TÀI LIỆU MÔN HÓA SINH: CHƯƠNG 4 HEMOGLOBIN

Huyết sắc tố, còn gọi là Hemoglobin là một chất nằm trong tế bào hồng cầu có nhiệm vụ vận chuyển oxy từ phổi đến khắp cơ thể. Xét nghiệm điện di hemoglobin là một xét nghiệm máu, được thực hiện để tìm xem trong máu có sự hiện diện của những loại hemoglobin bất thường hay không và nồng độ của chúng là bao nhiêu.Mỗi protein Hemoglobin (Hb) có thể mang 4 phân tử oxy, thông qua đường máu mà cung cấp oxy cho các tế bào và mô trong cơ thể. Hemoglobin cũng đóng vai trò trong việc giúp các tế bào hồng cầu có được hình dạng như chiếc đĩa, giúp chúng di chuyển dễ dàng qua các mạch máu

Chương 4 HEMOGLOBI

N

in

1 ĐẠI CƯƠNG

CROMOPROTEIN Cromoprotein = protein tạp chứa nhóm ngoại (chất màu)

Không có nhân

(porphyrin oprotein) VD:

hemoglobin; myoglobin;

clorophyl;

crom

;

catalase

1.2.Porphyrin

1.2.1 Cấu tạo hóa học

CH HC

2 BỐN VÒNG PYROL LIÊN KẾT NHAU QUA 4 CẦU NỐI (-CH=)

- ĐÁNH DẤU CẦU NỐI METHYLEN (–CH=)

β (giữa PYROL II & PYROL

III) γ (giữa PYROL III &

PYROL IV) δ (giữa PYROL

IV & PYROL I)

Công thức đầy đủ của porphin

Propionyl -CH2-CH2-COOH -P

9

MỘT SỐ DẪN XUẤT PORPHYRIN

THƯỜNG GẶP TRONG TỰ NHIÊN

10

Tan trong nước tăng lên

Tan trong lipid tăng lên

Thải qua mật,

• Dễ tạo phức với ion kim loại Metaloprotein

2 HEMOGLOBIN (Hb)

• Huyết cầu tố hay huyết sắc tố

hồng cầu động vật cao cấp

loài

2.1.Cấu tạo Hemoglobin

• Nhóm ngoại: Hem

lkPT lkCHT

Fe

14

Hematin dưới dạng muối clohydrat là Hemin

• Có màu tím: → Xác định loại vết máu trong pháp y vì mỗi Hb cho một dạng tinh thể nhất định

2.1.2 Globin

Có 2 loại Hb

HbA ở người trưởng thành

Trong HbA, globin gồm 4

chuỗi: 2 chuỗi α

2 chuỗi βHbF ở bào thai

Trong HbF, globin

gồm:

2 chuỗi

α

Phân tích

Cấu trúc bốn bậc của Hb.

Phương pháp nhiễu xạ tia XPhương pháp sinh hóa khác

biến dị

CẤU TRÚC BẬC I

Globin có 4 chuỗi polypeptid:

• 2 chuỗi α = 2 x 141 acid amin

• 2 Chuỗi β = 2 x 146 acid amin

• Thứ tự các a.a trong chuỗi polypeptid

được mã hóa bởi một gen đặc hiệu

• Có ít nhất là 7 gen đã được mã hóa

Gen

Hb không bình

thường

HbS, HbC, HbE

CẤU TRÚC BẬC II

80% acid amin

7 đoạn xoắn

20% acid

ký hiệu A, B, C,…

Chuỗi α: A _AB_ B _BC_ C _CD_ D _DE_ E _EF_ F _FG_ G

Chuỗi β: A _AB_ B _BC_ C _CD_ D _DE_ E _EF_ F _FG_ G _GH_ H

CẤU TRÚC BẬC III

acid amin không xoắn

tiểu đơn vị của Hb

20

CẤU TRÚC BẬC IV

21

2.1.3 Sự kết hợp giữa heme và globin để tạo

• Hai liên kết phối trí , 2 liên kết cộng hóa trị 22

• 1 chuỗi polypeptid của Globin + 1 Hem:

trong nhân imidazol của acid amin histidin ở đoạnxoắn F8 (His F8 hay His gần) và đoạn xoắn E7 (His E7hay His xa) của mỗi chuỗi globin

Hai lk này ở về hai phía của mặt phẳng protoporphyrin

- tạo thành một tiểu đơn vị (subunit) của phân tử Hb

32

MÔ HÌNH 1 BÁN ĐƠN VỊ CỦA Hb

α 1 β 2

α 2 β 1

MÔ HÌNH PHÂN TỬ HEMOGLOBIN

Hem

Hình 5.9 trang 96

• 4 chuỗi Globin tự cuộn tạo 4 khe chứa 4 Hem 4 vị trí gắn

26

nhả oxy

2.2.Các loại hemoglobin

của các

a.a khác nhau làm thay đổi cấu trúc và tính chất của

Hb

2.2.1 Hemoglobin bình thường

37

- Hb A2 (2,5% tổng số Hb): α2 δ2 (người

trưởng thành) Các loại này chỉ khác nhau ở

đoạn xoắn F của globin

38

Các kiểu Hb trong quá trình phát triển

polypepti d

Tỷ lệ

HbA2 : α2δ2

Các kiểu Hb biến đổi do chuỗi β

Kiểu Hb

Vị trí a.a thay

đổi trên chuỗi

Loại a.a Biểu hiện

•Thay đổi độ tan và độ bền vững của Hb.

