Bài giảng Hóa sinh - Chương 11: Hóa học Hemoglobin

Chương 11
Hóa học 
Hemoglobin
1
Nội dung
Đại cương
Hemoglobin (Hb)
2
1. ĐẠI CƯƠNG
Cromoprotein
Protein phức tạp có nhóm ngoại là chất 
màu
• Hemoglobin
• Myoglobin
• Chlorophyl
• Cytocrom
• Catalase
• Flavoprotein 
(riboflavin)
• Feritin (Fe)
• Homocyanin 
(Cu)
Cấu tạo hóa học
 Nhân cơ bản là 
porphin
• 4 vòng pyrol đánh số 
I, II, III, IV (chiều 
KĐH)
• 4 cầu nối methylen 
ký hiệu a, b, g, d
• Nhóm thế trên khung 
đánh số từ 1 đến 8
Porphyrin
Cấu tạo hóa học
 Porphyrin = nhân porphin + nhóm thế
• Methyl (M)
• Acetyl (A)
• Propionyl (P)
• Vinyl (V)
Porphyrin
Tính chất
 Có màu
 Độ tan phụ thuộc số lượng nhóm carboxyl
 Tạo phức với kim loại
 Tính kiềm yếu (N nhân pyrol) + tính acid (nhóm 
–COOH mạch nhánh). pHi ~ 3-4.5
Porphyrin
2. HEMOGLOBIN (HB)
Kí hiệu: Hb (huyết
sắc tố, huyết cầu
tố), màu đỏ
Hồng cầu người
chứa ~ 32% Hb 
(15g/100 ml máu
toàn phần)
Vai trò
 Vận chuyển O2, CO2
 hệ đệm quan trọng
Hb - Protein vận chuyển O2
Gồm 2 phần:
 Protein thuần: globin (apoprotein)
 Nhóm ngoại: hem (nhóm prosthetic)
Cấu tạo hóa học
Là hợp chất gồm có nhân protoporphyrin IX gắn 
với sắt hóa trị II (Fe2+)
Fe2+ nằm ở trung tâm nối với 4 nguyên tử N của 4
vòng pyrol qua 4 liên kết (2 lk CHT và 2 lk phối trí)
Hem
Fe2+ còn 2 lk phối trí thẳng góc mp phân tử, 
mỗi lk 1 phía
 Kết hợp globin
 Kết hợp O2/CO2
Hem
Hem bị oxi hóa thành hematin, khi đó Fe2+ biến 
thành Fe3+
Hematin kết tinh dạng muối tinh thể clohydrat đặc 
biệt (tinh thể Hemin hay Teichman).
Ứng dụng: xác định vết máu trong pháp y
Hem
Ở người trưởng thành, globin của Hb A gồm
4 chuỗi polypeptide có cấu trúc bậc I
 2 chuỗi α mỗi chuỗi có 141 aa
 2 chuỗi β mỗi chuỗi có 146 aa
 Các chuỗi gắn với nhau bằng tương tác không cộng hóa
trị tạo thành 2 dimer (αβ)1 và (αβ)2
Globin
Trong cấu trúc bậc II
 chuỗi α tạo nên 7 đoạn xoắn
 chuỗi β tạo nên 8 đoạn xoắn
 Mỗi đoạn xoắn từ 7 – 20 aa, ký hiệu A,B, C
Trong cấu trúc bậc III
 Các chuỗi α, β cuộn khúc tại đoạn aa không xoắn
 Mỗi chuỗi polypeptid xoắn và cuộn khúc + Hem = tiểu
đơn vị của Hb 
Về mặt không gian
 Globin tạo khe kỵ nước
 Hem vùi trong khe kỵ nước
 Tương tác bằng các lk:
• ion
• Hydro
• Lực Van der waals
Globin
Mỗi chuỗi polypeptide của globin kết hợp 1 
Hem qua 2 liên kết phối trí giữa Fe2+ của 
Hem với 2 N của nhân imidazol thuộc aa 
Histidin trong mỗi chuỗi globin một tiểu 
đơn vị
 His F8: his gần 
( kết hợp trực tiếp)
 His E7: his xa 
Cấu trúc của Hemoglobin
Globin quyết định đặc tính chủng loại của Hb
Các Globin khác nhau do
 thành phần và thứ tự sắp xếp của các aa khác 
nhau 
 làm thay đổi cấu trúc và tính chất của Hb
Các loại Hemoglobin
Hb bình thường
Hb G Phôi thai
Hb P Phôi thai
Hb F Bào thai và trẻ sơ sinh
Hb A Người trưởng thành
