HÓA HỌC PORPHYRIN VÀ HEMOGLOBIN BS Trần Ngọc Minh Bộ mơn Hóa Sinh-khoa Y Mục tiêu      Phân loại cromoprotein  Phân tích kết hợp thuận nghịch HEMOGLOBIN (Hb) với oxy (O ) carbon dioxyd (CO ) 2    Mô tả tính chất kết hợp Hb với oxyd carbon (CO) Mơ tả cấu tạo HEM (vẽ hình) Phân tích cấu tạo GLOBIN Phân tích kết hợp HEM GLOBIN Hiểu vai trò Hb việc vận chuyển khí Nêu tên chất oxy hóa Hb thành Met-Hb Nêu tính chất enzym Hb Nội Dung I ĐẠI CƯƠNG 1.1 Cromoprotein 1.2 Porphyrin II HEMOGLOBIN 2.1 HEM 2.2 GLOBIN 2.3 Sự kết hợp HEM GLOBIN III TÍNH CHẤT CỦA HEMOGLOBIN 3.1 Kết hợp thuận nghịch với oxy (O 2) 3.2 Kết hợp thuận nghịch với carbon dioxyd (CO 3.3 Kết hợp với oxyd carbon (CO) 3.4 Oxy hóa Hb tạo methemoglobin (MetHb) 3.5 Tính chất enzym Hemoglobin 2) Giới thiệu • Chức hồng cầu: • Vận chuyển O2 từ phổi đến mơ • Vận chuyển CO2 từ mơ đến phổi • Chức thực nhờ hồng cầu có hemoglobin (Hb) • Mỗi hồng cầu có 640 triệu phân tử Hb erythrocyte Đại cương • • Cromoprotein: protein tạp, nhóm ngoại chất màu Hai loại: Porphyrinoprotein: nhóm ngoại nhân porphyrin Cromoprotein có nhóm ngoại nhân porphyrin Cromoprotein (1) ∗ Porphyrinoprotein: có nhóm ngoại nhân porphyrin Thí dụ : • Hb (hemoglobin): sắc tố đỏ hồng cầu • Myoglobin: Sắc tố hô hấp tế bào động vật có xương sống • Một số oxydoreductase: enzym xúc tác phản ứng oxy hóa khử cytocrom Myoglobin Hemoglobin Hemoglobin Myoglobin Brenner, S.E Nature Reviews Genetics 2001 2, 801-809 Cromoprotein (2) ∗ Cromoprotein chứa nhóm ngoại khơng có nhân porphyrin Thí dụ: • Flavoprotein → chứa riboflavin • Ferritin → chứa sắt • Hemocyamin → chứa đồng Porphyrin (1) • Cấu tạo hóa học porphyrin bắt nguồn từ vòng pyrol • Pyrol : HC CH HC CH N N H H Đường cong phân ly oxy -hemoglobin • Sự kết hợp phân ly O2 Hb xác định phân áp oxy (pO ) • Có dạng Sigma • Việc gắn oxy vào hem thứ làm dễ dàng gắn oxy vào hem thứ (cơ chế hiệp đồngcooperative) • P 50 (phân áp O2 cần thiết để 50% Hb bão hòa với O2) 26.8mmHg Đường cong phân ly Hb-oxy (đường cong Barcroft) Tĩnh mạch Động mạch Phân áp oxy Đường cong phân ly Hb - oxy ∗ Ở phần PO thấp (nơi HbO nhả O cho mô): đường cong dốc ↔ thay đổi nhỏ PO làm thay 2 2 đổi giao O cho mô cách đáng kể ⇒ giúp định PO /mô 2 ∗ Ở phần PO cao (nơi Hb lấy O từ phổi) đường cong tà: 2 PO : 60mmHg → bão hòa Hb với O : 89% 2 PO ↑ 500 độ bão hòa HbO 100% 2 → PO môi trường, phế nang thay đổi nhiều độ bão hòa HbO & lượng oxy giao mơ khơng bị giao 2 động ⇒ PO mô ổn định ⇒ Hb có tính đệm giúp PO / mơ ổn định, đảm bảo định nội môi Đường cong phân ly Hb-oxy • Vị trí bình thường đường cong tùy thuộc vào: Nồng độ 2,3-DPG Nồng độ ion H+ (pH) (Bohr effect) CO2 hồng cầu Cấu trúc Hb… Oxy & deoxyhemoglobin Đường