BÀI GIẢNG CHUYỂN HÓA HEMOGLOBIN

 Hb gắn oxy theo cơ chế hiệp đồng  Như vậy vai trò của Hb trong hô hấp là lấy oxy tối đa tại phổi và phân phối oxy tối đa tại mô ĐẠI CƯƠNG Hb Hemoglobin 1 Kết hợp thuận nghịch với o

HEMOGLOBIN

HEMOGLOBIN

Nhân PORPHYRIN

Fe ++

- Hb là phân tử tetramer chứa 4 chuỗi polypeptid và 4 nhóm ngoại Hem

- Hem trong Hb là porphyrin kết hợp với Fe++, trong đó

Fe có thể có 5 hoặc 6 liên kết tùy thuộc trạng thái mang hoặc không mang oxy

I Cấu tạo

II Tính chất NHÂN PORPHYRIN ĐẠI CƯƠNG Hb

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

ĐÁNH SỐ THỨ TỰ VÒNG PYROL

Số La mã: I, II, III, IV Theo chiều kim đồng hồ

NHÂN PORPHIN

ĐÁNH DẤU CẦU NỐI METHYLEN (–CH=)

α (giữa PYROL I & PYROL II)

β (giữa PYROL II & PYROL III)

γ (giữa PYROL III & PYROL IV)

δ (giữa PYROL IV & PYROL I)

Cấu tạo porphyrin

ĐẠI CƯƠNG Hb

NHÂN PORPHIN

Công thức đầy đủ của porphin

TÊN GỐC THẾ CÔNG THỨC KÝ HIỆU

Có màu

3 loại porphyrin ở người:

Protoporphyrin Uroporphyrin Coproporphyrin

Tính tan: Phụ thuộc nhóm CARBOXYL thế

Tan trong nước tăng lên

Tan trong lipid tăng lên

ĐẠI CƯƠNG Hb

 Thải qua nước tiểu

 Thải qua mật, phân

 Thải qua 2 đường (pH, n/độ)

Tất cả các vòng pyron nằm trên 1 mặt phẳng

• Phản ứng : Hemoglobin + Nacl + CH3COOH Đun nóng → Hemin

• Có màu tím: → Xác định loại vết máu trong pháp y vì mỗi Hb

Hematin dưới dạng muối clohydrat là Hemin

GLOBIN

Kiểu gen: β/β αα/αα

Sinh tổng hợp globin

Các loại hemoglobin

- GĐ phôi và thai: Hb Portland, Gower, HbF có ái lực với oxy

mạnh hơn HbA của mẹ nên giữ oxy từ máu mẹ cho thai

- GĐ sau sanh: HbA ưu thế vì HbA dễ nhả oxy cho mô hơn HbF

HbA ở người trưởng thành

Trong HbA, globin gồm 4 chuỗi:

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 gen đặc hiệu

• Có ít nhất là 7 gen đã được mã hóa

• Mỗi xoắn # 7 – 20 a.a

• Tên 7 xoắn: A – B – C – D – E – F – G – H

• Đoạn a.a không xoắn: AB, BC, CD, …

CẤU TRÚC BẬC II

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 IV

1 chuỗi α,β (bậc III) + 1 HEME = 1 bán đơn vị Hb

4 bán đơn vỊ Hb  Cấu trúc bậc IV của Hb

Các kiểu Hb trong quá trình phát triển

Các kiểu Hb biến đổi do chuỗi β

Vị trí a.a thay đổi trên chuỗi

α A 2 β 6 Val 2

α A 2 β 6 Lys 2

Bệnh HC hình liềm:

Kiểu HbS α2Aβ2S

= α2Aβ26Valin

Valin thay a.Glutamid vị trí 6 của chuỗi β

 thay đổi tính phân cực của chuổi bên

 giảm tính tan của Deoxy Hb,

 không giảm tính tan của oxy Hb

Sinh bệnh: HbS  Deoxy Hb tạo thành dạng sợi  biến dạng HC  HC hình liềm  HC bị phá hủy  thiếu máu tán huyết mãn tính

Sự kết hợp Hem và Globin

Nguyên tử Fe ++ có 4 liên kết với 4 Nitơ của 4 vòng Pyrol

Hai liên kết phối trí , 2 LK cộng hóa trị

V

M

V

M P

P M

MÔ HÌNH 1 BÁN ĐƠN VỊ CỦA Hb

V

M

V

M P

P M

N-a.a His F8 His gần

Cấu tạo GLOBIN

ĐẠI CƯƠNG Hb

Mỗi chuỗi polypep của Globin k.hơp với 1 Hem qua 2 lk phối trí giữa

Fe 2+ của hem với N của nhân Imidazol thuộc acid amin histidin E7

với N của nhân Imidazol thuộc acid amin F8 trong chuỗi polypeptide

- Biểu diễn Hem trên một mặt phẳng thì hai liêu kết phối trí giữa Fe2+ với globin nằm về hai phía mặt phẳng

