Hemoglobin và Myoglobin
GVHD: TS Trần Bích Lam
Báo cáo Hoá sinh thực phẩm
Đề tài
GVHD: TS Trần Bích Lam
SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Bình
Đặng Thị Mỹ Duyên
60600368
Đinh Thanh Hà
60600567
Hà Quang Khoa
60601109
Trần Thị Thu Linh
60601272
Trương Thị Thuý Ngọc
60601614
Đào Thị Trà Mi
60601457
Trần Thị Ngọc Oanh
60601731
Phan Trung Thành
60602229
Tháng 11 năm 2008
~1~
60600156
Hemoglobin và Myoglobin
GVHD: TS Trần Bích Lam
Mục lục
Giới thiệu đề tài
I.
Mục tiêu
II.
Phân công thực hiện
Nội dung
Chương 1: Hemoglobin
I.
Giới thiệu
II.
Cấu tạo hoá học
III.
Chức năng sinh học của Hemoglobin
IV.
Tính chất của Hemoglobin
Chương 2: Myoglobin
I.
Giới thiệu
II.
Cấu tạo hoá học
III.
Chức năng sinh học của Myoglobin
IV.
Tính chất của Myoglobin
Chương 3: Sự khác nhau giữa Hemoglobin và Myoglobin
Tài liệu tham khảo
~2~
Hemoglobin và Myoglobin
GVHD: TS Trần Bích Lam
Giới thiệu đề tài
I. Mục tiêu
Mô tả cấu tạo của HEM (vẽ hình).
Phân tích cấu tạo của GLOBIN.
Phân tích sự kết hợp của HEM và GLOBIN.
Hiểu vai trò của Hb trong việc vận chuyển các khí.
Phân tích sự kết hợp thuận nghịch của HEMOGLOBIN (Hb) với oxy (O2) và carbon
dioxyd (CO2).
Mô tả tính chất kết hợp của Hb với oxyd carbon (CO).
Nêu tên 3 chất oxy hóa Hb thành Met-Hb.
Nêu tính chất enzym của Hb.
Myoglobin
So sánh Hemoglobin và Myoglobin
II.
Phân công thực hiện
Giới thiệu về Hemoglobin và Myoglobin: Mỹ Duyên
Cấu tạo, chức năng, tính chất Hemoglobin: Trung Thành, Quang Khoa, Thanh Hà
Cấu tạo, chức năng, tính chất Myoglobin: Thuý Ngọc, Thu Linh, Ngọc Bình
So sánh Hemoglobin và Myoglobin: Trà Mi
Trình bày nội dung thành file word và file power point: Ngọc Oanh
Thuyết trình về Hemoglobin và so sánh Hb - myoglobin: Ngọc Oanh
Thuyết trình về Myoglobin: Mỹ Duyên
~3~
Hemoglobin và Myoglobin
GVHD: TS Trần Bích Lam
Chương 1: Hemoglobin
I.
Giới thiệu
Một trong những chức năng chính của máu là vận chuyển oxy. Oxy trong không khí được
hít vào phổi, từ phổi được vận chuyển theo dòng máu để đến các mô. Ở các mô máu nhận CO 2,
sản phẩm của quá trình chuyển hoá, đem trở lại phổi để thải ra ngoài. Trung bình mỗi ngày qua
nhiều vòng tuần hoàn, máu vận chuyển được khoảng 600 lit oxy phổi đến các mô. Khả năng vận
chuyển máu lớn như vậy nhưng lượng oxy hoà tan lại rất ít, 100 ml máu chỉ hoà tan trực tiếp
được 39 ml oxy trong khi đó 100ml máu ở động mạch phổi chứa đến 20 ml oxy, vậy hơn 19 ml
oxi được vận chuyển như thế nào? Theo cơ chế nào? Ta sẽ xem xét cấu tạo hoá học của chất vận
chuyển khí quan trong máu: Hemoglobin
Là huyết cầu tố (kí hiệu Hb)
Là một porphyrinoprotein gồm một protein thuần GLOBIN và các nhóm ngoại HEM
Hồng cầu người: 32% Hb, Hb ở trong hồng cầu, được hồng cầu bảo vệ.
Mỗi sinh vật có một loại Hb khác nhau, tuỳ thuộc vào nhóm globin
Mỗi hồng cầu có 640 triệu phân tử Hb
Hemoglobin
Myoglobin
hình 1: myoglobin và hemoglobin
~4~
Hemoglobin và Myoglobin
II.
