Tài liệu Báo cáo hoá sinh thực phẩm hemoglobin myoglobin

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: 2A2A HbS: 2A2S HbC: 2A2C   2A26gluval 2A26glulys 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 ~