Bài giảng môn Hóa đại cương về "Hóa học Hemogoblin"

lOMoARcPSD| 36625228 Chương 11 Hóa học Hemoglobin 1 Nội dung Đại cương Hemoglobin (Hb) 2 lOMoARcPSD| 36625228
1 . ĐẠI CƯƠNG Cromoprotein
 Protein phức tạp có nhóm ngoại là chất màu • Flavoprotein • Hemoglobin
( riboflavin ) • Myoglobin • Feritin (Fe) • Chlorophyl • Homocyanin • Cytocrom ( Cu ) • Catalase lOMoARcPSD| 36625228 Porphyrin  Cấu tạo hóa học  Nhân cơ bản là porphin • 4 vòng pyrol đánh số I, II, III, IV (chiều KĐH) • 4 cầu nối methylen ký hiệu a, b, g, d • Nhóm thế trên khung đánh số từ 1 đến 8 Porphyrin  Cấu tạo hóa học
 Porhyrin = nhân porphin + nhóm thế • Methyl (M) • Acetyl (A) • Propionyl (P) • Vinyl (V) Porphyrin  Tính chất  Có màu
 Độ tan phụ thuộc số lượng nhóm carboxyl
 Tạo phức với kim loại
 Tính kiềm yếu (N nhân pyrol) + tính acid (nhóm
–COOH mạch nhánh). pH i ~ 3-4.5
2 . HEMOGLOBIN (HB ) Hb -Protein vậnchuyểnO 2  Kíhiệu:Hb(huyết sắctố, huyếtcầu tố), màuđỏ  Hồngcầungười chứa~ 32% Hb (15 g/100 ml máu toànphần)  Vaitrò  Vận chuyển O 2 , CO 2  hệ đệmquantrọng Cấu tạo hóa học  Gồm 2 phần:
 Protein thuần : globin (apoprotein )
 Nhóm ngoại : hem (nhóm prosthetic ) Hem
 Là hợp chất gồm có nhân protoporphyrin IX gắn
với sắt hóa trị II ( Fe 2+ )
 Fe 2+ nằmởtrungtâmnốivới4nguyêntửNcủa4
vòngpyrolqua4liênkết(2lkCHTvà2lkphốitrí) Hem
 Fe 2+ còn 2 lk phối trí thẳng góc mp phân tử, mỗi lk 1 phía  Kết hợp globin  Kết hợp O 2 /CO 2 Hem
 Hem bị oxi hóa thành hematin , khi đó Fe 2+ biến thành Fe 3+
 Hematin kết tinh dạng muối tinh thể clohydrat đặc
biệt(tinh thể Hemin hay Teichman).
 Ứng dụng: xác định vết máu trong pháp y Globin
 Ở ngườitrưởngthành, globincủaHbA gồm
4 chuỗipolypeptide cócấutrúcbậcI
 2 chuỗi α mỗichuỗicó 141 aa
 2 chuỗi β mỗichuỗicó 146 aa
 Cácchuỗigắn với nhau bằng tương tác không cộnghóa
trịtạothành 2 dimer (αβ) 1 và(αβ) 2 Globin Trong cấu trúc bậc II
 chuỗi α tạo nên 7 đoạn xoắn chuỗi β tạo nên 8 đoạn xoắn
 Mỗi đoạn xoắn từ 7 – 20 aa, ký hiệu A,B, C…
Trong cấu trúc bậc III
 Các chuỗi α, β cuộn khúc tại đoạn aa không xoắn
 Mỗi chuỗi polypeptid xoắn và cuộn khúc + Hem = tiểu đơn vị của Hb Về mặt không gian
 Globin tạo khe kỵ nước
 Hem vùi trong khe kỵ nước Tương tác bằng các lk: • ion • Hydro • Lực Van der waals Cấu trúc của Hemoglobin
Mỗi chuỗi polypeptide của globin kết hợp 1
Hem qua 2 liên kết phối trí giữa Fe2+ của
Hem với 2 N của nhân imidazol thuộc aa
Histidin trong mỗi chuỗi globin một tiểu đơn vị  His F8: his gần ( kết hợp trực tiếp)  His E7: his xa 2.2 . Các loại Hemoglobin
 Globin quyết định đặc tính chủng loại của Hb  Các Globin khác nhau do
 thành phần và thứ tự sắp xếpcủa các aa khác nhau
 làm thay đổi cấu trúc và tính chấtcủa Hb 2.2. Các loại Hemoglobin Hb bình thường Hb G Phôi thai Hb P Phôi thai