Hb A2 2,5% tổng số Hb ở người trưởng thành
Các loại Hemoglobin
Khác nhau về thành phần aa ở đoạn xoắn F của globin
Chuỗi 
polypetid/Hb
Vị trí xoắn
F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9
Hb A (b)
Hb A2 (d)
Hb F (g)
Phe
Phe
Phe
Ala
Ser
Phe
Thr
Gln
Gln
Leu
Leu
Leu
Ser
Ser
Ser
Glu
Glu
Glu
Leu
Leu
Leu
His
His
His
Cys
Cys
Cys
Hemoglobin bất thường 
 Sự thay đổi thành phần và thứ tự của các aa 
trong phân tử Globin
 Thay đổi độ tan và độ bền vững của Hb
 Ảnh hưởng đến ái lực của Hb đối với oxy cũng 
như sự vận chuyển oxy đến các tổ chức
Hb bất thường gây bệnh lý
Các loại Hemoglobin
 Glu ở vị trí 6 của chuỗi β được 
thay bằng val, HC có dạng lưỡi 
liềm
 HC bị phá hủy gây thiếu máu tiêu 
huyết mãn tính, đau kéo dài, đột 
quỵ, suy thận
 Chẩn đoán: điện di, Hb S chuyển 
dịch về anod chậm hơn HbA
HbS
Glu ở vị trí 6 của chuỗi β được thay bằng lysin
Hồng cầu có hình bia
HbC
Fe luôn ở trạng thái Fe3+ tạo methemoglobin 
máu
không chữa được bằng thuốc
Hb M
α-Thalassemia
 bất thường/tổng hợp chuỗi polypeptid α tạo Hb Bart và 
Hb H
 Gây bệnh thiếu máu hồng cầu nhỏ nhược sắc
β-Thalassemia
 Đột biến/tổng hợp chuỗi β gây bệnh thiếu máu huyết giải
 Xảy ra chủ yếu ở vùng Địa Trung Hải
Thalassemia
Hb bất thường (Hb bệnh lý)
HbS (α2
Aβ2
S) Hồng cầu có dạng lưỡi liềm
HbC (α2
Aβ2
C) Gây thiếu máu huyết giải nhẹ
HbM Hiện tượng tạo methemoglobin máu do 
Fe luôn ở trạng thái Fe3+
Thalassemia
•Bệnh α-
thalassemia
•Bệnh β-
thalassemia
Bệnh thiếu máu huyết giải do di truyền
xảy ra vì có sự mất cân bằng trong tổng
hợp các chuỗi polypeptide của globin
•Do bất thường trong tổng hợp chuỗi
polypeptide α
•Do có những đột biến trong tổng hợp
chuỗi β
Các loại Hemoglobin
Kết hợp với O2
Kết hợp với CO2
Kết hợp CO
Sự oxy hóa Hb
Tính chất enzyme của Hb
Tính chất của hemoglobin
Cơ chế kết hợp
 Đây là PƯ gắn oxy hay 
sự oxygen hóa, không
phải PƯ oxh vì ion sắt 
vẫn còn hóa trị 2
 Lk phối trí giữa His E7 và 
Fe2+ bị đứt, 1 phân tử O2
sẽ thế chỗ His E7 để gắn 
với Fe2+
 1 phân tử Hb gắn được 4 
phân tử O2
Kết hợp với O2
Hb + O2 ↔ HbO2
Hemoglobin oxyhemoglobin
Đường cong bão hòa oxy
Kết hợp với O2
Cấu hình không gắn oxy 
(Deoxyhemoglobin)
 Dạng “căng” hay (Tense)
 Có ái lực yếu đối với oxy
 Dimer αβ tương tác với nhau 
qua hệ thống lk hydro và ion
 Bền vững nhờ sự hình thành 
các cầu muối giữa các chuỗi
Cấu hình gắn oxy 
(Oxyhemoglobin)
 Dạng “dãn” hay (Relax)
 Có ái lực mạnh đối với oxy
 Liên kết hydro và ion giữa 
các dimer bị cắt đứt, các cầu
muối bị phá vỡ, các chuỗi 
polypeptid di chuyển tự do
hơn
Deoxyhemoglobin- Oxyhemoglobin
cấu hình không gắn oxy – trạng thái T
cấu hình gắn oxy – trạng thái R
Deoxyhemoglobin- Oxyhemoglobin
Tương tác hem-hem
 Các tiểu đơn vị có tác động cộng lực: sự kết 
hợp của 1 phân tử oxy với Hem đầu tiên sẽ làm 
