HÓA HỌC PORPHYRIN VÀ HEMOGLOBIN

HÓA HỌC PORPHYRIN VÀ HEMOGLOBIN
1. ĐẠI CƯƠNG
- Hemoglobin (Hb) là thành phần quan trọng của hồng cầu để tạo nên chức năng vận
chuyển O2 từ phổi đến cung cấp cho các tế bào và CO2 từ các tế bào đến phổi để thải ra ngoài
theo đường thở.
- Sơ lược về cấu tạo của Hb
-CH=
thêm các nhóm thế như -CH3, -CH=CH2,..
Pyrol
Porphin
Porphyrin
1.1. Cromoprotein
-

Là một loại protein tạp có chứa nhóm ngoại là chất màu
Phân làm 2 loại:
+ Porphyrinoprotein: chứa nhóm ngoại là nhân porphyrin (Hemoglobin, Myoglobin,
Oxidoreductase,…)
+ Cromoprotein chứa nhóm ngoại khơng phải là nhân porphyrin ( Flavoprotein,
Ferritin, Hemocyamin,…)

1.2. Porphyrin
1.2.1 Cấu tạo
-

Pyron: dị vòng 5 cạnh

-

4 vòng pyrol liên kết với nhau qua cầu nối –CH= tạo thành porphin

- Khi porphin được thêm các gốc thế hóa học nhất định vào các vị trí 1,2,3,4,5,6,7,8 thì tạo
nên porphyrin
 Các gốc thế của porphyrin



Tên gốc thế

Cơng thức

Kí hiệu

Methyl

-CH3

M

Ethyl

-CH2-CH3

E

Hidroxylethyl

-CH2-CH2OH

EOH

Vinyl

-CH=CH2

V

Gốc acetyl

-CH2-COOH

A

Gốc propionyl

-CH2-CH2-COOH

P

Một số porphyrin

1.2.2 Tính chất của porphyrin
- Ở nguwoif thường gặp 3 loại: Uroprotein, Coproprotein, Protoprotein
- Các porphyrin khác nhau bởi các nhóm thế và tính tan của nó phụ thuộc vào nhóm
cacboxyl thế, nói cách khác nếu porphyrin có nhiều nhóm A hoặc P thì càng phân cực nên dễ tan
trong nước. Vì thế độ tan giảm dần từ Uroprotein > Coproprotein > Protoprotein.

2. HEMOGLOBIN
-

Là huyết cầu tố (Hb), một cromoprotein màu đỏ trong hồng cầu động vật bậc cao
Cấu tạo gồm có: protein thuần GLOBIN và nhóm ngoại HEM
Hồng cầu người chứa 32% Hb và Hb được màng hồng cầu bảo vệ
Mỗi lồi sinh vật có loại Hb khác nhau tùy thuộc vào nhóm globin, vì vậy mà chúng sẽ
kết tinh khác nhau.


2.1. Cấu tạo của Hb
2.1.1 HEM
-

Được tạo thành từ nhân Protoprotein gắn với 1 sắt hóa trị II (Fe2+) gắn vào 4 nguyên tử N
của 4 vòng pyrol bằng 2 liên kết cộng hóa trị và 2 liên kết phối trí

-

Hem oxy hóa tinh thể Hematin
(Fe2+)
(Fe3+)
Đun Hb với NaCl và acid acetid thu được tinh thể Hemin => xác định vết máu

-

2.1.2 GLOBIN
-

-

Phân tử Hb có 4 chuỗi polypeptid, ở người trưởng thành có 2 chuỗi α (141aa/1 chuỗi) và
2 chuỗi β (146 aa/1 chuỗi)

Cấu trúc 4 bậc của Hb
+ Bậc 1: các chuỗi polipeptid xoắn lại, ở chuỗi α có
7 xoắn α, ở chuỗi β có 8 xoắn α, các xoắn được đánh
dấu bằng các chữ cái A,B,C,D,E,F,G,H theo thứ tự
bắt đầu từ acid amin N tận, nơi không xoắn (đoạn
xen giữa các xoắn α) đánh dấu AB, BC, CD,….
+ Bậc 2: các chuỗi polypeptid xoắn lại ở nhưng đoạn
không xoắn
+ Bậc 3: các chuỗi polypeptid cuộn khúc tại những
đoạn không xoắn và gắn với 1 phân tử Hem tạo
thành bán đơn vị Hb.
+ Bậc 4: 4 bán đơn vị hợp lại thành 1 phân tử Hb

Các dạng Hb:


