Bài giảng hóa học hemoglobin

1. Trao đổi trực tuyến tại:
http://www.mientayvn.com/Y_online.html

2. HÓA HỌC HEMOGLOBIN
BS. HOÀNG HIẾU NGỌC
BỘ MÔN SINH HÓA – KHOA Y – ĐẠI HỌC Y DƯỢC

3. MỤC TIÊU
1. PHÂN LOẠI CROMOPROTEIN
2. MÔ TẢ CẤU TẠO HEME VÀ GLOBIN
3. PHÂN TÍCH SỰ KẾT HỢP GIỮA HEME VÀ
GLOBIN
4. CÁC DẠNG HEMOGLOBIN
5. VAI TRÒ CỦA HEME TRONG VẬN CHUYỂN
KHÍ (O2; CO2)
6. KHẢ NĂNG TẠO CARBON MONOXYD Hb VÀ
KHẢ NĂNG OXY HÓA Hb.
7. TÍNH CHẤT ENZYM CỦA HEMOGLOBIN

4. CROMOPROTEIN
•
•
PROTEIN TẠP, CÓ CHỨA CHẤT MÀU
GỒM:
1. CÓ NHÂN PORPHYRIN: PORPHYRINOPROTEIN
VD: HEMOGLOBIN; MYOGLOBIN; OXYDOREDUCTASE
2. KHÔNG CÓ NHÂN PORPHYRIN: CROMOPROTEIN
VD: FLAVOPROTEIN; FERRITIN; HEMOCYAMIN

5. PORPHYRIN
• CẤU TẠO BẮT NGUỒN TỪ VÒNG PYROL
• VÒNG PYROL:
N
H
N
|
H
CH
CH
HC
HC

6. • BỐN VÒNG PYROL LIÊN KẾT VỚI NHAU
QUA BỐN CẦU NỐI METHYLEN (-CH2=)
TẠO NÊN PORPHIN

7. NHÂN PORPHIN
• ĐÁNH SỐ THỨ TỰ VÒNG PYROL:
– SỐ LA MÃ: I, II, III, IV
– THEO CHIỀU KIM ĐỒNG HỒ
• ĐÁNH DẤU CẦU NỐI METHYLEN
–
–
–
–
α (GIỮA PYROL I VÀ PYROL II)
Β (GIỮA PYROL II VÀ PYROL III)
γ (GIỮA PYROL III VÀ PYROL IV)
δ (GIỮA PYROL IV VÀ PYROL I)
• ĐÁNH SỐ CÁC ĐỈNH PORPHIN:
– 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

8. 6 5
N
NH HN
N
1 2
3
4
8
7
3
4
8
7
II
1 2
I
IV
III
6 5
HNNH
C
HC
HC
C
C
(1)
HC
(2)
CH
C
CH(3)
CH(4)
C
CH
(5)
C
HC
(6)
(7) HC
(8) HC
II
N
III
IV
I
N
CH
C
C
CH
α
βγ
δ

9. CÔNG THỨC CẤU TẠO CỦA PORPHIN

10. • PORPHIN ĐƯỢC GẮN THÊM CÁC GỐC HÓA
HỌC TẠI CÁC VỊ TRÍ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 SẼ
TẠO THÀNH PORPHYRIN

11. 4 PYROL PORPHIN PORPHYRIN
GỐC THẾ
N
P
A
P
AP
A
P
A

12. BẢNG 1: CÁC GỐC THẾ CỦA PORPHYRIN
TÊN GỐC THẾ
METHYL
ETHYL
HYDROXYETHYL
VYNYL
GỐC ACETYL
GỐC PROPIONYL
CÔNG THỨC
-CH3
-CH2-CH3
-CH2-CH2OH
-CH=CH2
-CH2-COOH
-CH2-CH2-COOH
KÝ HIỆU
-M
-E
-EOH
-V
-A
-P

13. CÔNG THỨC CẤU TẠO
CỦA MỘT SỐ PORPHYRIN

14. P P
V
M
V
M
P
M
M
Protoporphyrin
P
A
P
P
A
A
A
Uroporphyrin I

15. M
p
p
M
P
M
M
P
Coproporphyrin
E-OH
M
E-OH
M
M
P
M
P
Hematoporphyrin

16. TÍNH CHẤT CỦA PORPHYRIN
• BA LOẠI PORPHYRIN Ở NGƯỜI:
– PROTOPORPHYRIN
– UROPORPHYRIN
– COPROPORPHYRIN
• TÍNH TAN CỦA PORPHYRIN PHỤ THUỘC
NHÓM CARBOXYL THẾ
– UROPORPHYRIN: 8 NHÓM CARBOXYL (tan tốt nhất)
– PROTOPORPHYRIN: 2 NHÓM CARBOXYL
– COPROPORPHYRIN: 4 NHÓM CARBOXYL