tăng ái lực của oxy với các Hem còn lại
Phân áp của O2 (pO2)
 Ở phổi: pO2 cao, PƯ theo chiều thuận tạo HbO2
theo máu đến mô (khoảng 97%-98% Hb được
bão hòa O2)
 Ở mô: pO2 thấp, PƯ theo chiều nghịch, HbO2 bị 
phân ly nhả O2 để cung cấp cho các mô
 Hb đóng vai trò vận chuyển O2 từ phổi đến các 
tổ chức
Các YTAH sự kết hợp giữa Hb với O2
Sự thay đổi của pH – hiệu ứng Bohr
 Khi pH của máu giảm hay khi phân áp CO2 (pCO2) tăng, 
khả năng kết hợp với oxy của Hb giảm
Các YTAH sự kết hợp giữa Hb với O2
Chất điều hòa 2,3-BPG 
(2,3-biphosphoglycerat)
 Sản phẩm trung gian của 
quá trình thoái hóa glucid
 Có khả năng kết hợp và làm 
bền vững cấu hình T của
phân tử deoxyhemoglobin, 
giảm khả năng kết hợp với
oxy, kích thích giải phóng 
oxy ở các tổ chức
 Vị trí kết hợp: khe hở giữa 2 
chuỗi β, trung tâm phân tử
deoxyhemoglobin
Các YTAH sự kết hợp giữa Hb với O2
Kết hợp trực tiếp
 Qua nhóm -NH2 tự do của 4 chuỗi polypeptid tạo dẫn 
xuất carbaminohemoglobin (Carbohemoglobin)
 Ở mô: pCO2 cao (46mmHg) PƯ theo chiều thuận, 
carbohemoglobin được tạo thành theo máu đến phổi
 Ở phổi: pCO2 thấp (36mmHg) PƯ theo chiều nghịch, 
phân ly giải phóng CO2 và đào thải ra ngoài theo đường 
hô hấp
Kết hợp với carbon dioxyd (CO2)
Kết hợp gián tiếp
 Ở mô:
• H+ được tạo thành từ CO2
• H+ kết hợp với Hb vừa phóng 
thích 4 phân tử oxy để tạo
thành HHb+ theo máu về phổi
• Sự tạo H+, giảm pH máu, nồng 
độ cao CO2 thúc đẩy phóng 
thích oxy và kết hợp với CO2 tại 
mô
 Ở phổi:
• oxy gắn vào deoxy Hb sẽ đẩy
H+ ra khỏi Hb
• H+ kết hợp với bicarbonat giải 
phóng CO2 đào thải ra ngoài
theo đường hô hấp
 Vai trò: vận chuyển CO2 và 
H+ từ tổ chức đến phổi để 
đào thải ra ngoài
Kết hợp với carbon dioxyd (CO2)
Tạo thành carboxyhemoglobin (HbCO) rất 
bền vững, không còn khả năng vận chuyển 
oxygen
Hb + CO → HbCO
CO gắn vào Hb tại vị trí giống oxy, ái lực với
Hb mạnh hơn oxy gấp 220 lần nên dễ dàng
đẩy oxy ra khỏi HbO2
HbO2 + CO ↔ HbCO + O2
HbCO gây ngộ độc nặng
Điều trị: hỗn hợp khí carbogen (95% O2 + 
5% CO2)
Sự kết hợp với carbon monoxyd (CO)
Các chất oxy hóa (nitrit, nitrate, clorate, 
ferricanid, nitrobenzen, polyphenol) có thể 
oxy hóa Fe2+ của Hb thành Fe3+ tạo thành 
methemoglobin (M-Hb) và giải phóng điện tử
M-Hb không có khả năng gắn với O2 nên 
không có chức năng hô hấp
Hb ↔ M-Hb + e-
Sự oxy hóa hemoglobin
Tính chất của peroxidase
 Ứng dụng: tìm máu trong nước tiểu và phân
Tính chất của Catalase
Tính chất đệm
Hb là hệ đệm trong máu quan trọng thứ 2 sau
hệ đệm bicarbonate
Tính chất enzyme của hemoglobin
H2O2 + AH2 → 2H2O + A
Hb hay peroxydase
2H2O2 → 2H2O + O2
Hb hay catalase
Cấu trúc: 1 chuỗi globin và hem
Trong cytosol của tế bào mô cơ
Mb liên kết với O2 được giải phóng từ Hb
Myoglobin (Mb) – protein dự trữ O2
THANK YOU!
L.O.G.O
39