GVHD: TS Trần Bích Lam
Cấu tạo hoá học:
Protein thuần: globin
Nhóm ngoại: Hem
1.Cấu tạo của hem:
Là protoporphyrin IX gắn với 1 nguyên tử Fe2+ bằng 2 nối cộng hóa trị và 2 nối phối trí.
Fe2+
HEM
porphyrin: 4 vòng pyrol
Protoporphyrin
8 nhóm thế (M, V, M,V,M,P,P,M)
M
M
V
N
N
P
Fe
M
N
N
P
V
M
Hình 2: hem
Nguyên tử Fe trong hem
Nguyên tử Fe trong heme liên kết với 4
nguyên tử N ở trung tâm của vòng porphyrin, tuy
vậy, vẫn còn 2 phối trí tự do trên nguyên tử Fe, 2
phối trí tự do này nằm ở 2 phía của mặt phẳng
heme. Nhóm heme này nằm ở các đường nứt hay
kẽ hở của phân tử myoglobin, được bao quanh bởi
các phần không phân cực trừ 2 phân tử histidine
phân cực mà thôi.
~5~
Hemoglobin và Myoglobin
GVHD: TS Trần Bích Lam
Một trong 2 phối trí tự
do của Fe được liên kết với
một trong các histidine này,
và còn lại một phối trí tự do
trên Fe nắm ở phía kia của
vòng sẽ liên kết với
oxygen. Nhóm histidine thứ
2
ở gần bên, sẽ đóng vai trò
cho các nhiệm vụ khác: nó
giúp điều chỉnh hình dạng
của các khe giúp cho chỉ có các phân tử có kích thước nhỏ
mới có thể chui qua đề phản ứng với nguyên tử Fe, mà nó
cũng giúp cho phản ứng nghịch tức là phản ứng phóng thích
oxygen lk với Fe. Thiệt hấp dẫn khi thấy rằng một cấu trúc
3D rất phức tạp của phân tử protein myoglobin to lớn lại
được cấu tạo để sản xuất chính xác cho một hình dạng của
khe hở, với 2 nhóm histidine ở bên phải để giúp cho phản
ứng theo chiều nghịch được diễn ra khi cần thiết.
Nguyên tử sắt và mạch protein làm thay đổi bước sóng
hấp thụ và làm cho hemoglobin có một màu đặc trưng. Hemoglobin đã oxy hóa (máu từ các động
mạch) có màu đỏ sáng(hic, đỏ tươi dễ nghe hơn), nhưng khi không có Oxy (máu ở các tĩnh
mạch), hemoglobin chuyển sang màu đõ tối hơn.
Khi Hem bị oxy hóa
HEM
HEMATIN
Fe+2
Fe+3
N
HEMIN (tím)
(tinh thể Teichman)
N
N
Fe
N
N
Fe
OH
N
N
2. Cấu tạo của globin:
Cấu trúc bậc I:
Chuỗi
H2N COOH (141 aa)
H2N COOH (146 aa)
~6~
Cl
N
Hemoglobin và Myoglobin
GVHD: TS Trần Bích Lam
Cấu trúc bậc II:
70% các aa chuỗi & tạo thành nhiều đoạn xoắn
A
B
A
C
B
B
D
C
C
D
Cấu trúc bậc III: các chuỗi & gấp khúc.
B
Hinh 3: Cấu trúc bậc hai, bậc
ba của globin với các vòng
Đoạn không xoắn
A
A
Gọi tên các aa trên chuỗi polypeptid bằng thứ tự của chúng trên đoạn xoắn
Td:
Asp G1
His E7; His F8
Để xác định sự khác biệt giữa các Hb, người ta phải xác định thứ tự các aa trong cấu trúc
bậc I của Globin.
HbA & HbS: trên chuỗi : Glu (6) ở HbA bị thế bởi Val (HbS)
HbA & HbC: trên chuỗi : Glu (6) ở HbA bị thế bởi Lys (HbC)
Pauling coi đó là biểu hiện của bệnh lý phân tử.