•Ảnh hưởng đến ái lực của Hb đối với oxy cũng như sự vận

chuyển oxy đến các tổ chức

Hb bất thường gây bệnh lý

 Bệnh hồng cầu hình liềm

• Kiểu Hb S α2A β2S

= α2A β26Valin

• Valin thay Acid glutamid vị trí 6 của chuỗi β

thay đổi tính phân cực của chuổi bên

giảm tính tan của Deoxyhemoglobin,

không giảm tính tan của oxy Hb

• Sinh bệnh: Hb S Deoxyhemoglobin tạo thành dạng sợi

biến dạng hồng cầu Hồng cầu hình liềm Hồng cầu

bị phá hủy  thiếu máu tán huyết mãn tính.

• Gặp 5 – 20% dân số da đen.

• Chẩn đoán: điện di huyết thanh/OH

-• Hb S chuyển dịch về anod chậm hơn Hb A

, gây bệnh thiếu máu.

• Xảy ra chủ yếu ở vùng Địa trung hải

1 nguyên tử Fe của 1 Hem gắn với 1 phân tử

oxy Nên 1 pt Hb có thể gắn với 4 phân tử oxy

64456gHb → 4 x 22400

mlO2 Vậy 1g Hb gắn được 1.39 ml

O2

2.3.Tính chất của Hemoglobin

không phải

• Liên kết phối trí giữa His E7 và Fe2+ bị đứt, một phân tử

Cấu hình Deoxyhemoglobin và Oxyhemoglobin

 Cấu hình không gắn oxy (Deoxyhemoglobin):

liên kết hydro và ion

chuỗi

 Cấu hình gắn oxy (Oxyhemoglobin):

50

• Liên kết hydro và ion giữa các dimer bị cắt đứt, các cầu

muối bị

phá vỡ, các chuỗi polypeptid di chuyển tự do hơn

51

Các yếu tố ảnh hưởng sự kết hợp giữa Hb với

O 2

Tương tác Hem - Hem

Các tiểu đơn vị có tác động cộng lực: sự kết hợp của 1 phân tử oxy với Hem đầu tiên sẽ làm tăng ái lực của oxy với các Hem còn lại

•Ở phổi: pO2 cao , phản ứng xảy ra theo chiều thuận

•Ở mô: pO2 thấp, phản ứng xảy ra theo chiều nghịch,

Vai trò quan trọng: vận chuyển oxy từ phổi đến các tổ chức

 Sự thay đổi của pH (Hiệu ứng Bohr)

Khi pH của máu giảm hay khi phân áp CO2 (pCO2) tăng,

khả năng

kết hợp với oxy của Hb giảm,

 Chất điều hòa 2,3-diphosphoglycerat (2,3 - DPG)

tử

deoxyhemoglobin

55

2.3.2 Kết hợp với carbon dioxid (CO 2 )

Kết hợp trực tiếp

trong globin tạo thành dẫn xuất carbaminoyl

(Carbohemoglobin):

phổi

•Ở phổi: pCO2 thấp (36mmHg), phản ứng xảy ra theo

theo đường hô hấp

 Kết hợp gián tiếp

phóng

theo đường hô hấp

Vai trò: Vận chuyển CO2 từ tổ chức đến phổi để đào thải ra ngoài

bằng đường hô hấp

2.3.3 Kết hợp với carbon monoxid (CO)

•Tạo thành carboxyhemoglobin (HbCO) rất bền vững, không còn

khả năng vận chuyển oxygen

Hb mạnh hơn O2 gấp 210 lần, nên có thể đẩy O2 ra khỏi

•HbCO gây ngộ độc nặng

Điều trị: hỗn hợp khí carbogen (95% O2 + 5% CO2)

2.3.4 Sự oxy hóa Hemoglobin

•Chất oxy hóa (nitrit, nitrat, clorat, ferricianur,

nitrobenzen,

polyphenol, ) oxy hóa Hb tạo methemoglobin (M-Hb)

- Ngộ độc bởi các chất oxy hóa

- Thiếu men khử Met Hb do di truyền

- Các bệnh Met Hb máu do các dạng Hb bất thường (HbM)