P M

N-a.a His F8 proximal

O2

Cấu tạo GLOBIN

ĐẠI CƯƠNG Hb

MÔ HÌNH PHÂN TỬ HEMOGLOBIN

Hb là 1 protein hình cầu, d = 55Ao, PTL = 64456

TÍNH CHẤT CỦA HEMOGLOBIN

1. Sự kết hợp thuận nghịch với oxy O2

2. Sự kết hợp với carbon dioxyd CO2

3. Sư kết hợp với carbon monoxyd CO

4. Oxyhóa hemoglobin tạo methemoglobin

5. Là một enzym oxydoreductase ĐẠI CƯƠNG Hb

Hemoglobin

(1) Kết hợp thuận nghịch với oxy:

 Là phản ứng gắn oxy và thuận nghịch

Hb + O2 ↔ HbO2

phối trí vì vậy Hb gắn nhả oxy một cách dễ dàng

Sự kết hợp - phân ly giữa oxy - Hb tùy thuộc vào phân áp

- Giữa phân áp O2 và độ

bảo hòa của Hb có

mối tương quan được

biểu diễn bằng đường

có dạng sigmoid gọi là

đường cong Barcroft

2,3-DPG gắn trên trục đối xứng của p.tử Hb trong khoang rỗng trung tâm nơi mà cả 4 chuỗi polypeptid sát gần nhau nhất DPG liên kết với các gốc acid amin tích điện + của

 Hb gắn oxy theo cơ chế hiệp đồng

 Như vậy vai trò của Hb trong hô hấp là lấy oxy tối đa

tại phổi và phân phối oxy tối đa tại mô

ĐẠI CƯƠNG Hb

Hemoglobin

(1) Kết hợp thuận nghịch với oxy:

Dùng P50 biểu thị ái lực của HB đối với oxy

 P50 là phân áp oxy cần thiết để 50% Hb bão hòa với oxy

 P50 tăng → giãm ái lực của Hb đối với oxy →

Hb nhả oxy cho mô dễ dàng, đường cong Barcroft lệch (P)

ĐẠI CƯƠNG Hb

Hemoglobin

(1) Kết hợp thuận nghịch với oxy:

Các yếu tố ảnh hưởng lên ái lực của Hb đối với oxy:

 * To  , CO2  , pH↓, 2,3 – DPG cao  ( diphosphoglycerat)

→ giãm ái lực của Hb đối với oxy → Hb nhã oxy cho

mô dễ dàng, đường cong Barcroft lệch (P), P50 tăng

 * Khi 2,3 – DPG thấp, đường cong lệch (T) để gắn oxy

ĐẠI CƯƠNG Hb

Hemoglobin

(1) Kết hợp thuận nghịch với oxy:

LIÊN KẾT CỦA OXY TRONG HEM

• Là huyết sắc tố của cơ vân ở tim và xương

• Gồm 1 chuỗi polypeptid và 1 Hem → gắn được 1 phân tử oxy

• Gồm 153 a.a PTL 17000, có cấu trúc bậc II, III giống cấu trúc

chuỗi beta của Hb

• Phân áp oxy PO2 và độ bão hòa của myoglobin được biểu diễn

bằng đường cong gắn hay phân ly oxy có dạng hyperbol

Myoglobin:

ĐẠI CƯƠNG Hb

(1) Kết hợp thuận nghịch với oxy: Hemoglobin

Máu mất oxy ở mô

Máu nhận oxy từ phổi

• Tại phổi: PO2 = 100mmHg → 97- 98% Myoglobin bão hòa oxy

 Oxymyoglobin không thể cung cấp lượng lớn oxy nó

mang cho mô như oxyhemoglobin

• Tuy nhiên khi PO2 của mô cơ giãm do lao động nặng thì oxy

của O2Mb được phóng thích cho ty thể của cơ sử dụng tổng

vậy myoglobin được coi là protein dự trữ oxy cho cơ

Mối tương quan giữa PO2 và độ bão hòa của Myoglobin

Hemoglobin

ĐẠI CƯƠNG Hb

(1) Kết hợp thuận nghịch với oxy:

