MÔN SINH HÓA: CHAPTER 10

Bốn tiểu đơn vị của huyết sắc tố được tổ chức với nhau bởi không cộng hóa trị tương tác chủ yếu là kỵ nước, ion và liên kết hydro.. Đường cong phân ly oxy: Liên kết khả năng của huyết sắ

Bài Thuyết Trình Sinh Hóa

I HEMOGLOBIN:

-Huyết sắc tố (Hb) là sắc tố máu đỏ, độc quyền tìm thấy trong hồng cầu Các nồng

độ bình thường của Hb trong máu ở nam giới là 14 bóng16 g / dl, và ở nữ 13 bóng15 g / dl Huyết sắc tố thực hiện hai sinh học quan trọng chức năng liên quan đến hô hấp

1 Cung cấp O2 từ phổi đến mô

2 Vận chuyển CO2 và proton từ các mô đến phổi để bài tiết

Structure of hemoglobin:

Diagrammatic representation of hemoglobin with 2α and 2β chains (Red blocks–Heme).

Huyết sắc tố (mol Wt 64,450) là một liên hợp protein, chứa globin, apoprotein một phần và một phần ba không phải là protein (nhóm giả) Huyết sắc tố là một tetrameric protein allosteric Cấu trúc của globin: Globin bao gồm bốn chuỗi

polypeptide của hai loại chính khác nhau cấu trúc (đơn vị đơn sắc) Hình thức phổ biến của huyết sắc tố trưởng thành (HbA1) được tạo thành từ hai Chuỗi α và hai chuỗi β (α2β2) Một số tác giả xem xét huyết sắc tố bao gồm hai giống hệt nhau làm mờ hình xăm (αβ) 1 và (αβ) 2

chuỗi α chứa 141 axit amin

chuỗi β chứa 146 axit amin

(10.2)

Structure of heme [M-Methyl ( CH3); V-Vinyl ( CH2 CH2 ); P-Propionyl ( CH2 CH2 CH2)

Do đó, HbA1 có tổng cộng 574 Dư lượng axit amin Bốn tiểu đơn vị của huyết sắc

tố được tổ chức với nhau bởi không cộng hóa trị tương tác chủ yếu là kỵ nước, ion

và liên kết hydro Mỗi tiểu đơn vị chứa một heme nhóm Cấu trúc của heme: Màu

đỏ đặc trưng màu của huyết sắc tố (cuối cùng là máu) là do để heme Heme chứa một phân tử porphyrin cụ thể là protoporphyrin IX, với sắt trung tâm

Protoporphyrin IX bao gồm bốn pyrrole nhẫn mà bốn methyl, hai propionyl và hai nhóm vinyl được đính kèm (Hình.10.2) Heme là nhóm chân tay giả phổ biến hiện diện trong cytochromes, trong một số enzyme như catalase, tryptophan pyrolase và diệp lục (Mg2 +) Trong trường hợp của cytochrom, oxy hóa và khử sắt (Fe2 + Fe3 +) là điều cần thiết cho chuỗi vận chuyển điện tử

Other forms of hemoglobin:

Bên cạnh huyết sắc tố trưởng thành (HbA1) được mô tả ở trên, các loại huyết sắc

tố nhỏ khác là cũng được tìm thấy ở người (Bảng 10.1) Ở người lớn một phần nhỏ (<5%) của huyết sắc tố, được gọi là HbA2 có mặt HbA2 gồm hai α và hai chuỗi G (delta) Huyết sắc tố bào thai (HbF) được tổng hợp trong quá trình phát triển của thai nhi và một chút của nó có thể có mặt ngay cả ở người lớn

Di truyền dai dẳng của huyết sắc tố thai nhi (HPFH) là tình trạng huyết sắc tố thai nhi tổng hợp không được chấm dứt khi sinh nhưng tiếp tục đến tuổi trưởng thành Glycosyl hóa huyết sắc tố (HbA1c), được hình thành bởi cộng hóa trị liên kết của glucose cũng được tìm thấy ở mức thấp sự tập trung Nó được tăng lên trong bệnh đái tháo đường được sử dụng thành công để tiên lượng những bệnh nhân này

Myoglobin:

Myoglobin (Mb) là oxy đơn phân hemoprotein liên kết được tìm thấy trong tim và xương cơ bắp Nó có một polypeptide đơn (153 amino axit) chuỗi với heme

moeme Myoglobin (mol wt 17.000) có cấu trúc tương tự cá nhân tiểu đơn vị của phân tử huyết sắc tố Lý do các thuộc tính phức tạp hơn của huyết sắc tố đã được làm sáng tỏ một cách thuận tiện thông qua nghiên cứu về myoglobin Myoglobin

có chức năng như một bể chứa cho ôxy Nó tiếp tục phục vụ như là chất mang oxy thúc đẩy quá trình vận chuyển oxy đến nhanh chóng tế bào cơ hô hấp

Functions of hemoglobin:

Hemoglobin chịu trách nhiệm phần lớn cho vận chuyển O2 từ phổi đến các mô Nó cũng giúp để vận chuyển CO2 từ các mô đến phổi

Binding of O2 to hemoglobin:

Một phân tử huyết sắc tố (với bốn heme) có thể liên kết với bốn phân tử O2 Điều này trái ngược với myoglobin (với một heme) có thể liên kết với chỉ một phân tử ôxy Nói cách khác, mỗi nửa heme có thể liên kết với một O2

Sự liên kết của oxy với các cấp độ khác Do đó, áp lực của Hb đối với O2 cuối cùng là khoảng 100 lần lớn hơn liên kết của O2 đầu tiên với Hb Hiện tượng này được gọi là hợp tác xã liên kết của O2 với Hb hoặc đơn giản là heme-heme tương tác Mặt khác, phát hành của O2 từ một heme tạo điều kiện cho việc phát hành Ôxy

từ người khác Tóm lại, có một giao tiếp giữa các nhóm heme trong chức năng huyết sắc tố Đường cong phân ly oxy: Liên kết khả năng của huyết sắc tố với O2 ở một phần khác nhau áp lực của oxy (pO2) có thể được đo bằng đại diện đồ họa được gọi là phân ly O2 đường cong Các đường cong thu được cho huyết sắc tố và myoglobin được mô tả

Rõ ràng là từ biểu đồ rằng myoglobin có áp lực với O2 cao hơn nhiều so với huyết sắc tố Do đó O2 bị ràng buộc chặt chẽ hơn với myoglobin hơn với hemoglobin Thêm nữa, pO2 cần thiết cho một nửa bão hòa (liên kết 50%) của myoglobin là khoảng 1 mm Hg so với khoảng 26 mm Hg đối với huyết sắc tố

Cooperative binding of O2 to hemoglobin:

Đường cong phân ly oxy cho huyết sắc tố có dạng hình sigmoidal Điều này cho thấy rằng sự liên kết của oxy với một heme tăng sự liên kết của oxy với các cấp độ khác Do đó, áp lực của Hb đối với O2 cuối cùng là khoảng 100 lần lớn hơn liên kết của O2 đầu tiên với Hb Hiện tượng này được gọi là hợp tác xã liên kết của O2 với Hb hoặc đơn giản là heme-heme tương tác (Hình.10.4) Mặt khác, phát hành

của O2 từ một heme tạo điều kiện cho việc phát hành Ôxy từ người khác Tóm lại,

có một giao tiếp giữa các nhóm heme trong chức năng huyết sắc tố

Transport of O2 to the tissues:

Trong phổi, nơi tập trung của O2 cao (do đó pO2 cao), huyết sắc tố được đầy đủ bão hòa (nạp) với O2 Ngược lại, tại mức độ mô, nơi nồng độ O2 thấp (do đó pO2 thấp), oxyhemoglobin giải phóng (dỡ) O2 của nó để hô hấp tế bào Đây là thường qua trung gian bằng cách liên kết O2 với myoglobin phục vụ như là hồ chứa ngay lập tức và nhà cung cấp O2 cho các mô

T and R forms of hemoglobin:

Bốn tiểu đơn vị (α2β2) của hemoglobin là được tổ chức bởi các lực lượng yếu Họ hàng vị trí của các tiểu đơn vị này là khác nhau trong oxyhemoglobin so với

deoxyhemoglobin Dạng T của Hb: Dạng deoxy của hemoglobin tồn tại ở dạng T hoặc taut (thì) Khí hydro và liên kết ion hạn chế sự di chuyển của đơn phân Do

