HÓA HỌC PORPHYRIN VÀ HEMOGLOBIN

HÓA HỌC
PORPHYRIN VÀ
HEMOGLOBIN
BS Trần Ngọc Minh
Bộ môn Hóa Sinh-khoa Y


Mục tiêu






Phân loại cromoprotein.



Phân tích sự kết hợp thuận nghịch của HEMOGLOBIN (Hb) với oxy (O ) và carbon dioxyd (CO ).
2
2





Mô tả tính chất kết hợp của Hb với oxyd carbon (CO).

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.

Nêu tên 3 chất oxy hóa Hb thành Met-Hb.
Nêu tính chất enzym của 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 và 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 của Hemoglobin

2).


Giới thiệu
•

Chức năng chính của hồng cầu:

• Vận chuyển O2 từ phổi đến mô
• Vận chuyển CO2 từ mô đến phổi
•

Chức năng này thực hiện được nhờ hồng cầu có hemoglobin (Hb)

•

Mỗi hồng cầu có 640 triệu phân tử Hb


erythrocyte


Đại cương
•
•

Cromoprotein: protein tạp, nhóm ngoại là chất màu
Hai loại:
Porphyrinoprotein: nhóm ngoại là nhân porphyrin
Cromoprotein có nhóm ngoại không phải là nhân porphyrin


Cromoprotein (1)
∗ Porphyrinoprotein: có nhóm ngoại là nhân porphyrin
Thí dụ :
• Hb (hemoglobin): sắc tố đỏ của hồng cầu.
• Myoglobin: Sắc tố hô hấp trong tế bào cơ ở động vật có xương sống.

• Một số oxydoreductase: các enzym xúc tác phản ứng oxy hóa khử như cytocrom.


Myoglobin và Hemoglobin
Hemoglobin

Myoglobin
Brenner, S.E. Nature Reviews Genetics. 2001. 2, 801-809


Cromoprotein (2)
∗ Cromoprotein chứa nhóm ngoại không có nhân porphyrin.
Thí dụ:
• Flavoprotein → chứa riboflavin
• Ferritin → chứa sắt
• Hemocyamin → chứa đồng


Porphyrin (1)
•

Cấu tạo hóa học của porphyrin bắt nguồn từ vòng pyrol.

•

Pyrol :

HC

CH

HC

CH
N

N

H

H


Porphyrin (2)
•

Porphin: bốn vòng pyrol liên kết với nhau qua 4 cầu nối methenyl (-CH=)

(1)
HC
I

δ
HC

1

(2)
CH

C
IV

(7) HC

HN

C

γ

CH (3)

1 2
I

N
γ

HC

C

C
III

HC
(6)

CH

(5)

β
6 5

CH (4)

CH
β

8
7

IV

II
III
6

4

N

II
C

3

HN

NH

7

C
NH

N

8

N
(8) HC

α

δ
α
CH

C

C

2

5

3
4

Porphyrin (3)
•

Porphyrin: porphin + gốc hóa học
(tại các vị trí 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)

Tùy theo thành phần các nhóm thế mà ta có các loại porphyrin khác nhau :
protoporphyrin (4M, 2V, 2P);
coproporphyrin (4M, 4P);
uroporphyrin (4A, 4P)…


Các gốc thế của porphyrin
Tên gốc hóa học
Methyl
Ethyl
Hydroxyethyl
Vinyl
Gốc a. acetic
Gốc a. propionic

Công thức
-CH3
-CH2-CH3
-CH2-CH2OH
-CH=CH2
-CH2-COOH
-CH2-CH2-COOH

Viết tắt
M
E
E-OH
V
A
P


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 I

P

M

Hematoporphyrin

Porphyrin (4)
•

Tính chất:







Hợp chất có màu.
Base yếu.
Acid.
Điểm đẳng điện (pHi) 3 - 4,5.
Tính tan phụ thuộc số nhóm carboxyl thế


Hemoglobin (Hb)
 Hb một cromoprotein, hay chính xác hơn là một porphyrinoprotein.
 Cấu tạo Hb gồm 2 phần:

 Hem:

hem

: nhóm ngoại

globin

: protein

protoporphyrin IX

+

Fe +2

 Hồng cầu người chứa khoảng 32% Hb (≈ 15g/100ml máu).
 Tùy nhóm GLOBIN, khi kết hợp với HEM sẽ tạo thành những loại Hb khác nhau.


Hem


Là protoporphyrin IX gắn với 1 nguyên tử Fe+2 bằng 2 nối cộng hóa trị và 2 nối phối trí.

Fe+2



HEM

porphin: 4 vòng pyrol
8 nhóm thế
(M, V, M, V, M, P, P, M)

Protoporphyrin

Hem
M

M

V

N
N

P

Fe

M
N

N

P

V

M


Hem
 Khi Hem bị oxy hóa:
HEM

Fe+2

HEMATIN
Fe+3

HEMIN (tím)
(tinh thể Teichman)

N

N
Fe

N

N

N
Fe

OH
N

N

Cl
N


Globin

• Cấu trúc bậc I:
Chuỗi α

H N  COOH (141 aa)
2
H N  COOH (146 aa)
2

β
• Cấu trúc bậc II:

70% các aa chuỗi α & β tạo thành nhiều đoạn xoắn α

NHA2

B
A

B

C
B

C

C

D
D

• Cấu trúc bậc III: các chuỗi α & β gấp khúc.
B
Đoạn không xoắn
A

A


Cấu trúc bậc hai, bậc ba của globin với các vòng xoắn alpha

Vòng xoắn alpha
www.people.virginia.edu/ ~rjh9u/gif/fig17mod.gif

/>

Globin
 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 β: Glu (6) ở HbA bị thế bởi Val (HbS)
HbA & HbC: trên chuỗi β: Glu (6) ở HbA bị thế bởi Lys (HbC)

→ Pauling coi đó là biểu hiện của bệnh lý phân tử.

Globin
Mẫu tự A, B, C

 Ký hiệu Hb:
nơi tìm ra…

 1961, Gerand & Ingram: ký hiệu theo chuỗi polypeptid
Td:

HbA:

α Aβ A
2 2

HbS: α Aβ S
2 2

↔ α Aβ 6glu→val
2 2

α Aβ C ↔
2 2

α Aβ 6glu→lys
2 2

HbC:

Sickle Cell Mutation
Chromosome 16
5'
Chromosome 11
5'

Normal (HbA)
CCT GAG GAG

-Pro-Glu-Glu-

5

6

7

-O2
+O 2

βA

ζ
ε

α2 α1
Gγ

α α
β β

Aγ

δ

β *

3'
3'

Abnormal (HbS)
CCT GTG GAG

βS

-Pro-Val-Glu-

5

-O 2
+O2

6

7