Bài 9 hóa học PORPHYRIN và HEMOGLOBIN
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.61 MB, 49 trang )
HÓA HỌC PORPHYRIN
VÀ HEMOGLOBIN
BS. Trần Kim Cúc
MỤC TIÊU
1. Phân loại Cromoprotein.
2. Mô tả cấu tạo của HEM (vẽ hình), cấu tạo của
GLOBIN
3. Phân tích sự kết hợp của HEM và GLOBIN.
4. Nêu 5 tính chất của Hemoglobin và các ứng dụng.
5. Trình bày được vai trò của Hemoglobin trong việc
vận chuyển các khí.
I. ĐẠI CƯƠNG
1. Cromoprotein
Là một Protein tạp có chứa nhóm ngoại là chất màu. Có 2 loại:
Porphyrinoprotein: có chứa nhóm ngoại là nhân Porphyrin.
Ex: Hemoglobin: là sắc tố đỏ của HC.
Myoglobin: sắc tố hô hấp trong tb cơ ở ĐV có xương sống.
Cromoprotein: chứa nhóm ngoại ko có nhân porphyrin.
Ex: Flavoprotein nhóm ngoại chứa Riboflavin.
Ferritin nhóm ngoại có chứa Fe.
Hemocyamin nhóm ngoại chứa Cu.
Myoglobin và Hemoglobin
Hemoglobin
Myoglobin
Brenner, S.E. Nature Reviews Genetics. 2001. 2, 801-809
2. Porphyrin
2.1. Cấu tạo hóa học của Porphyrin:
Porphyrin là một hợp chất phức tạp gồm 4 vòng pyrol.
Pyrol: là một dị vòng 5 cạnh có CT:
HC
CH
HC
CH
N
N
H
H
CT đầy đủ và CT viết tắt của vòng pyrol
4 vòng pyrol LK với nhau qua 4 cầu nối methylen (- CH =)
tạo nên porphin có CT như sau:
(1)
(2)
CH
HC
HC
(7) HC
C
I
N
C
HC
CH (3)
C
II
C
C
HC
CH
HN
IV NH
(8)
C
N
C
III
C
HC
CH
(6)
(5)
CH (4)
CH
CTCT của Porphin
1
2
1
2
I
N
8
3
HN
NH
6
5
II
IV
4
N
7
3
8
4
7
III
6
Các dạng vẽ tắt của Porphin
5
Đánh số thứ tự vòng pyrol: I, II, III, IV theo chiều
kim đồng hồ.
Đánh dấu cầu methylen: α, β, γ, δ.
Vị trí các đỉnh của porphin, mà sau này là vị trí
của các nhóm thế 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8.
Porphyrin là porphin được gắn thêm các gốc hh
nhất định ở các vị trí 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8.
Các gốc thế của porphyrin
Tên gốc
Methyl
Ethyl
Hydroethyl
Vinyl
Gốc acid acetic
Gốc acid propionic
Công thức
- CH2
- CH2 - CH3
- CH2 - CH2OH
- CH = CH2
- CH - COOH
- CH2 - CH2 -COOH
Ký hiệu
-
M
E
E - OH
V
A
P
CTCT của một số porphyrin:
Tùy theo nhóm thế mà có các loại porphyrin khác
nhau: Protoporporphyrin, coproporphyrin,
uroporphyrin,...
M
V
A
A
P
P
M
M
P
A
A
A
P
V
A
P
P
P
P
M
P
Protoporphyrin
M
P
A
Uroporphyrin III
Uroporphyrin I
M
P
A
M
P
E OH
P
M
M
M
M
M
M
P
P
P
P
E OH
P
M
Coproporphyrin I
P
M
Coproporphyrin III
P
M
Hematoporphyrin
2.2. Tính chất của porphyrin:
Đều có màu.
Có tính baz yếu do có N hóa trị III ở 2 vòng
pyrolen, đồng thời có tính Acid do có nhóm
- COOH ở mạch bên.
pHi ~ 3 - 4,5.
II. HEMOGLOBIN (Hb)
Hemoglobin (Huyết sắc tố) là 1 Cromoprotein có
màu đỏ ở trong HC ĐV cao cấp. Chính xác hơn
là 1 porphyrinoprotein, nhóm ngoại là HEM, phần
protein là GLOBIN.
HC người chứa ~ 32% là Hb, # 15-16 g/100 ml
máu.