Hb F Bào thai và trẻ sơ sinh Hb A Người trưởng thành Hb A2
2,5% tổng số Hb ở người trưởng thành
Khác nhau về thành phần aa ở đoạn xoắn F của globin Chuỗi
Vị trí xoắn polypetid/Hb F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8
F9 Hb A (b) Phe Ala Thr Leu Ser Glu Leu His Cys Hb A2 (d)
Phe Ser Gln Leu Ser Glu Leu His Cys Hb F (g)
Phe Phe Gln Leu Ser Glu Leu His Cys 2.2. Các loại Hemoglobin Hemoglobin bất thường
 Sự thay đổi thành phần và thứ tự của các aa trong phân tử Globin
 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 HbS
 Glu ở vị trí 6 của chuỗi βđược
thay bằng val , HC có dạng lưỡi liềm
 HC bị phá hủy gây thiếu máu tiêu
huyếtmãn tính, đaukéo dài, đột quỵ, suy thận…
 Chẩn đoán: điện di,Hb S chuyển
dịch về anodchậm hơn HbA HbC
 Glu ở vị trí 6 của chuỗi βđược thay bằng lysin
 Hồng cầu có hình bia Hb M
 Fe luôn ở trạng thái Fe 3+ tạo methemoglobin máu
 không chữa được bằng thuốc Thalassemia  α- Thalassemia
 bất thường/tổng hợp chuỗi polypeptidα tạoHb Bart và Hb H
 Gây bệnh thiếu máu hồng cầu nhỏ nhược sắc  β- Thalassemia
 Đột biến/tổng hợp chuỗi β gây bệnh thiếu máu huyết giải
 Xảy ra chủ yếu ở vùng Địa Trung Hải 2.2. Các loại Hemoglobin
Hb bất thường (Hb bệnh lý) HbS (α A S 2 β2 )
Hồng cầu có dạng lưỡi liềm HbC (α A C 2 β2 )
Gây thiếu máu huyết giải nhẹ HbM
Hiện tượng tạo methemoglobin máu do
Fe luôn ở trạng thái Fe3+ Thalassemia
Bệnh thiếu máu huyết giải do di truyền
xảy ra vì có sự mất cân bằng trong tổng
hợp các chuỗi polypeptide của globin
•Bệnh α- •Do bất thường trong tổng hợp chuỗi thalassemia polypeptide α
•Bệnh β- •Do có những đột biến trong tổng hợp thalassemia chuỗi β
2.3 . Tính chất của hemoglobin  Kết hợp với O 2  Kết hợp với CO 2  Kết hợp CO  Sự oxy hóa Hb
 Tính chất enzyme của Hb Kết hợp với O 2  Cơ chế kết hợp Hb + O 2 ↔ HbO 2 Hemoglobin oxyhemoglobin
 Đây là PƯ gắn oxy hay sự oxygen hóa, không phải PƯ oxh vì ion sắt vẫn còn hóa trị 2
 Lk phối trí giữa His E7 và
Fe 2+ bị đứt, 1phân tử O 2
sẽ thế chỗ His E7 để gắn với Fe 2+
 1 phân tử Hb gắn được 4 phân tử O 2
 Đường cong bão hòa oxy
Deoxyhemoglobin- Oxyhemoglobin
 Cấu hình không gắn oxy (Deoxyhemoglobin)
 Dạng “căng” hay (Tense)
Có ái lực yếu đối với oxy
 Dimer αβ tương tác với nhau
qua hệ thống lk hydro và ion
 Bền vững nhờ sự hình thành
các cầu muối giữa các chuỗi  Cấu hình gắn oxy (Oxyhemoglobin)
 Dạng “dãn” hay (Relax)
 Có ái lực mạnh đối với oxy
 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
D eoxyhemoglobin-Oxyhemoglobin
 cấu hình không gắn oxy –trạng thái T
 cấu hình gắn oxy –trạng thái R
Các YTAH sự kết hợp giữa Hb với O2 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 Phân áp của O2 (pO2)