17. HEMOGLOBIN
http://www.buzzle.com/articles/low-hemoglobin-levels.html

18. - Được phát hiện lần đầu vào năm 1840 bởi
Hünefeld: protein vận chuyển oxy
- 1851, Otto Funke mô tả cấu trúc của hemoglobin
- Đặc tính gắn oxy có thể chuyển đổi được Felix
Hoppe – Seyler mô tả
-1959, Max Perutz và John Kendrew đoạt giải
Nobel hóa học trong việc tìm ra cấu trúc phân tử
của hemoglobin bằng kỹ thuật chụp tia X
- Vai trò của hemoglobin trong máu được nhà sinh
lý học Claude Bernard làm sáng tỏ
http://en.wikipedia.org/wiki/Hemoglobin

19. •
•
•
•
•
•
•
Hb: protein hình cầu, đường kính # 55Ao
ở hồng cầu động vật bậc cao
PORPHYRINOPROTEIN
gồm GLOBIN VÀ HEME
Hb: 15,5 ± 1g/100 ml máu tp (nam)
14,5 ± 1g/100 ml máu tp (nữ)
Mỗi loài sinh vật có một loại Hb khác nhau
tùy nhóm globin, do vậy khi kết tinh sẽ tạo
ra những dạng tinh thể khác nhau

20. Heme
Globin

21. CẤU TẠO HEMOGLOBIN
• PHẦN PROTEIN THUẦN: GLOBIN
• PHẦN NHÓM NGOẠI: HEME

22. Hemoglobin
Globin
2 chuỗi alpha
2 chuỗi beta
Protoporphyrin IX
Heme
Fe2+

23. HEME

24. PROTOPORPHYRIN IX
• TETRAPYROL
– METHYL: 1, 3, 5, 8
– VINYL: 2, 4
– PROPIONYL: 6, 7
• NGUYÊN TỬ SẮT GẮN VỚI 4 NGUYÊN TỬ N
CỦA 4 VÒNG PYROL
– 2 LK CỘNG HÓA TRỊ
– 2 LK PHỐI TRÍ

25. PROTOPORPHYRIN IX Fe2+ HEME

27. 1 CẦU NỐI GẮN VỚI
HISTIDIN F8 CỦA GLOBIN
(HIS GẦN)
1 CẦU NỐI GẮN VỚI
HISTIDIN E7 CỦA GLOBIN
(HIS XA) - CẦU NỐI NÀY DỄ
GÃY ĐỂ OXY GẰN VÀO

28. FeHis gần
oxy
His xa

29. OXY HÓA
HEME HEMATIN (Fe3+)
HEMATIN (Fe3+) Cl-
TINH THỂ HEMIN

30. GLOBIN

31. • PHÂN TỬ Hb CÓ 574 aa
• Ở NGƯỜI TRƯỞNG THÀNH
– 2 CHUỖI ALPHA (141 aa / CHUỖI)  cấu trúc bậc I
– 2 CHUỖI BÊTA (146 aa / CHUỖI)  cấu trúc bậc I

32. CẤU TRÚC BẬC II CỦA Hb
• CHUỖI α: 7 XOẮN ALPHA (A – B – C – D – E
– F – G)
• CHUỖI β: 8 XOẮN ALPHA(A – B – C – D – E –
F – G – H)
• ĐÁNH SỐ XOẮN: A – B – C …
• ĐOẠN aa KHÔNG XOẮN: AB, BC, CD, …

33. CẤU TRÚC BẬC III CỦA Hb
• CẤU TRÚC BẬC II CUỘN XOẮN TẠI NHỮNG
ĐOẠN KHÔNG XOẮN
• GIỐNG CẤU TRÚC BẬC III CỦA MYOGLOBIN
• MỘT CHUỖI POLYPEPTID XOẮN VÀ CUỘN
KẾT HỢP VỚI 1 HEME TẠO 1 BÁN ĐƠN VỊ
CỦA Hb
• 4 BÁN ĐƠN VỊ CỦA Hb TẠO THÀNH CẤU
TRÚC BẬC IV CỦA Hb

34. Myoglobin Chuỗi beta của hemoglobin

35. CẤU TRÚC HEMOGLOBIN

36. • 4 BÁN ĐƠN VỊ CỦA Hb CÓ THỂ ĐƯỢC CHIA
THÀNH 2 PHẦN GIỐNG HỆT NHAU (DIMER)
• (αβ)1 VÀ (αβ)2

37. • HAI CHUỖI POLYPEPTID TRONG MỖI DIMER
GẮN CHẶT VỚI NHAU BẰNG LK KỴ NƯỚC
( HYDROPHOBIC INTERACTION)
• HAI DIMER CÓ THỂ DI CHUYỂN SO VỚI
NHAU BỞI NHỮNG LK PHÂN CỰC (YẾU)
→ TRẠNG THÁI DEOXYHEMOGLOBIN VÀ
OXYHEMOGLOBIN