cong phân ly Hb-oxy • Lệch phải (dể nhả oxy) • • • • • 2,3-DPG cao H+ cao CO2 cao HbS Lệch trái (dể gắn oxy) • 2,3-DPG thấp • HbF Hb – Tính chất (2) 2.Kết hợp vớI carbondioxyd (CO ) tạo carbonyl Hb (CO Hb) 2 CO : Sản phẩm chuyển hóa mơ→thải ngồi Máu TM: 50-60ml CO /100ml máu Máu ĐM: 50-53ml CO /100ml máu Ở PO = 40mmHg, 37 o C, 2,9ml CO hòa tan → phải vận chuyển nhiều cách 2 a) Hb kết hợp trực tiếp với CO : qua nhóm NH tự Globin tạo thành carbonyl Hb(HbCO ) 2 R-NH + CO ↔ R-NH-COOH (dẫn xuất carbamyl) P/ư xảy → ← tùy thuộc PCO ∗ Ở mô : PCO = 46mmHg : phản ứng theo chiều thuận ∗Ở phổi: PCO = 36mmHg : phản ứng theo chiều nghịch b) Hb vận chuyển gián tiếp CO : CO thẩm thấu từ mô vào máu: H CO ↔ H+ + HCO 3 CO + H O 2 CA ( carbonic anhydrase) H+ gắn vào His (146) tận chuỗi β Hb tự (vừa giải phóng O ) tạo Hb2H+ → đến phổi: H+ giảI phóng + HCO - ⇒ H CO 3 H O + CO ↑ 2 H CO CA Thở SƠ ĐỒ VẬN CHUYỂN CO2 GIÁN TIẾP CỦA Hb 2CO2 + 2H2O CA 2H2CO3 Hb.4O2 4O2 2HCO3- + 2H+ 4O2 Ở Mô 2H+ + 2HCO3Hb.2H+ 2H2CO3 Ở Phổi CA Sf CT Krebs 2CO2 + 2H2O (Carbonic Anhydrase) Hb – Tính chất (3) 3.Kết hợp với Oxyd carbon (CO): tạo carbon monoxyd Hb (HbCO) bền vững  CO có lực với Hb gấp 210 lần so với oxy  CO đẩy O2 khỏi HbO2 Hb + CO HbCO HbO + CO HbCO + O  Trong trường hợp ngộ độc CO: Hb – Tính chất (4) 4.Oxy hóa Hb tạo Methemoglobin (MetHb): chất oxy hóa MetHb + e- Hb (Fe+2) (Fe+3) nitrit, clorat, ferricyanua… Hb – Tính chất (5) 5.Tính chất enzym:  Tính chất peroxydase: H O + AH 2 2H O + A Hb  Tính chất catalase: H O 2 Hb 2H O + O 2 Kết luận • Giảm hemoglobin hồng cầu bất thường thành phần Hb dẫn đến tình trạng thiếu máu (anaemia) • Từ làm thiếu oxy cung cấp cho mơ α ζ2 ε2 Gower ζ2γ Portland α2ε2 Gower II α2γ F α2δ2 A2 α2β2 ε Gγ Aγ δ β β cluster - chromosome 11 t ve l pe opm rio e d n of a Hb d u l t α % ζ De α cluster - chromosome 16 Gl co obin m po c ne in nt Hb na m e Tổng hợp chuỗi Globin Embryonic Fetal 95% Hemoglobin electrophoresis: Variants of sickle cell anemia Hemoglobin electrophoresis: Identification of abnormal hemoglobins ... α CH C C Porphyrin (3) • Porphyrin: porphin + gốc hóa học (tại vị trí 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) Tùy theo thành phần nhóm mà ta có loại porphyrin khác : protoporphyrin (4M, 2V, 2P); coproporphyrin... loại: Porphyrinoprotein: nhóm ngoại nhân porphyrin Cromoprotein có nhóm ngoại khơng phải nhân porphyrin Cromoprotein (1) ∗ Porphyrinoprotein: có nhóm ngoại nhân porphyrin Thí dụ : • Hb (hemoglobin) :... Một số porphyrin M V A A P P M M P A A A P V A P P P P M P Protoporphyrin IX M P P A A Uroporphyrin I Uroporphyrin III M M P E OH M M P M M M P P M P P E OH P M Coproporphyrin III P M Coproporphyrin