mmHg): Hb gắn oxy → HbO 2

• TẠI MÔ:

– pO 2 thấp (40 mmHg): Hb nhả oxy cho mô

• Hb GẮN OXY THEO CƠ CHẾ HIỆP ĐỒNG

ÁI LỰC VỚI OXY TĂNG LÊN

• MYOGLOBIN: GẮN 1 PHÂN TỬ OXY

• HEMOGLOBIN: GẮN 4 PHÂN TỬ OXY

• MỨC ĐỘ BÃO HÒA OXY Ở CẢ MYOGLOBIN

VÀ 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 LÀ

ĐƯỜNG CONG PHÂN LY OXY - HEMOGLOBIN

Đường cong phân ly oxy - hemoglobin

• MYOGLOBIN CÓ ÁI LỰC VỚI OXY CAO HƠNHEMOGLOBIN

CẦN ĐỂ OXY GẮN VÀO 50% VỊ TRÍ GẮN KẾT

– P 50 (MYO) = 1 mmHg

– P 50 (HEMG) = 26,8 mmHg

– ÁI LỰC OXY CAO THÌ P 50 THẤP

• CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG LÊN ÁI LỰC CỦA

Hb ĐỐI VỚI OXY

–Nồng độ CO2

–2,3 diphosphoglycerat (DPG): tăng cao

trong hồng cầu sẽ giảm ái lực của Hb vớioxy, và ngược lại

HbO 2 + 2,3-DPG → Hb – 2,3-BPG +O 2

KẾT HỢP VỚI CO2 TẠO CARBONYL

HEMOGLOBIN

• pO2 40 mmHg Ở 37OC: 2,9 ml CO2 HÒA TANTRONG HUYẾT TƯƠNG

• Hb VẬN CHUYỂN CO2:

– TRỰC TIẾP: 15 – 20%

– GIÁN TIẾP: 70%

• VẬN CHUYỂN TRỰC TIẾP:

R – NH 3+ + CO 2 → 2H + + R – NH – COO

CO2 + H2O ↔H2CO3 → H+ + HCO

HIS146 TẬN CÙNG CỦA 2 CHUỖI β → 2H+Hb → ĐỆM Hb GiẢM H+ TRONG MÁU

SƠ ĐỒ VẬN CHUYỂN CO 2 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 OXYHƠN

• 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: SODIUMNITROPRUSSIAT, NITROGLYCERIN

• NHIỀU CHẤT OXY HÓA, VƯỢT KHẢ NĂNG

KHỬ 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:

• HOẠT TÍNH CATALASE YẾU:

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