đó, dạng T của Hb thấp áp lực oxy Dạng R của Hb: Liên kết của O2 làm mất ổn định một số liên kết hydro và ion đặc biệt là giữa αβ dimers Điều này dẫn đến một dạng thư giãn hoặc dạng R của Hb trong đó tiểu đơn vị di chuyển một chút tự do

Vì thế, dạng R có ái lực oxy cao Sự tồn tại của hemoglobin trong hai các hình thức (T và R) giải thích phù hợp hành vi allosteric của huyết sắc tố

Transport of CO2 by hemoglobin:

Trong chuyển hóa hiếu khí, cho mọi phân tử O2 sử dụng, một phân tử CO2 được giải phóng Huyết sắc tố tích cực tham gia vận chuyển CO2 từ các mô đến phổi Khoảng 15% CO2 mang trong máu liên kết trực tiếp với Hb Phần còn lại của CO2

mô là vận chuyển dưới dạng bicarbonate (HCO3) Các phân tử carbon dioxide bị ràng buộc các axit α-amino không tích điện của huyết sắc tố để tạo thành carbamyl huyết sắc tố như hình dưới đây Hb - NH2 + CO2 Hb - NH - COO Từ + H + Các oxyHb có thể liên kết 0,15 mol CO2 / nốt ruồi heme, trong khi deoxyHb có thể liên kết 0,40 mol CO2 / mol heme Các ràng buộc CO2 ổn định dạng T (taut) của cấu trúc huyết sắc tố, dẫn đến giảm ái lực với Hb Huyết sắc tố cũng giúp trong vận chuyển CO2 dưới dạng bicarbonate, như giải thích bên dưới (Hình.10.6)

Khi CO2 đi vào máu từ các mô, enzyme carbonic anhydrase có trong hồng cầu xúc tác cho sự hình thành carbonic axit (H2CO3) Bicarbonate (HCO3-) và proton (H +) được phát hành trên sự phân ly của carbonic axit Huyết sắc tố hoạt động như một bộ đệm và ngay lập tức liên kết với các proton Nó được ước tính cứ 2 proton liên kết với Hb thì có 4 oxy các phân tử được giải phóng đến các mô bên trong phổi, liên kết O2 với Hb dẫn đến việc giải phóng proton Kết hợp bicarbonate và proton để tạo thành axit cacbonic Cái sau được hành động bằng carbonic

anhydrase để giải phóng CO2, đó là thở ra

Mechanism of Bohr effect:

Hiệu ứng Bohr có thể được đơn giản hóa như sau:

HbO2 + H + o Hb H + + O2

Bất kỳ sự gia tăng proton và / hoặc pO2 thấp hơn chuyển cân bằng sang quyền sản xuất deoxyhemoglobin như xảy ra trong các mô Trên mặt khác, bất kỳ sự gia tăng pO2 và / hoặc a giảm H + làm dịch chuyển trạng thái cân bằng sang trái, xảy ra trong phổi Khi CO2 liên kết với huyết sắc tố, carbamyl huyết sắc tố được sản xuất (chi tiết được mô tả dưới đây vận chuyển CO2) Điều này gây ra việc loại bỏ

proton từ nhóm NH2 cuối và ổn định cấu trúc của Hb ở dạng T

(deoxyhemoglobin) Do đó, sự ràng buộc của CO2 thúc đẩy giải phóng oxy (trong các mô) Mặt khác, khi huyết sắc tố là Oxy trong phổi, CO2 được giải phóng khi

nó liên kết lỏng lẻo với dạng R của Hb

Role of Cl– in oxygen transport:

Clorua (Cl,) liên kết chặt chẽ hơn với deoxy- huyết sắc tố hơn so với

oxyhemoglobin Điều này tạo điều kiện giải phóng O2 được giải thích như sau

Bicarbonate (HCO3) được tự do thẩm thấu qua màng hồng cầu Một lần được sản xuất trong hồng cầu, HCO3- tự do di chuyển ra ngoài và cân bằng với xung quanh

Mechanism of action of 2,3-BPG:

Một phân tử 2,3-BPG liên kết với một phân tử (tetramer) của deoxyhemoglobin trong khoang trung tâm của bốn tiểu đơn vị Trung tâm này túi đã tích điện dương (ví dụ: histidine, lysine) hai chuỗi β-globin Liên kết ion (muối cầu) được hình thành giữa tích cực axit amin tích điện (của β thế giới) với nhóm phosphate tích điện âm của 2,3-BPG (Hình.10.9) Sự ràng buộc của 2,3-BPG ổn định hemoxybin khử oxy (dạng T) bằng chéo liên kết các chuỗi β

Về oxy hóa huyết sắc tố, 2,3-BPG là trục xuất khỏi túi và oxyhemoglobin đạt dạng

R của cấu trúc

Clinical significance of 2,3-BPG:

Vì liên kết của 2,3-BPG với hemoglobin chủ yếu liên quan đến giải phóng O2 đến các mô, phân tử nhỏ này mang nhiều ý nghĩa y sinh Các mức hồng cầu 2,3-BPG

có liên quan đến mô nhu cầu cung cấp oxy

1 Trong tình trạng thiếu oxy: Nồng độ 2,3-BPG hồng cầu tăng cao trong tình trạng thiếu oxy mãn tính điều kiện liên quan đến khó khăn trong O2 cung cấp Chúng bao gồm sự thích ứng với độ cao, khí thũng phổi tắc nghẽn (luồng không khí trong tiểu phế quản bị tắc nghẽn) v.v

2 Trong bệnh thiếu máu: mức 2,3-BPG là tăng trong tình trạng thiếu máu nghiêm trọng để đối phó với nhu cầu oxy của cơ thể Đây là thích ứng với việc cung cấp càng nhiều O2 càng tốt để mô, mặc dù mức hemoglobin thấp

3 Trong truyền máu: Lưu trữ máu trong môi trường axit citrate-dextrose dẫn đến giảm nồng độ 2,3-BPG Như là máu khi truyền không cung cấp được O2 cho khăn giấy ngay lập tức Bổ sung inosine (hypoxanthine-ribose) vào lượng máu dự trữ ngăn chặn sự giảm 2,3- BPG Phần ribose của inosine được phosphoryl hóa và đi vào hexose con đường monophosphate và cuối cùng nhận được được chuyển đổi thành 2,3-BPG

4 Hemoglobin bào thai (HbF): Sự liên kết của 2,3-BPG đến hemoglobin của thai nhi rất yếu Do đó, HbF có ái lực với O2 cao hơn so với hemoglobin (HbA) của

người lớn Điều này có thể cần thiết cho việc chuyển oxy từ máu mẹ truyền cho thai nhi

Methemoglobin:

Đối với chức năng sinh học của hemoglobin — để mang oxy — sắt nên vẫn còn trong trạng thái sắt (Fe2 +) Hemoglobin (Fe2 +) có thể bị oxy hóa thành

methemoglobin (Fe3 +) Bình thường hoàn cảnh, tuy nhiên, oxy phân tử không không oxy hóa Hb, nó chỉ liên kết lỏng lẻo để tạo thành oxyhemoglobin Quá trình oxy hóa hemoglobin thành methemoglobin (metHb) có thể được gây ra trong hệ thống sống bởi H2O2, các gốc tự do và thuốc Methemoglobin (với Fe3 +) không thể liên kết thành O2 Thay vào đó, một phân tử nước chiếm vị trí oxy trong heme của metHb Trong trường hợp bình thường, đôi khi quá trình oxy hóa hemoglobin được điều chỉnh bởi enzyme methemoglobin reductase có trong hồng cầu

Carboxyhemoglobin (COHb):

Carbon monoxide (CO) là một hợp chất độc hại (một chất ô nhiễm công nghiệp) có thể liên kết với Hb trong cùng cách thức liên kết với O2 Tuy nhiên, CO có áp lực cao hơn khoảng 200 lần so với O2 cho liên kết với Hb

Conversion of hemoglobin to methemoglobin and vice versa

Biểu hiện lâm sàng của ngộ độc CO là quan sát thấy khi nồng độ COHb vượt quá 20% Các triệu chứng bao gồm đau đầu, buồn nôn, khó thở, nôn mửa và khó chịu Quản lý O2 thông qua mặt nạ oxy sẽ giúp đảo ngược các biểu hiện của nhiễm độc CO