Free_Đại cương về huyết sắc tố

o Cấu trúc bậc 1: các acid amin sắp xếp theo một trật tự nhất định tạo thành các chuỗi globin.. Khi một acid amin trong chuỗi bị thay đổi vị trí sẽ làm thay đổi tính chất lý hóa của hemo

CẤU TRÚC HUYẾT SẮC TỐ HUYẾT SẮC TỐ BÌNH THƯỜNG VÀ HUYẾT SẮC TỐ BỆNH LÝ

MỤC TIÊU

Sau khi học xong bài này, sinh viên có khả năng:

1 Trình bày cấu trúc huyết sắc tố

2 Trình bày về các huyết sắc tố bình thường

3 Nêu được một số tình trạng bệnh lý của huyết sắc tố

1 ĐẠI CƯƠNG

1.1 Cấu trúc huyết sắc tố (HST - Hemoglobin)

Huyết sắc tố còn được gọi là hemoglobin (Hb), là một protein chứa sắt (Fe++), chức năng vận chuyển khí oxy (O2) từ phổi đến mô và vận chuyển khí carbonic (CO2) từ mô về phổi để thải ra ngoài qua động tác hô hấp Hb ở trong hồng cầu và chiếm 33% trọng lượng hồng cầu

HST gồm có 2 phần:

- Hem: là một sắc tố đỏ, chứa một nguyên tử sắt II (Fe++) nằm trong vòng porphyrin, chiếm 4% trọng lượng Hb

- Globin: là một chuỗi polypeptide do nhiều acid amin liên kết với nhau giữa các nhóm -COOH và –NH2 Các chuỗi này được tổng hợp dựa trên

khuôn mẫu gen globin Có nhiều loại globin được chia làm hai họ: α (alpha)

và không α (non-alpha) Mỗi loại có số lượng và trình tự acid amin đặc

trưng,

+ Các chuỗi thuộc họ α: α và ζ (zeta) mỗi chuỗi có 141 acid amin, có cấu trúc gần giống nhau

+ Các chuỗi thuộc họ không α: β (beta), δ (delta), γ (gama), ε (epsilon), mỗi chuỗi có 146 acid amin

- Các chuỗi globin kết hợp với nhau theo nguyên tắc giống nhau từng đôi một, trong đó một đôi thuộc họ α và một đôi thuộc họ không α Về cấu trúc không gian thì hai chuỗi giống nhau được xếp đối xứng nhau, 4 chuỗi tạo nên phân tử tựa như hình cầu Hemoglobin có cấu trúc 4 bậc

o Cấu trúc bậc 1: các acid amin sắp xếp theo một trật tự nhất định tạo thành các chuỗi globin Khi một acid amin trong chuỗi bị thay đổi vị trí sẽ làm thay đổi tính chất lý hóa của hemoglobin, tạo ra một hemoglobin bệnh Mỗi chuỗi polypeptide được bắt đầu bằng gốc amin tự do –NH2, gọi là amin tận; và tận cùng bằng nhóm carboxyl tự do –COOH, gọi là nhóm carboxyl tận

o Cấu trúc bậc 2: các chuỗi polypeptide sắp xếp dưới dạng xoắn α tách riêng bởi những đoạn không xoắn Chuỗi β globin có 8 đoạn xoắn, ký hiệu từ A đến H, trong khi chuỗi α globin thiếu đoạn xoắn D 70 – 80% gốc acid amin của hemoglobin tạo nên các đoạn xoắn

o Cấu trúc bậc 3: theo Perutz, các chuỗi polypeptide có cấu trúc bậc 2, có các vòng xoắn α uốn cong và cuộn lại, tạo nên cấu trúc bậc 3, có không gian 3 chiều nhờ các đoạn gấp khúc Các đoạn gấp khúc có ký hiệu

AB, BC, CD… GH

o Cấu trúc bậc 4: các chuỗi polypeptide có cấu trúc bậc 3 liên kết với nhau thành cấu trúc bậc 4 Do hai chuỗi α và hai chuỗi β sắp xếp đối xứng nhau qua một trục phân tử, nên cấu trúc bậc 4 của hemoglobin được phân bố như hình tứ diện của 4 tiểu đơn vị Các liên kết trong cấu trúc bậc 4 có thể là liên kết các chuỗi cùng loại (α với α, β với β) hoặc khác loại (α với β)