(2) KẾT HỢP CO2 TẠO CARBONYL HB HAY CARBAMINOYL HB

R – NH 3 + + CO 2 ↔ 2H + + R – NH – COO -

– Đây là phản ứng thuận nghịch phụ thuộc vào PCO2

 Ở mô: PCO2 cao = 46mmHg, phản ứng theo chiều thuận,

CO2Hb được tạo thành theo máu đến phổi

 Ở phổi: PCO2 thấp = 36mmHg, phản ứng theo chiều nghịch, phân ly CO2 và CO2 được thải ra ngoài

Hb kết hợp trực tiếp với CO2 qua nhóm amin tự do của Globin

chứ ko phải của Fe2++ của Hem:

(2) Kết hợp CO2 tạo Carbonyl Hb hay Carbaminoyl Hb

ĐẠI CƯƠNG Hb

Hemoglobin

* Hb vận chuyển CO2 gián tiếp: CO2 thấm từ các mô vào máu

 Phản ứng thủy hóa nhanh, mạnh trong HC nhờ enzym carbonic anhydrase:

CO2 + H2O ↔ H2CO3 → H+ + HCO3

Hb vận chuyển CO2 gián tiếp:

(3) KẾT HỢP VỚI CARBON MONOCYD

CO là chất khí, ko màu, ko mùi

Là sản phẩm cháy chậm của đám cháy, khói xe, thuốc lá …

CO gắn vào Hb tại những điểm gắn oxy

CO có ái lực với Hb lớn hơn oxy gấp 210 lần

• Cạnh tranh với oxy để gắn vào Hb,

• CO cũng có thể đẩy oxy ra khỏi O 2 Hb

• COHb bền vững, ko vận chuyển được oxy

• COHb làm cho O 2 Hb khó nhả oxy hơn

Ngộ độc Carbon monoxyd

pCO = 0.7 mmHg → CHẾT NGƯỜI Khi ngộ độc CO:

(4) OXY HÓA HB TẠO METHEMOGLOBIN (METHb)

MetHb là Hb có nguyên tử Fe 2+ bị oxy hóa biến thành Fe 3+

Hb ↔ MetHb + e

MetHb còn gọi hemiglobin Hi

MetHb mất khả năng gắn oxy nên ko vận chuyển được oxy

CHUYỂN HÓA Hb

1 Quá trình tổng hợp hemoglobin

2 Quá trình thoái hóa hemoglobin

1.TỔNG HỢP HEMOGLOBIN

• Tổng hợp Globin

• Tổng hợp HEM

Chuyển hóa Hb

(1) TỔNG HỢP GLOBIN

Là quá trình tổng hợp protein  Gen qui định

Gen mã hóa các chuỗi polypeptid α và β nằm trên

những NST Khác nhau

Các gen quyết định cấu trúc của chuổi α và ζ (zeta) trên

NST thứ 16

Các gen quyết định cấu trúc của chuỗi β trên NST 11,

tạo thành phức hợp gen phức hợp gen γβδ

Tổng hợp HEMOGLOBIN

Chuyển hóa Hb

(1)TỔNG HỢP GLOBIN

Thứ tự các gen trên đoạn NST 16 theo trình tự từ đầu 5’  3’:

 1 gen ζ giống gen α

 1 vùng gen biến đổi HVR hypervariable

 1 cặp gen giả α (giống α nhưng ko có chức năng)

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

• 1 gen ε giống gen β

• 2 chuổi γ: G γ và A γ

• 1 gen δ

• 1 gen β

• Khóa đóng mở nằm giữa Aγ và δ: hoạt động ở

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

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

Kiểu gen: β/β αα/αα

Biểu đồ quá trình tổng hợp các chuổi globin Tùy theo các giai đoạn phát triển của phôi và bào thai mà

các gen được đóng mở để biểu hiện các chuổi polypeptid khác nhau

Normal Thalassemia

(2) TỔNG HỢP HEM

• Quá trình tổng hợp HEM bắt đầu và kết thúc đều trong ty thể

• Giai đoạn giữa xãy ra ở bào tương

• Tất cả các mô đều có khả năng tạo hem trừ HC trưởng thành

do thiếu ty thể

• Gan và tủy xương tạo hem nhiều nhất

• Đa số HEM này được sử dụng làm nhóm ngoại của Hb

Chuyển hóa Hb Tổng hợp HEMOGLOBIN

(2) TỔNG HỢP HEM

Hem được tổng hợp qua 3 giai đoạn:

1 Tạo acid δ-amino levulinic (AAL) trong ty thể

2 Tạo coproporphyrin III ở bào tương

3 Tạo protoporphyrin IX và gắn Fe 2+ để tạo HEM trong ty thể

Chuyển hóa Hb Tổng hợp HEMOGLOBIN

GIAI ĐOẠN 1: TRONG TY THỂ

CO 2 CoA-SH

• Coenzym pyridoxal phosphat hoạt hoá Glycin

• Enzym xúc tác: δ amino levulinic acid synthase

Porphobilinogen (PBG) Bào tương

4CO 2

acid δ amino levulinic ALA

1 phân tử ALA H2O

ALA dehydratase

Ngưng tụ 4 phân tử PBG và đóng vòng

GIAI ĐOẠN III: TẠI TY THỂ

 Ức chế

* Enzym ALA dehydratase →  ALA

* Enzym coproporphyrinogen oxydase →  coproporphyrin

dùng XN ALA và coproporphyrin trong nước

tiểu để phát hiện nhiễm độc chì

Nếu ngộ độc chì kéo dài

Chuyển hóa Hb Tổng hợp HEMOGLOBIN

ĐIỀU HÒA TỔNG HỢP HEM

Succinyl CoA - Glycin

δ ALA

HEM

δ-Amino levulinat synthase

( – )

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

Điều hòa theo cơ chế Feedback (-)

Chuyển hóa Hb

Các công thức Tổng hợp Hem

và Hb

(2) THOÁI HOÁ HEMOGLOBIN

QUÁ TRÌNH TIÊU HOÁ:

QUÁ TRÌNH THOÁI HOÁ:

• THOÁI HOÁ HEM THÀNH BILIRUBIN TỰ DO

• TẠO THÀNH BILIRUBIN LIÊN HỢP

• SỰ BiẾN ĐỔI CỦA BILIRUBIN Ở RUỘT

Chuyển hóa Hb

(1) QUÁ TRÌNH TIÊU HOÁ HEMOGLOBIN

Hemoglobin Myoglobin

Ra ngoài theo phân

Hematin

Con đường chuyển hoá protein Peptid + A amin

Men tiêu hóa phân hủy

(2) QUÁ TRÌNH THOÁI HÓA HEMOGLOBIN

N H

N

H

N H

C

N

C N

C N

N H

N H

N H

C N

(2) QUÁ TRÌNH THOÁI HÓA HEMOGLOBIN

Tạo thành bilirubin liên hợp

N H

N H

N H

C N

SƠ ĐỒ CHUYỂN HĨA HEMOGLOBIN

Khử oxy, bão hịa nối đơi

Enzym của VK ruột

Đại tràng

Urobilinogen

(Vàng) Urobilin

N.TIỂU THẬN

Chu trình ruột (20%)

gan-MÁU GAN

1 Vàng da trước gan

- Bil TP , ưu thế TD

Rối loạn chuyển hóa Hb và Sắc tố mật

Bình thường: BiTP: < 10mg/L BiGT(BiTD): chiếm 85%: 2 – 8mg/L BiTT(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

VÀNG DA TRƯỚC GAN

Tăng bilirubin tự do là chính Chủ yếu vàng da tán huyết

Bệnh về bất thường Hb (HbS, Thalassemia, Minkowskichauffard …)

Bệnh di truyền do thiếu enzym G6PD

Bệnh miễn dịch (truyền nhầm nhóm máu, bất đồng nhóm máu…

Bệnh mắc phải (sốt rét, SXH, nhiễm trùng, nhiễm độc dung môi hữu cơ Vàng da sinh lý ở trẻ sơ sinh do hệ thống liên hiệp , các thụ thể ở

màng tế bào gan

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

hay bình thường

XN nước tiểu, phân: Urobilinogen tăng

Rối loạn chuyển hóa Hb và Sắc tố mật

Thoái hoá hemoglobin

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 lặn trên NST thường

Bệnh Gilbert: Tan huyết + ↓ khả năng thu nhận Bi + ↓ hoạt tính UDP glucuronyl transferase

XN: Bi TD tăng cao

 Bệnh mắc phải: viêm gan do virus, nhiễm độc gan do hóa chất

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 tăng làm xh sắc tố mật trong nước tiểu

XN máu: BiTD và BiTT đều tăng

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

Rối loạn chuyển hóa Hb và Sắc tố mật

Thoái hoá hemoglobin

Sự rối loạn trong quá trình sinh

tổng hợp globin

• Sự tổng hợp 4 chuổi của sợi globin theo cơ chế chung của quá trình tổng hợp protein và được qui định bởi các gen Trong một số trường hợp có sự tổng hợp sai lạc  gây bệnh (thalassemia)

• Vd: Vị trí thứ 6 của chuỏi  globin là glutamat

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