38. Dạng T
(deoxyhemoglobin)
Dạng R
(oxyhemoglobin)
+ 4O2
- 4O2

39. DẠNG T CỦA Hb
• KHÔNG GẮN OXY
• LK ION VÀ LK HYDRO XUẤT HIỆN NHIỀU
LÀM KÌM HÃM SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC
CHUỖI POLYPEPTID
• DẠNG Hb CÓ ÁI LỰC THẤP VỚI OXY

40. DẠNG R CỦA Hb
• Hb GẮN VỚI OXY
• CÓ SỰ ĐỨT GÃY MỘT SỐ LK ION VÀ LK
HYDRO DO SỰ GẮN OXY
• CÁC CHUỖI POLYPEPTID DI CHUYỂN TỰ DO
HƠN
• LÀ DẠNG Hb CÓ ÁI LỰC CAO VỚI OXY

41. CÁC DẠNG HEMOGLOBIN
• PHÔI THAI: Hb Gower I δ2ε2
• BÀO THAI: HbF (α2Gγ2 và α2Aγ2)
• NGƯỜI TRƯỞNG THÀNH:
– HbA (98%): α2β2
– HbA2 : α2δ2
– HbA1c : α2β2 - GLUCOSE

42. GEN MÃ HÓA GLOBIN
Gen alpha globin
(NST 16)
δ α1 α2
ε δ β
Gen bêta globin
(NST 11)
Hb Gower I
δ2ε2
HbF α2γ2 HbA2
α2δ2
HbA α2β2
GγG: glycin
AγA: Alanin
Pamela C.Champe and Richard A. Havey
2nd Biochemistry Illustrated Review

43. BỆNH HEMOGLOBIN
• BỆNH HỒNG CẦU HÌNH LiỀM: HbS
– 2 CHUỖI ALPHA BÌNH THƯỜNG
– 2 CHUỖI BÊTA ĐỘT BiẾN
• BỆNH HỒNG CẦU HÌNH BIA: HbC (Glu6Lys)
• BỆNH THALASSEMIA

44. Hồng cầu bình thường Hồng cầu hình liềm
Val His Leu Thr Pro Glu Glu
7 146
1
Val
2
His
3
Leu
4
Thr
5
Pro
6
Val
7
Glu
146
Trình tự acid amin trong chuỗi bêta bình thường
1 2 3 4 5 6
Trình tự acid amin trong chuỗi bêta trong HbS

45. GẮN OXY CỦA HEMOGLOBIN

46. KẾT HỢP THUẬN NGHỊCH VỚI OXY
Hb + O2 → HbO2
•
•
•
•
LÀ PHẢN ỨNG GẮN OXY VÀ THUẬN
NGHỊCH
O2 GẮN VỚI Fe2+ QUA LIÊN KẾT PHỐI TRÍ
1 NGUYÊN TỬ Fe2+ GẮN VỚI 1 PHÂN TỬ
OXY
Hb + 4O2 → Hb(O2)4
1g Hb GẮN ĐƯỢC 1.39 ml O2

47. • TẠI PHỔI:
– pO2 cao (100 mmHg): Hb gắn oxy → HbO2
• TẠI MÔ:
– pO2 thấp (40 mmHg): Hb nhả oxy cho mô
• Hb GẮN OXY THEO CƠ CHẾ HIỆP ĐỒNG

48. ÁI LỰC VỚI OXY
TĂNG LÊN
Hb
O2
Hb
O2
Hb
O2
Hb
O2
Hb
O2O2
O2
O2
O2
O2
O2
O2
O2
O2

49. • MYOGLOBIN: GẮN 1 PHÂN TỬ OXY
• HEMOGLOBIN: GẮN 4 PHÂN TỬ OXY
• MỨC ĐỘ BÃO HÒA OXY Ở CẢ MYOGLOBIN
VÀ HEMOGLOBIN THAY ĐỔI TỪ 0% (KHÔNG
GẮN) ĐẾN 100% (GẮN HẾT TẤT CẢ VỊ TRÍ)