-

+ Phôi thai: Hb Gower I
+ Bào thai: HbF (α2γ2)
+ Người trưởng thành: HbA (α2Aβ2A) chiếm 98%, HbA2(α2δ2) chiếm 2% và dưới 1% là
HbF (α2γ2).
Bằng phương pháp “in dấu ngón tay” để nghiên cứu thành phần acid amin trong cấu trúc
bậc 1, người ta phát hiện các dạng Hb đột biến
+ HbS (α2Aβ2S): do vị trí thứ 6 trên chuỗi β chuyển từ glutamic thành valin => hồng cầu
lưỡi liềm.
+ HbC (α2Aβ2C): do vị trí thứ 6 trên chuỗi β chuyển từ glutamic thành lysin => hồng cầu
hình bia.
2.1.3 Sự kết hợp của Hem và Globin

-

-

-

-

Mỗi chuỗi polypeptid của globin liên kết với Hem thơng
qua 2 liên kết phối trí giữa N của nhân imidazol thuộc
acid amin His E7 (His ở vị trí thứ 7 của đoạn xoắn thứ
5) và His F8 (His ở vị trí thứ 8 của đoạn xoắn thứ 6).
Do E7 năm xa hơn F8 nên khi gắn phân tử oxi vào thì
oxy sẽ thế chỗ của E7. Sự gắn oxy này không phải là
phản ứng là phản ứng oxy hóa khử nên vẫn tồn tại
Fe2+.
Hb hiện diện ở 2 dạng là T và R
+ Dạng T: khi pH thấp, nồng độ CO2 hay 2,3DPG cao thì Hb tồn tại ở dạng T, ái lực Hb
và oxy thấp nên dễ phóng thích oxy ở các mơ.
+ Dạng R: khi pH cao, nồng độ CO2 hay 2,3DPG thấp thì Hb tồn tại ở dạng T, ái lực Hb
và oxy cao nên dễ gắn oxy ở phổi.
Phân tử Hb hồn chỉnh có phân tử khối là 64.456, hình cầu đường kính 55A, 4 bán đơn vị
giống nhau từng đơi một và liên kết với nhau bằng liên kết không đồng hóa trị. Chuỗi
polypedtid của globin cuộn lại tạo khe nhỏ chứa Hem, tỉ lệ sắt trong Hb là 0,34%.

2.2. Tính chất của Hb
2.2.1 Kết hợp thuận nghịch với oxy tạo O2Hb
O2 + Hb
-

-

-

O2Hb

Đây là phản ứng gắn oxy chứ khơng phải là phản ứng oxy hóa
khử, O2 liên kết lỏng lẻo với Fe2+ qua cầu nối liên kết phối trí
nên O2 dễ dàng gắn và phóng khỏi Hb.
1 phân tử Hb gắn được 4 phân tử oxy, tương đương 1 gam Hb
gắn được 1,39 ml oxy.
Sự kết hợp và phân ly giữa oxy và Hb xác định bởi phân áp
oxy PO2
+ Ở phổi, PO2 cao (100mmHg) nên phản ứng theo chiều thuận
+ Ở mô, PO2 nên phản ứng theo chiều nghịch
Hb gắn oxy theo cơ chế hiệp đồng.


-

PO2 và độ bão hịa Hb có mối tương quan được biểu diễn bằng đường cong phân li oxyHb

-

P50: phân áp oxy cần thiết để 50% Hb của 1 loại máu bão hòa oxy, dùng để biểu thị ái lực
của Hb của một loại máu với oxy. P50 càng cao thì ái lực càng giảm và ngược lại. Ở
người giá trị này là 26,8 mmHg.
Yếu tố ảnh hưởng lên ái lực oxy-Hb:
+Nhiệt độ
+ pH

+ nồng độ CO2,…
+ 2,3 DPG: nồng độ cao sẽ làm giảm đáng kể ái lực của Hb với Oxy nên tăng khả năng
nhả oxy đến các mô và ngược lại ở phổi.
Đường cong lệch phải khi pH giảm, nồng độ CO2, 2,3DPG tăng
Đường cong lệch trái khi pH tăng, nồng độ CO2, 2,3DPG giảm
Myoglobin
Huyết sắc tố của cơ
Chỉ có 1 chuỗi polypeptid gắn với Hemn, có 153 acid
amin .
Mối tương quang giữa PO2 và độ bão hòa của myoglobin
biểu diễn bởi đường cong dạng Hyperpol
Ái lực giữa myoglobin và oxy cao hơn so với Hb nên
myoglobin nên chỉ là protein dự trữ oxy cho cơ.