 Ở phổi: pO2 cao, PƯ theo chiều thuận tạo HbO2
theo máu đến mô (khoảng 97%-98% Hb được bão hòa O2)
 Ở mô: pO2 thấp, PƯ theo chiều nghịch, HbO2 bị
phân ly nhả O2 để cung cấp cho các mô
 Hb đóng vai trò vận chuyển O2 từ phổi đến các tổ chức
Các YTAH sự kết hợp giữa Hb với O 2
 Sự thay đổi của pH –hiệu ứng Bohr
 Khi pH của máu giảm hay khi phân áp CO 2 ( pCO 2 ) tăng,
khả năng kết hợp với oxy của Hb giảm
Các YTAH sự kết hợp giữa Hb với O2
Chất điều hòa 2,3-BPG (2,3-biphosphoglycerat)
 Sản phẩm trung gian của quá trình thoái hóa glucid
 Có khả năng kết hợp và làm bền vững
cấu hình T của phân tử
deoxyhemoglobin, giảm khả năng kết
hợp với oxy, kích thích giải phóng oxy ở các tổ chức
 Vị trí kết hợp: khe hở giữa 2 chuỗi β,
trung tâm phân tử deoxyhemoglobin
Kết hợp với carbon dioxyd (CO2) Kết hợp trực tiếp
 Qua nhóm -NH2 tự do của 4 chuỗi polypeptid tạo dẫn xuất
carbaminohemoglobin (Carbohemoglobin)
 Ở mô: pCO2 cao (46mmHg) PƯ theo chiều
thuận, carbohemoglobin được tạo thành theo máu đến phổi
 Ở phổi: pCO2 thấp (36mmHg) PƯ theo
chiều nghịch, phân ly giải phóng CO2 và
đào thải ra ngoài theo đường hô hấp
Kết hợp với carbon dioxyd (CO2) Kết hợp gián tiếp Ở mô:
• H+ được tạo thành từ CO2
• H+ kết hợp với Hb vừa phóng
thích 4 phân tử oxy để tạo
thành HHb+ theo máu về phổi
• Sự tạo H+, giảm pH máu, nồng
độ cao CO2 thúc đẩy phóng
thích oxy và kết hợp với CO2 tại mô  Ở phổi:
• oxy gắn vào deoxy Hb sẽ đẩy H+ ra khỏi Hb
• H+ kết hợp với bicarbonat giải
phóng CO2 đào thải ra ngoài theo đường hô hấp
 Vai trò: vận chuyển CO2 và H+ từ tổ chức
đến phổi để đào thải ra ngoài
Sự kết hợp với carbon monoxyd (CO)
Tạo thành carboxyhemoglobin (HbCO) rất
bền vững, không còn khả năng vận chuyển oxygen Hb + CO → HbCO
CO gắn vào Hb tại vị trí giống oxy, ái lực với
Hb mạnh hơn oxy gấp 220 lần nên dễ dàng đẩy oxy ra khỏi HbO2 HbO2 + CO ↔ HbCO + O2
HbCO gây ngộ độc nặng
Điều trị: hỗn hợp khí carbogen (95% O2 + 5% CO2) Sự oxy hóa hemoglobin
Các chất oxy hóa (nitrit, nitrate, clorate,
ferricanid, nitrobenzen, polyphenol…) có thể
oxy hóa Fe2+ của Hb thành Fe3+ tạo thành
methemoglobin (M-Hb) và giải phóng điện tử
M-Hb không có khả năng gắn với O2 nên
không có chức năng hô hấp Hb ↔ M-Hb + e-
Tính chất enzyme của hemoglobin
Tính chất của peroxidase Hb hay peroxydase H2O2 + AH2 → 2H2O + A
Ứng dụng: tìm máu trong nước tiểu và phân
Tính chất của Catalase Hb hay catalase 2H2O2 → 2H2O + O2 Tính chất đệm
Hb là hệ đệm trong máu quan trọng thứ 2 sau hệ đệm bicarbonate
M yoglobin (Mb) –protein dựtrữO 2
 Cấutrúc: 1 chuỗiglobin vàhem
 Trongcytosol củatếbàomôcơ  Mb liênkếtvớiO đượ 2 cgiảiphóngtừHb lOMoARcPSD| 36625228 5/26/2018 THANK YOU! L.O.G.O 39 22
Downloaded by Jin Dian (dianjin008@gmail.com)