2.3.5 Tính chất enzym của hemoglobin

Ứng dụng: tìm máu trong nước tiểu và phân

3 SINH TỔNG HỢP HEMOGLOBIN

3.1.Tổng hợp globin

những NST khác nhau

trên NST thứ 16

11, tạo thành phức hợp gen phức hợp gen γβδ

Các gen quyết định cấu trúc của chuỗi

năng)

66

• 1 cặp gen α (α1α 2)

67

Cụm gen quyết định cấu trúc của chuỗi γ, β, δ là phức hợp gen γβδ

kỳ bào thai, khóa này đóng lại trước khi sinh vài tuần và được thay bằng gen β

68

• Trước vùng mã hóa là các yếu tố khởi động và tăng

cường

69

3.2.Tổng hợp hem

ty thể

trưởng

thành do thiếu ty thể

ty thể

GIAI ĐOẠN 1: TRONG TY THỂ

Succinyl CoA Glycin

acid δ amino levulinic (ALA)

GIAI ĐOẠN II: TẠI BÀO TƯƠNG

cosynthase Uroporphyrinogen III

4CO 2 Uroporphyrinogen decarboxylase

Coproporphyrinogen III

72

GIAI ĐOẠN III: TẠI TY THỂ

Nếu ngộ độc chì kéo dài

Ức chế

Enzym ALA dehydratase → ALA

Enzym coproporphyrinogen oxydase →

coproporphyrin

dùng XN ALA và coproporphyrin trong

ĐIỀU HÒA TỔNG HỢP HEM

Được kiểm soát bởi “enzym giới hạn tốc độ” là δ-Amino levulinat synthase(gđ I)

Điều hòa theo cơ chế Feedback (-)

Succinyl CoA - Glycin

δ ALA

δ-Amino levulinatsynthase

( – )

HEM

Phân hủy

4 THOÁI HOÁ HEMOGLOBIN

 Quá trình tiêu hóa hemoglobin

Hemoglobin Myoglobin

Men tiêu hóa phân hủy

Hem

Oxyhóa

Hematin Peptid + A amin

Khó hấp thu

Ra ngoài theo phân Con đường

chuyển hoá protein

55

4.1.Thoái hóa Hb tạo bilirubin tự do

Biliverdin reductase

CH 2N C N O H N H

N

4.2.Thoái hóa Hb tạo bilirubin liên hợp

UDP glucuronat UDP

Bilirubin

Bilirubin monoglucuronat 15%

Bilirubin UDP

glucoronyl transferase

57

7 10

1 Vàng da trước gan

Bil TP, ưu thế TD

NADPHH+ Hem oxygenase NADP+

Biliverdin

NADPHH+

Biliverdin reductase NADP+

2 glucuronat Mesobilirubin (Bilirubin TD) Khử oxy, bão hịa nối đơi

Enzym của VK ruột

- Vi khuẩn ruột giảm sút: Sd K.Sinh

bilirubin không bị khử oxy đào thải nguyên vẹn qua phân

bị oxy hóa tạo biliverdin (xanh)

5 RỐI LOẠN CHUYỂN HÓA Hb

VÀ SẮC TỐ MẬT

Bình thường: BiTP: < 10mg/L

BiGT(BiTD): chiếm 85%: 2 – 8mg/LBiTT(BiLH): chiếm 15%: 0 –

2mg/L Khi BiTP tăng > 20 – 25mg/L xh vàng da

Bệnh lý vàng da được chia thành 3 loại:

Vàng da trước gan Vàng da tại

gan Vàng da sau gan

máu…

độc dung

môi hữu cơ

các thụ thể ở màng tế bào gan

XN máu: Bilirubin TD tăng cao, bilirubin liên hợp tăng nhẹ

hay bình thường

62

XN nước tiểu, phân: Urobilinogen tăng

VÀNG DA TẠI GAN: Tăng bilirubin hỗn hợp

Bệnh di truyền do thiếu enzym UDP glucuronyl

transferase: HC Crigler-Najjar loại I, loại II là bệnh di truyền

như para, cloroform…, xơ gan, k gan…

* ↓ khả năng liên hợp ↑ BiTD đồng thời khả năng tái tạo

bilirubin từ urobilinogen giảm ↑ urobilinogen trong nước

tiểu.

* Tắc nghẽn đường mật trong gan hay ứ mật ở TB gan nên Bi TT

91

tăng làm xh sắc tố mật trong nước tiểu

XN máu: BiTD và BiTT đều tăng

XN nước tiểu: Urobilinogen tăng, sắc tố mật (+)

92

Sự rối loạn trong quá

trình sinh tổng hợp globin

chung của quá trình tổng hợp protein và được quiđịnh bởi các gen Trong một số trường hợp có sựtổng hợp sai lạc  gây bệnh (thalassemia)

được thay bằng valin dẫn đến biến dạng cấutrúc phân tử Hb và hồng cầu (hình lưỡi liềm)gây tan máu