Mẫu tự A, B, C
Ký hiệu Hb:
nơi tìm ra…
~7~
Hemoglobin và Myoglobin
GVHD: TS Trần Bích Lam
1961, Gerand & Ingram: ký hiệu theo chuỗi polypeptid
Td: HbA:
2A2A
HbS: 2A2S
HbC:
2A2C
2A26gluval
2A26glulys
Sickle Cell Mutation
Chromosome 16
5'
Chromosome 11
5'
Normal (HbA)
CCT GAG GAG
-Pro-Glu-Glu-
5
6
7
A
G
A
-O2
+O 2
OXYSTATE
*
3'
3'
Abnormal (HbS)
CCT GTG GAG
S
-Pro-Val-Glu-
5
6
7
-O2
+O 2
DEOXYSTATE
~8~
Hemoglobin và Myoglobin
GVHD: TS Trần Bích Lam
3. Sự liên kết giữa hem và globin hay cấu trúc phân tử hemoglobin:
Mỗi chuỗi polypeptid của GLOBIN kết hợp với một HEM qua 2 liên kết phối trí giữa Fe+2 và
N của nhân Imidazol của aa histidin E7 & F8 tạo thành 1 bán đơn vị của phân tử Hb.
(His xa)
HIS (E7)
N
N
O=O
N
Fe
N
Fe
N
N
HIS (F8)
N
N
HIS (F8)
Nguyên tử Fe gồm 6 liên kết:
- 2 liên kết cộng hóa trị
- 4 liên kết phối trí
Khi kết hợp oxy, nguyên tử Fe vẫn hóa trị 2 đây là phản ứng gắn oxy chứ không phải
là sự oxy hóa.
~9~
Hemoglobin và Myoglobin
GVHD: TS Trần Bích Lam
N
N
N
Fe
N
N
Fe
N
N
O2
N
N
N
N
N
HIS
HIS
HIS
HIS
V
M
N
N
M
M
N
Fe
P
N
V
Fe
P
P
GLOBIN
N
V
N
M
N
N
M
M
N
N
P
V
M
M
N
GLOBIN
Hình 4:Bán đơn vị Hb tự do và kết hợp oxy
HEMOGLOBIN:
Protein hình cầu, đường kính 5,5 nm.
Gồm 4 bán đơn vị giống nhau từng đôi một.
Mỗi bán đơn vị:
1 Hem và 1 chuỗi polypeptid.
Trọng lượng phân tử: 17.000 Da.
Khoảng cách giữa các Hem/Hb 2,5nm.
Fe+2 trong Hb 0,34%.
Hình 5:Bán đơn vị của Hb
~ 10 ~
O2
Hemoglobin và Myoglobin
GVHD: TS Trần Bích Lam
globin
globin
globin
globin
Hình 6: Phân tử Hb hoàn chỉnh
Hình 7: Các chuỗỗi alpha & beta
Hình 7: Các chuỗi alpha & beta
TỔNG HỢP GLOBIN:
~ 11 ~
Hemoglobin và Myoglobin
GVHD: TS Trần Bích Lam
Hình 8: Tổng hợp Hemoglobin
• Những loại globin khác nhau kết hợp với hem để tạo thành các Hb khác nhau
• Những gen mã hóa các chuỗi globin:
b, g, d và e nằm trên nhánh ngắn nhiễm sắc thể 11
a và z nằm trên nhánh ngắn nhiễm sắc thể 16
Globin bắt đầu được tổng hợp từ tuần thứ 3 của thai kỳ
• Phôi
Hemoglobin Gower I ( z2e2)
Hemoglobin Portland ( z2g2)
~ 12 ~
Hemoglobin và Myoglobin
GVHD: TS Trần Bích Lam
Hemoglobin Gower II (a2e2)
• Thai : HbF (a2g2), HbA (a2b2)
• Người lớn : HbA, HbA2 ( a2d2), HbF.
Túi noãn hoàn
Latch
Gan
tuổi thai (tuần)
sinh
tuỷ xương
Sau sinh (tuần)
Bảng 1: Thành phầần hemoglobin của người lớn
Hb A
Hb A2
Hb F
Cấu trúc
a2b2
a2d2
a2g2
%
95 - 97 %
2 - 3.5 %
1-2%
III.
Chức năng sinh học:
~ 13 ~
Hemoglobin và Myoglobin
GVHD: TS Trần Bích Lam
Hemoglobin (Hb) là thành phần chính của hồng cầu, chiếm 34% trọng lượng (nồng độ 34 g/dl)
và là thành phần quan trọng trong việc vận chuyển khí của máu.