50. • ĐỒ THỊ MINH HỌA ĐỘ BÃO HÒA OXY THEO
ÁP SUẤT RIÊNG PHẦN OXY (pO2) GỌI LÀ
ĐƯỜNG CONG PHÂN LY OXY - HEMOGLOBIN

51. Đường cong phân ly oxy - hemoglobin

52. • MYOGLOBIN CÓ ÁI LỰC VỚI OXY CAO HƠN
HEMOGLOBIN
• P50: ÁP SUẤT OXY RIÊNG PHẦN
CẦN ĐỂ OXY GẮN VÀO 50% VỊ TRÍ
GẮN KẾT
– P50(MYO) = 1 mmHg
– P50(HEMG) = 26,8 mmHg
– ÁI LỰC OXY CAO THÌ P50 THẤP

53. • CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG LÊN ÁI LỰC CỦA
Hb ĐỐI VỚI OXY
–pH
–Nồng độ CO2
–2,3 diphosphoglycerat (DPG): tăng cao
trong hồng cầu sẽ giảm ái lực của Hb với
oxy, và ngược lại
HbO2 + 2,3-DPG → Hb – 2,3-BPG +O2

54. KẾT HỢP VỚI CO2 TẠO CARBONYL
HEMOGLOBIN
• pO2 40 mmHg Ở 37OC: 2,9 ml CO2 HÒA TAN
TRONG HUYẾT TƯƠNG
• Hb VẬN CHUYỂN CO2:
– TRỰC TIẾP: 15 – 20%
– GIÁN TIẾP: 70%

55. • VẬN CHUYỂN TRỰC TIẾP:
R – NH3+ + CO2 → 2H+ + R – NH – COO-
• VẬN CHUYỂN GIÁN TIẾP
CO2 + H2O ↔H2CO3 → H+ + HCO3-
• 2 ION H+ KẾT HỢP VỚI 2 ACID AMIN
HIS146 TẬN CÙNG CỦA 2 CHUỖI β →
2H+Hb → ĐỆM Hb GiẢM H+ TRONG MÁU

56. SƠ ĐỒ VẬN CHUYỂN CO2 GIÁN TiẾP CỦA HEMOGLOBIN

57. KẾT HỢP VỚI CARBON MONOCYD (CO)
TẠO CARBON MONOXYD HEMOGLOBIN
•
•
•
•
CO GẮN VỚI Hb TẠI ĐiỂM GẮN OXY
ÁI LỰC CAO GẤP 210 LẦN OXY
CẠNH TRANH OXY ĐỂ GẮN VÀO Hb
COHb BỀN VỮNG VÀ LÀM Hb KHÓ NHẢ OXY
HƠN
• pCO = 0.7 mmHg → CHẾT NGƯỜI

58. NGỘ ĐỘC CARBON MONOCYD
• THÔNG KHÍ TỐT CHO BỆNH NHÂN
• NGỬI OXY NỒNG ĐỘ CAO
• OXY CAO ÁP → PHÂN LY COHb

59. OXY HÓA HEMOGLOBIN TẠO
METHEMOGLOBIN
• MetHb LÀ Hb CÓ NGUYÊN TỬ Fe2+ BỊ OXY
HÓA THÀNH Fe3+
• MetHb MẤT KHẢ NĂNG GẮN OXY NÊN
KHÔNG VẬN CHUYỂN OXY ĐƯỢC

60. NGUYÊN NHÂN GÂY MetHb
• CHẤT OXY HÓA: SODIUM NITRIT,
FERRICYANUA, NITROBENZEN,
NITROPHENOL, POLYPHENOL….
• THUỐC ĐiỀU TRỊ BỆNH: SODIUM
NITROPRUSSIAT, NITROGLYCERIN

61. • BÌNH THƯỜNG: MetHB < 1% NHỜ HỆ
THỐNG KHỬ
– NADH dependent methemoglobin reductase (HC)
– NADP/NADPHH+
– ACID ASCORBIC
– HỆ GLUTATHION KHỬ
• NHIỀU CHẤT OXY HÓA, VƯỢT KHẢ NĂNG
KHỬ CỦA HỒNG CẦU → MetHb TĂNG →
THIẾU OXY MÔ
• MetHb > 1.5% → TÍM TÁI

62. TÍNH CHẤT ENZYM CỦA HEMOGLOBIN
• NHƯ OXYDOREDUCTASE, XÚC TÁC PHẢN
ỨNG OXY HÓA KHỬ
• NHƯ PEROXYDASE:
H2O2 + AH2→ 2H2O + A
• HOẠT TÍNH CATALASE YẾU:
2H2O2 → 2H2O + O2

63. Tài liệu tham khảo:
-Hóa sinh Y học
-Lehninger Principles of Biochemistry (4ed 2004) - ISBN
0716743396
-Harper's Illustrated Biochemistry( 26th Ed, 2003)
-Whitford_Proteins-Structure and Function 2005