Mỗi loài SV có 1 loại Hb khác nhau tùy thuộc
nhóm Globin, do vậy khi kết tinh, các Hb sẽ kết
tinh dưới dạng những tinh thể khác nhau tùy theo
mỗi loài ĐV.
1. Cấu tạo của Hemoglobin
Hb gồm 2 phần:
Phần protein thuần là GLOBIN
Phần nhóm ngoại là HEM
1.1. HEM:
Gồm nhân protoporphyrin gắn một nguyên tử Fe (II)
(Fe2+) bởi 4 LK giữa Fe2+ với 4 N của 4 vòng pyrol (trong
đó có 2 LK cộng hóa trị và 2 LK phối trí).
HEM bị OXH Hematin chứa Fe3+ (biến Fe(II) Fe(III)
Hematin có thể tách riêng dưới dạng muối clohydrat
HEMIN. Tinh thể HEMIN có màu tím có thể được tạo
bằng cách đun Hb với một hỗn hợp muối NaCl và acid
acetic.
Tinh thể HEMIN - ứng dụng trong pháp y để x/định
vết máu của người hay ĐV khác.
Khi Hem bị oxy hóa:
HEM
Fe+2
HEMATIN
Fe+3
N
N
Fe
N
HEMIN (tím)
(tinh thể Teichman)
N
N
Fe
OH
N
N
Cl
N
M
M
V
N
N
P
Fe
M
N
N
P
V
M
Hem
N
N
Fe
N
Fe
OH
N
N
Hematin
N
N
Cl
N
Hemin
Công thức của Hematin và Hemin
1.2. GLOBIN
Gồm 4 chuỗi polypeptid, trong đó có:
• 2 chuỗi α (mỗi chuỗi có 141 aa)
• 2 chuỗi β (mỗi chuỗi chứa 146 aa)
CT bán đ/vị là α2, β2. Toàn bộ ptử có 574 aa.
Có 4 bậc cấu trúc của Hb và đã phát hiện > 300 đột biến
là những dạng bệnh của ptử Hb (bệnh Hemoglobin).
Ex:
HbS: Hb chủ yếu của BN thiếu máu HC liềm.
HbA (adult Hb): Hb chủ yếu của người trưởng thành.
HbF (Fetal Hb): là Hb của bào thai.
HbC: Hb chủ yếu của BN bị thiếu máu HC hình bia.
1.2. GLOBIN
Thủy phân Hb bằng Trypsin thành những Peptid
P/tích cấu tạo của peptid 3 loại HbA, HbS và
HbC chỉ khác nhau ở một aa trong 1 loại chuỗi
pepid.
• HbS:
Glutamat ở vị trí 6 chuỗi β thay thế bằng Valin.
• HbC:
Glutamat ở vị trí 6 chuỗi β thay thế bằng Lysin.
1.2. GLOBIN
Hiện nay, ký hiệu Hb theo chuỗi polypeptid:
HbA
α A2
β A2
HbS
α A2
β A2
2 chuỗi α
2 chuỗi β
giống HbA của HbS
Có thể biểu thị rõ hơn bằng cách sau:
HbS
α A2
β26 val
HbC
α A2
β26 lys
1.3. Sự kết hợp HEM và GLOBIN
Mỗi chuỗi polypeptid của globin kết hợp với
1 HEM qua LK phối trí giữa Fe2+ của HEM và N
của nhân imidazol của Histidin tạo thành 1 bán
đvị của ptử Hb.
1 ngtử Fe trong 1 BĐV của Hb có 6 LK: 4 LK
với 4 N của 4 vòng pyrol (trong đó có 2 LK phối
trí), và 2 LK phối trí thứ 5 và 6 với N của Histidin.
Vị trí thứ 6 có thể bị chiếm bởi O2
(tạo thành oxyhemoglobin).
1 ptử Hb hoàn chỉnh
Hình cầu
Đ/kính 5,5 nm (55 Å)
PTL = 64.456
Gồm 4 bđv giống nhau từng đôi một, mỗi bdv gồm 1
chuỗi polypeptid kết hợp 1 HEM, về mặt không gian,
chuỗi Globin tự nó cuộn lại tạo thành 1 khe nhỏ chứa
Hem. Đây chính là vị trí gắn và nhả O2.
Có 4 vị trí gắn O2 trên toàn ptử Hb.
Tỉ lệ Fe trong Hb là 0,34 %.