Hình 1.1: Cấu trúc bậc 3 và bậc 4 của phân tử hemoglobin

Ngoài ra, trong phân tử hemoglobin còn có 2,3 diphosphoglycerat (DPG) gắn vào khoang trống ở trung tâm hemoglobin, nơi 4 chuỗi polypeptide tiếp xúc với nhau có tác động tới ái lực của hemoglobin đối với oxy

Hình 1.2: Tác động của việc gắn và nhả oxy lên cấu trúc của hemoglobin

Hình 2: Cấu trúc phân tử hemoglobin

1.2 Chức năng

Huyết sắc tố ở trong hồng cầu, nhờ chứa Fe++ có thể gắn kết lỏng lẻo với oxy và CO2 nên Hb có vai trò vận chuyển oxy từ phổi đến mô và vận chuyển CO2 từ mô về phổi, ngoài ra Hb còn có vai trò đệm để trung hòa các

H+ do mô giải phóng ra

2 HUYẾT SẮC TỐ BÌNH THƯỜNG

2.1 Gen globin

Mỗi loại globin là sản phẩm của một gen, nên cũng có 2 họ gen đó là gen α và gen không α

Hình: Sự hoạt động của các gen và tạo hồng cầu

qua các giai đoạn phát triển cá thể

Họ gen α: gồm gen α và gen ζ nằm trên nhánh ngắn nhiễm sắc thể 16 (NST 16) Trên 1 NST có 2 gen α và 1 gen ζ, ngoài ra có rất nhiều gen giả α (là gen có cấu trúc giống gen α nhưng chưa biết chức năng)

Họ gen không α gồm: gen β, gen δ, gen Aγ, gen Gγ và gen ε, các gen này nằm trên nhánh ngắn nhiễm sắc thể 11

Bình thường mọi cơ thể đều có đủ các gen globin trên, nhưng tùy theo giai đoạn phát triển của các thể, có các gen khác nhau hoạt động để tạo nên các loại Hb khác nhau

2.2 Các loại hemoglobin bình thường

Ở người có 6 loại hemoglobin bình thường thấy được trong hồng cầu qua các thời kỳ phát triển của một cá thể Hemoglobin ở thời kỳ phôi là Hb Gower 1, Hb Gower 2 và Hb Porland Hemoglobin ở thời kỳ thai nhi đến khi trưởng thành là HbA, HbA2 và HbF Thời gian xuất hiện và thành phần từng loại hemoglobin thay đổi tùy theo thời kỳ

Như vậy, sau khi sinh chỉ còn ba loại hemoglobin bình thường, đó là HbA, HbA2 và HbF Thành phần các loại hemoglobin có một tỷ lệ giới hạn nhất định theo lứa tuổi, khi tỷ lệ này thay đổi là biểu hiện tình trạng bệnh lý

Bảng 1: Cấu trúc globin và thời kỳ xuất hiện của các hemoglobin sinh lý Chuỗi

α

Chuỗi

non – α Hb Tên của Hb Thời kỳ xuất hiện

ζ ε ζ2ε2 Gower 1 phôi thai 2 – 3 tuần, tồn tại trong 2

tháng đầu của thai

α ε α2ε2 Gower 2 xuất hiện và tồn tại cùng Hb

Gower 1

ζ γ ζ2γ2 Porland phôi thai 2 – 3 tuần

cuối thai kỳ, <1% ở người lớn bình thường

α β α2β2 HbA Lên đến 10% ở thai nhi bình

thường từ tuần thứ 6 thai kỳ Hb chủ yếu ở người trưởng thành

α δ α2δ2 HbA2 Thai nhi lúc gần sinh <3% ở

người bình thường

Các gen mã hóa cho các thành phần globin của hemoglobin người được sắp xếp trong hai cụm

- Cụm gen α-globin: các gen α được nhân đôi trên nhiễm sắc thể số 16,

- Cụm gen non α-globin: các gen được sắp xếp thành cụm trên nhiễm sắc thể số 11 theo trật tự sau: ε, Gγ, Aγ, δ, β Gen ε mã hóa cho globin ε, gen γ cho globin γ trong HbF, gen này được nhân đôi, đó là Gγ và Aγ Hai gen còn lại trong cụm là gen δ cho chuỗi globin δ và gen β cho globin β

2.3 Điều hòa tổng hợp hemoglobin:

Quá trình tổng hợp chuỗi α và non-α cân bằng ở người bình thường, nhưng cơ chế điều hòa không rõ Phân tử hemoglobin hòa tan rất tốt và và có thể đạt được nồng độ bình thường trong hồng cầu mà không bị kết tủa Các

chuỗi globin dư thừa không ghép cặp được, không hòa tan và lắng đọng lại hình thành các thể vùi bên trong hồng cầu làm cho các nguyên hồng cầu chết

đi (tạo hồng cầu không hiệu quả) và phá hủy các hồng cầu chưa trưởng thành (tán huyết) Các chuỗi α dư thừa dễ không hòa tan nhất, trong khi các chuỗi β

chỉ không hòa tan khi ở nồng độ cao

Hình 1.3: Sự sắp xếp gen globin trên nhiễm sắc thể

và các thành phần hemoglobin ở các thời kỳ phát triển

Thành phần hemoglobin sau khi sinh thay đổi rất nhanh Ở thời kỳ thai nhi, hemoglobin chủ yếu là hemoglobin F Khi sinh HbF có tỷ lệ rất cao, chiếm 60 – 80% lượng Hb, HbA chỉ có 20 – 40% lượng Hb, HbA2 rất ít 0,03 – 0,6% Sau thời kỳ sơ sinh, lượng HbF giảm nhanh, từ lúc 1 tuổi đến trưởng thành HbF chỉ <1% Ngược lại, HbA là Hb chủ yếu của người trưởng thành, tăng nhanh sau khi sinh, từ 1 tuổi đến trưởng thành chiếm 96 – 98% lượng

Hb Còn HbA2 tăng dần sau khi sinh, nhưng lượng ít Chỉ từ 1 – 3% lượng Hb

NHIỄM SẮC THỂ 16 NHIỄM SẮC THỂ 11

Phôi thai Thai nhi Người lớn

Bảng 2: Thành phần hemoglobin bình thường

3 HUYẾT SẮC TỐ BỆNH LÝ

Đột biến gen globin có thể gây giảm cả về số lượng chuỗi globin lẫn thay đổi trật tự acid amin của chuỗi globin Giảm số lượng dẫn đến

thalassemia, trong khi thay đổi cấu trúc tạo ra hemoglobin bất thường (hemoglobin variant) với nhiều thay đổi cấu trúc và chức năng của hemoglobin bao gồm bệnh hồng cầu hình liềm, các hemoglobin không bền, các hemoglobin giảm ái lực với oxy, tăng ái lực với oxy, hoặc methemoblogin Tuy nhiên, phần lớn các đột biến ít gây thay đổi thành phần hemoglobin hoặc những vấn đề lâm sàng đáng kể Một số đột biến kết hợp cả hai đặc điểm, tạo nên hemoglobin bất thường kèm theo giảm số lượng

Bệnh lý HbE là ví dụ phổ biến nhất Sự thay thế acid amin ở vị trí mã

bộ ba thứ 26 (GAG > AAG) trong chuỗi β globin dẫn đến tổng hợp HbE gây thay thế vị trí ghép nối của mRNA chuỗi β, làm giảm thông tin chuỗi beta ghép nối bình thường, gây ra kiểu hình thalassemia nhẹ Những hemoglobin bất thường khác gây kiểu hình thalassemia và giảm chức năng của chuỗi globin, ví dụ Hb Geneva, một Hb bất thường có kiểu hình thalassemia do di truyền trội chuỗi beta Những đột biến khác trong phức hệ gen globin có thể thay đổi quá trình chuyển từ HbF thành HbA, và dẫn đến tồn lưu huyết sắc tố

F di truyền

Dựa vào cấu trúc và sinh tổng hợp chuỗi polypeptide trong globin của hemoglobin, phân loại bệnh hemoglobin di truyền thành hai nhóm chính:

3.1 Hội chứng thalassemia

Là nhóm bệnh hemoglobin di truyền do thiếu hụt tổng hợp một hay

nhiều chuỗi polypeptide trong globin của hemoglobin, không thay đổi cấu trúc chuỗi Từ thalassemia là một từ Hy Lạp có nghĩa là “Bệnh máu vùng biển”, do bệnh được phát hiện đầu tiên và phổ biến ở vùng Địa Trung Hải Bệnh được đặt tên theo chuỗi globin tương ứng bị thiếu hụt: chuỗi alpha, beta

beta-thalassemia hay delta-beta-thalassemia Tùy theo mức độ thiếu hụt các chuỗi mà mức độ nặng trên lâm sàng khác nhau Bệnh nhân thalassemia thể nặng có thể tử vong trong bào thai hoặc sống nhờ truyền máu và thải sắt định

kỳ Trong khi, ở thể nhẹ hoặc mang gen lâm sàng có thể chỉ thiếu máu nhẹ hoặc không có biểu hiện đáng kể Thalassemia thể trung gian, lâm sàng rất đa dạng có thể thay đổi từ nhẹ đến nặng