1. Vận chuyển O2:
Hồng cầu vận chuyển oxy từ phổi đến các tổ chức trong cơ thể nhờ phản ứng
sau :
Hb
+
O2
→
HbO2
Đỏ thẫm
Đỏ tươi
Trong đó oxy được gắn lỏng lẻo với ion Fe2+. Sự kết hợp O2 của
phân tử Hb có tính chất “hợp tác” : sau khi một phân tử oxy kết hợp vào
h.1: Tế bào máu
một trung tâm kết hợp oxy, trong phân tử Hb sẽ kích thích sự kết hợp
màu đỏ có chứa
thêm phân tử oxy khác với chính phân tử ấy tạo thành HbO2. Sự “hợp tác”
giữa các trung tâm liên kết oxy trong phân tử Hb đã làm tăng khả năng phân phát
oxy của Hb lên 2 lần so với khi các trung tâm này hoạt động riêng lẻ , hay nói cách
khác chính là làm tăng hiệu quả vận chuyển oxi của Hb. Ðây là phản ứng thuận
nghịch , oxyhemoglobin (tạo màu đỏ tươi đặc trưng cho máu ở động mạch) dễ dàng
bị phân ly, giải phóng oxy trong điều kiện thích hợp, do đó oxy được vận chuyển từ
phổi đến các tế bào ở mô khắp cơ thể.
- Sự kết hợp và phân ly giữa O2 và Hb được xác
phân áp oxygen(PO2) ở môi trường chung quanh
Ở phổi: phân áp O2 cao 95-98% Hb kết hợp oxy
theo máu đến mô.
h.2: Máu màu đỏ tươi
nhờ sự có mặt của oxyhemoglobin
định bởi
Hb:
HbO2
Ở mô: phân áp O2 thấp (40mmHg) phản ứng xảy ra theo chiều nghịch, HbO2 phân ly, nhả O2
cho mô
Để biết rõ hơn về khả năng vận chuyện O2 của hemoglobin , chúng ta hãy quan sát đường cong
phân ly Hb-O2 :
~ 14 ~
Hemoglobin và Myoglobin
GVHD: TS Trần Bích Lam
Tĩnh mạch
Động mạch
Phân áp oxy
Đường cong phân ly Hb-oxy (đường cong Barcroft)
Trên đường cong Barcrofl này:
Ở phần PO2 thấp (nơi HbO2 nhả O2 cho mô): đường cong rất dốc 1 sự thay đổi nhỏ của PO2
sẽ làm thay đổi sự giao O2 cho mô một cách đáng kể giúp hằng định PO2/mô.
Ở phần PO2 cao (nơi Hb lấy O2 từ phổi) đường cong tà:
PO2: 60mmHg bão hòa Hb với O2: 89%.
PO2 500 thì độ bão hòa HbO2 cũng chỉ 100%
PO2 môi trường, phế nang có thể thay đổi nhiều nhưng độ bão hòa HbO2 & lượng oxy giao
mô không bị giao động lắm.
PO2 mô ổn định.
Hb có tính đệm giúp PO2/ mô ổn định, đảm bảo sự hằng định nội môi.
*Vị trí bình thường của đường cong tùy thuộc vào:
Nồng độ 2,3-DPG:
~ 15 ~
Hemoglobin và Myoglobin
GVHD: TS Trần Bích Lam
Nồng độ ion H+ (pH):
CO2 trong hồng cầu
Cấu trúc của Hb…
Tóm lại, đường cong phân ly Hb-O2 :
• Lệch phải (dể nhả oxy) khi:
• 2,3-DPG cao
• H+ cao
• CO2 cao
• HbS
• Lệch trái (dể gắn oxy) khi:
•
•
2,3-DPG thấp
HbF
~ 16 ~
Hemoglobin và Myoglobin
GVHD: TS Trần Bích Lam
Do đó ở các mô hoạt động trao đổi chất mạnh (khi co cơ), tạo thành nhiều axit, CO2 sẽ làm
tăng sự tách O2 khỏi oxyhemoglobin.
2. Vận chuyển CO2
Hồng cầu vận chuyển CO2 từ tổ chức về phổi theo phản ứng sau:
a) Hb kết hợp trực tiếp với CO2: qua nhóm NH2 tự do của Globin tạo thành carbonyl
Hb(HbCO2)
R-NH2
CO2
+
R-NH-COOH
(dẫn xuất carbamyl)
Hay: Hb + CO2 HbCO2
Ðây cũng là phản ứng thuận nghịch, chiều phản ứng do phân áp CO2 quyết định. HbCO2
có màu đỏ thẫm, đặc trưng cho máu tĩnh mạch. Chỉ
khoảng 20% CO2 được vận chuyển dưới hình thức này .