-


-

2.2.2 Kết hợp với CO2
Hb + CO2
-

-

CO2Hb

Hb vận chuyển CO2 trực tiếp (15-20%), gián tiếp (70%).
Trực tiếp: Gắn CO2 trực tiếp với nhóm amin tự do R-NH2 của globin tạo carbonyl
hemoglobin hay carbaminoyl hemoglobin. Đây là phản ứng thuận nghịch phụ thuộc vào

phân áp pCO2
R-NH23+ + CO2
2H+ + R-NH-COOGián tiếp: Theo con đường thủy hóa xảy ra nhanh và mạnh trong hồng câu vì sự có mặt
của enzym caronic andydrase (CA)


2.2.3 Kết hợp với CO
-

CO có ái lực với Hb gấp 210 lần so với oxy,chỉ cần PCO = 0,1mmHg gây chết người
Hb

+ CO

HbCO

HbO2 + CO

O2 + HbCO

2.2.4 Oxy hóa Hb tạo methemoglobin (MetHb)
-

MetHb là Hb có nguyên tử Fe2+ bị oxy hóa thành Fe3+ , mất khả năng gắn oxy nên khơng
cịn chức năng vận chuyển oxy
MetHb được điểu chỉnh để nồng độ luôn < 1% bởi các hệ thống NADH,
NADP/NADPH+, acid ascorbic, glutathion khử
Các chất oxy hóa như sodium nitric, clorat,… oxy hóa Fe2+ theo phản ứng
Hb
MetHb + e

2.2.5 Tính chất enzym của Hb

-

Tính oxydoreductase xúc tác phản ứng oxy hóa khử
Tính chất của một peroxydase: H2O2 + AH2
Hoạt tính catalase yếu: 2H2O2
2H2O + O2

2H2O + A

CÂU HỎI
Câu 1: Cromoprotein nào có nhóm ngoại là vịng porphyrin
A.
B.
C.
D.

Hemoglobin và Hematocyanin
Hemoglobin và Flavoprotein
Globin và Oxyreductase
Ferritin và Hematoprotein

Câu 2: Gốc V của protoporphyrin gắn ở vị trí C nào
A.
B.
C.
D.

1,2

2,4
3,5
4,6

Câu 3: Liên kết giữa Fe2+ của Hem với globin là liên kết
A.
B.
C.
D.

Cộng hóa trị
Phối trí
Oxy hóa
Ion

Câu 4: Hồng cầu hình liềm có Hb kí hiệu là
A.
B.
C.
D.

α2Aβ2S
α2Aβ2C
α2γ2
α2Aβ2A

Câu 5: khi oxy gắn vào Hem thì oxy sẽ thay thế vị trí của acid amin His…..
A. E8

B. F7

C. E7

D. F8


Câu 6: Ái lực giữa Hb và oxy tăng khi nào
A.
B.
C.
D.

pH thấp
2,3 DPG cao
2,3 DPG thấp
Nồng độ CO2 cao

Câu 7: Phát biểu nào đúng
A. Các bán đơn vị của Hb liên kết với nhau bằng liên kết phối trí
B. His E7 gần Fe2+ của Hem hơn so với His F8 nên oxy sẽ thay thế nhóm F8 khi gắn vào
Hem
C. Nồng độ sắt trong Hb là 0,34%
D. Các Hem trong Hb gắn với nhau trở thành tâm của phân tử Hb
Câu 8: Phản ứng nào là sai
A.
B.
C.
D.

Hb + CO2

Hb + O2
Hb + CO
Hb

CO2Hb
O2Hb
COHb
MetHb

+ 1e

Câu 9: Chọn câu sai
A.
B.
C.
D.

CO2 được vận chuyển chủ yếu theo con đường gián tiếp
CO2 vận chuyển trực tiếp bằng cách gắn vào Fe2+ của Hem
Vì sự có mặt của CA mà sự vận chuyển CO2 nhanh hơn
Nồng độ Met ln được duy trì <1%

Câu 10: Chọn câu đúng
A.
B.
C.
D.

Hoạt tính catalase yếu của Hb thể hiện qua phản ứng H2O2 + AH2
2H2O + A

Tính chất peroxydase của Hb thể hiện qua phản ứng 2H2O2
2H2O + O2
Hematin là chất kết tủa màu trắng dùng nhận diện vết máu trong pháp y
MetHb được khử bởi các hệ thống glutathion, NADH,…