3.2 Bệnh lý hemoglobin (hemoglobin bệnh, hemoglobin bất thường)

Là một nhóm bệnh hemoglobin do rối loạn cấu trúc chuỗi polypeptide

của globin, một hay hai acid amin trong chuỗi bị thay thế vị trí bằng acid amin khác Tùy theo vai trò, chức năng của acid amin bị thay thế vị trí mà gây

ra biến đổi bệnh lý nặng hay nhẹ, tạo ra một hemoglobin bệnh, hay hemoglobin bất thường

Ngoài hai nhóm chính trên, còn có thể gặp thalassemia kết hợp với

hemoglobin bất thường tạo nên thể phối hợp giữa hai nhóm trên gọi là bệnh

hemoglobin phối hợp; hoặc còn dạng bất thường khác

Cho đến nay có hơn 700 loại hemoglobin bất thường về cấu trúc đã

được xác định Lúc đầu, các tác giả đặt tên cho các Hb mới bằng các chữ cái như HbC, HbD, HbE, HbS, nhưng vì số lượng Hb bất thường mới được phát hiện quá nhiều, hội nghị Huyết học quốc tế ở Stockholm năm 1964 đã quyết định cách đặt tên cho Hb bất thường mới phát hiện bằng tên địa dư, nơi tìm ra

Hb mới đó kèm theo ghi chú tên và vị trí acid amin bị thay thế bằng acid amin khác Những hemoglobin này có thể bất thường ở chuỗi α, β, δ, γ, hay có thể bất thường ở các vị trí khác

Một số hemoglobin bất thường phổ biến:

- HbS: acid glutamic ở vị trí thứ 6 của chuỗi β bị thay thế bằng valin.

Cấu trúc của HbS là α2β2 6glu→ val HbS phân bố chủ yếu ở châu Phi, một phần Ả

rập, Ấn độ, Hy Lạp, Trung Cận đông, chưa phát hiện ở Việt Nam HbS gây nên hồng cầu hình liềm với các biểu hiện của cơn thiếu máu tan máu và tắc

nghẽn mạch

- HbC: acid glutamic ở vị trí thứ 6 của chuỗi β bị thay băng lysine Cấu

trúc của HbC là α2β2 6glu→ lys HbC phân bố chủ yếu ở châu Phi, khoảng 2% người Mỹ da đen mang gen HbC

- HbE: acid glutamic ở vị trí thứ 26 bị thay thế bằng lysine Cấu trúc của

HbE là α2β2 26glu→ lys HbE lưu hành chủ yếu ở châu Á, tần số HbE ở Thái Lan là 4,5 – 7,7%; ở Lào là 31,9% - 63,2%; Campuchia là 41%; Việt Nam từ 0,95 –

55,9% dân số Bệnh nhân HbE có thể thiếu máu hoặc không, hồng cầu nhỏ,

nhược sắc HbE thường gặp nhất ở khu vực Đông Nam châu Á và kết hợp với đột biến gen globin gây nên nhiều thể bệnh thalassemia kết hợp.

- HbM: ít gặp hơn các loại Hb đã mô tả ở trên, được mô tả lần đầu tiên

năm 1960, đến nay đã phát hiện nhiều loại HbM

o HbM Boston : α2 58 hist→ tyr β2

o HbM New York : α2β2 116 val→ glu

o HbM Hyde Park : α2β2 92 hist→ tyr

Hậu quả của HbM là hemoglobin dễ bị oxy hóa thành methemoglobin, gây hội chứng xanh tím

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Trần Văn Bé (1998), Lâm sàng Huyết học, NXB Y học

2 Nguyễn Công Khanh (2008), Huyết học Lâm sàng Nhi khoa, NXB Y học

3 Đỗ Trung Phấn (2006), Bài giảng Huyết học – Truyền máu Sau đại học, NXB Y học