SƠ ĐỒ VẬN
CHUYỂN CO2
Ở mô : PCO2 = 46mmHg : phản
ứng theo chiều thuận
Ở phổi: PCO2 = 36mmHg : phản
ứng theo chiều nghịch
b) Hb vận chuyển gián tiếp CO2
CO2 thẩm thấu từ các mô vào máu:
H2CO3 H+ + HCO3-
CO2 + H2O
CA ( carbonic anhydrase)
H+ gắn vào His (146) tận cùng chuỗi của Hb tự do (vừa giải phóng O2) tạo Hb2H+
đến phổi: H+ được giải phóng: H+ + HCO3- H2CO3
H2CO3
H2O + CO2
CA
~ 17 ~
Hemoglobin và Myoglobin
GVHD: TS Trần Bích Lam
Thở ra
SƠ ĐỒ
VẬN CHUYỂN CO2 GIÁN TIẾP
2CO2 + 2H2O
2H2CO3
CỦA Hb
CA
Hb.4O2
-
2HCO3
Ở Mô
4O2
+
+ 2H
+
2H
4O2
Hb.2H
+
2H2CO3
Ở Phổi
Sf của
CT Krebs
IV.
-
+ 2HCO3
2CO2
(Carbonic
CA
Anhydrase)
+ 2H2O
Tính chất của Hb:
1. Kết hợp thuận nghịch với oxy tạo oxyhemoglobin:
Hb +
(Đỏ tươi)
O2
=
HbO2
(Đỏ thẫm)
Cơ chế hoàn toàn giống như đã trình bày ở phần chức năng sinh học của Hb.
Ái lực của Hb với O2 còn giảm khi tăng nồng độ H+, nồng độ CO2 (ở một pH xác định).
Do đó ở các mô hoạt động trao đổi chất mạnh (khi co cơ), tạo thành nhiều axit, CO2 sẽ làm tăng
sự tách O2 khỏi oxyhemoglobin. Mối liên hệ giữa khả năng kết hợp O2,H+, CO2 gọi là hiệu ứng
Borh. Vận chuyển và tách Hb protein phụ thuộc và số lượng giữa các phân tử protein.
Sự kết dính của O2 đến 1 phân tử gây ra sự nhớ lại của các phân tử để thay đổi hình dạng
một cách nhẹ nhàng là tăng khả năng tiếp xúc cho O2.
~ 18 ~
Hemoglobin và Myoglobin
GVHD: TS Trần Bích Lam
2. Oxy hoá Hb tạo thành Methemoglobin:
chất oxy hóa
MetHb + e-
Hb
(Fe+2)
(Fe+3)
nitrit, clorat,
ferricyanua…
3. Kết hợp với carbondioxyd (CO2) tạo carbonyl Hb (CO2Hb)
Ngoài khả năng kết hợp với O2, Hb còn tham gia vận chuyển H+ và CO2 . Có 3 că ăp nhóm
kết hợp proton là: nhóm amin đầu N và hai gốc H+. Ba că ăp nhóm này có vi môi trường khác
nhau trong oxy và dezoxyl – Hb. Trong dezoxy – Hb môi trường trực tiếp của chúng tích điện âm
nhiều hơn, kết quả là chúng lấy H+ khi giải phóng O2. CO2 kết hợp với nhóm amin đầu N của Hb.
Dạng không ion hóa của nhóm α-amin đầu N của Hb phản ứng thuận nghịch với CO2 tạo thành
dạng cacbamat:
R – NH2 + CO2 = RHCOO- + H+
Khi kết hợp với CO2 làm giảm ái lực của Hb với O2, CO2 kết hợp với dezoxy – Hb chă ăt
hơn là oxy – Hb.
~ 19 ~
Hemoglobin và Myoglobin
GVHD: TS Trần Bích Lam
4. Kết hợp với Oxyd carbon (CO):
Ngoài những chất trên, Hb còn có thể kết hợp với CO, hơn nữa ái lực với CO gấp 210 lần
so với O2.
Oxy hóa Hb, tạo thành metemoglobin (Fe3+) mất khả năng kết hợp với O2.
Hb + CO →HbCO
CO có thể đẩy O2 ra khỏi HbO2
HbO2 + CO →HbCO + O2
Các hợp chất xianua, H2O2, KMnO4 đều có tác dụng này, ở điều kiện nhẹ nhàng không
làm biến tính globin, chỉ oxy hóa Fe2+.
5. Tính chất enzyme:
Tính chất của một peroxydase:
H2O2 + AH2
2H2O + A
Hb
Tính chất của một catalase:
H2O2
2H2O + O2.
Hb
~ 20 ~
- Xem thêm -