Đề tài Hemoglobin và myoglobin

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC .....˜ & ™..... TIỂU LUẬN HÓA SINH THỰC PHẨM Đề tài: HEMOGLOBIN VÀ MYOGLOBIN GVHD : TS. TRẦN BÍCH LAM NHÓM THỰC HIỆN: HUỲNH HOÀNG DUY 60800300 LÊ TRẦN TRUNG 60802379 PHAN BẢO DUNG 60800288 TRẦN CAO DÂN 60800272 ĐINH THỊ TÚ UYÊN 60802571 TÔ THANH LOAN 60801123 Mục Lục CHƯƠNG Tài liệu tham khảo Chương I : Hemoglobin I.1 Cấu tạo : Hemoglobin là huyết cầu tố ( Hb) một cromoprotein có màu đỏ trong hồng cầu động vật bậc cao. Hemoglobin cấu tạo gồm hai phần : phần protein thuần : globin phần nhóm ngoại hem Hình 1.1 cấu trúc bậc bốn của hemoglobin I.1.1 Hem : Hình 1.2 Protopocphirin IX (1,3,5,8- tetrametyl-2,4-divinyl-6,7-dipropionicpocphirin) Được tạo thành từ protoporphyrin IX gắn với một nguyên tử Fe hóa trị hai ( Fe2+ ) bởi bốn liên kết với 4 nito của bốn vòng piron. Nhóm hem bị oxy hóa thành hemantin Fe2+ thành Fe3+ vòng protopocphirin : được cấu tạo từ bốn vòng piron nối với nhau qua cầu meten tạo thành vòng tetrapiron. 4 nhóm metyl, 2 nhóm vinyl và 2 nhóm propionat có thể gắn vào 15 vị trí khác nhau của vòng protopocphirin I.1.2 Globin : ở người trưởng thành gồm 4 chuổi polypeptide trong đó có hai chuỗi α mỗi chuỗi gồm 141 acid amin hai chuỗi β mỗi chuổi gồm 146 acid amin Toàn bộ phân tử Hb chứa 574 acid amin. Cấu trúc bậc 2 của hemoglobin các chuỗi α và β có hơn 70% acid amin tạo nên tạo nên 7 chuỗi xoắn α và 8 chuỗi xoắn β có chiều dài từ 7 đến 20 acid amin .Trong cấu trúc bậc 3 Hb các chuỗi α và β cuộn khúc tại những điểm acid amin không xoắn giống cấu trúc bậc 3 của myoglobin .Mỗi một chuỗi polypeptide xoắn kết hợp với một Hem tạo thành phân tử Hemoglobin có cấu trúc bậc bốn Cấu trúc bậc 2 và bậc 3 của hemoglobin Hình I . Mô hình 1chuỗi β của Hb * Sự tổng hợp globin Hình 7: 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) Hemoglobin Gower II (a2e2) Thai : HbF (a2g2), HbA (a2b2) Người lớn : HbA, HbA2 ( a2d2), HbF. tuỷ xương Lách Gan Túi noãn hoàn Hb A Hb A2 Hb F Cấu trúc A2b2 A2d2 A2g2 % 95-97% 2-3.5% 1-2% Bảng thành phần hemoglobin của người lớn I.1.3. Sự kết hợp của Hem và Globin mỗi chuỗi polypeptide của Globin kết hợp với một Hem qua hai liên kết phối trí giữa Fe2+ của hem với N của nhân Imidazol thuộc acid amin histidin E7 với N của nhân Imidazol thuộc acid amin F8 trong chuỗi polypeptide biểu diễn Hem trên một mặt phẳng thì hai liêu kết phối trí giữa Fe2+ với globin nằm về hai phía mặt phẳng Phân tử Hb hoàn chỉnh là một protein hình cầu có đường kính khoảng 55A0 phân tử lượng 64454.Hb gồm 4 đơn vị giống nhau từng đôi một liên kết với nhau bằng liên kết phi đồng hóa trị, mỗi bán đơn vị gồm một chuỗi polypeptide của globin liên kết với một hem là vị trí nhả và gắn oxy.Tỷ lệ sắt trong hemoglobin là 0,34% I.2 Tính chất của hemoglobin : I.2.1 Kết hợp thuận nghịch với oxy tạo oxyhemoglobin Hb + O2 = HbO2 Đỏ thẫm Đỏ tươi Sự kết hợp và phân ly giữa O2 và Hb được xác định bởi phân áp oxygen ở môi trường chung quanh Hb. Ở phổi: phân áp O2 cao ® 95-98% Hb kết hợp oxy ® theo máu đến mô. Ở mô: phân áp O2 thấp (40mmHg) phản ứng xảy ra theo chiều nghịch, HbO2 phân ly, nhả O2 cho mô ®chức năng của Hb trong hô hấp. Đường cong phân ly oxy –hemoglobin: Sự kết hợp và phân ly giữa O2 và Hb được xác định bởi phân áp oxy (pO2) Có dạng Sigma Việc gắn oxy vào hem thứ nhất làm dễ dàng gắn oxy vào hem thứ 2 P 50 (phân áp O2 cần thiết để 50% Hb bão hòa với O2) 26.8mmHg Đường cong phân ly oxy hemoglobin * 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 Þ 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. Þ PO2 mô ổn định. Þ 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 Nồng độ ion H+ (pH) CO2 trong hồng cầu Cấu trúc của Hb… Lệch phải (dể nhả oxy) 2,3-DPG cao H+ cao CO2 cao Hb Hình 1.3 oxy-deoxy hemoglobin Lệch trái (dể gắn oxy) 2,3-DPG thấp Hình 1.4 Liên kết của oxy trong hemoglobin Hình 1.5 Oxy và deoxy hemoglobin trong không gian I.2.2 Kết hợp với cacbodioxyll tạo thành cacbonyl hemoglobin CO2: Sản phẩm chuyển hóa ở các mô®thải ra ngoài Máu TM: 50-60ml CO2/100ml máu Máu ĐM: 50-53ml CO2/100ml máu. Ở PO2 = 40mmHg, 37 o C, chỉ 2,9ml CO2 hòa tan ® phải vận chuyển bằng nhiều cách. 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) P/ư xảy ra ® hoặc ¬ tùy thuộc PCO2 * 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: CO2 + H2O H2CO3 « H+ + HCO-3 CA ( carbonic anhydrase) H+ gắn vào His (146) tận cùng chuỗi b của Hb tự do (vừa giải phóng O2) tạo Hb2H+ ® đến phổi: H+ được giảI phóng + HCO3- Þ H2CO3 H2CO3 H2O + CO2­ CA I.2.3 Kết hợp với cacbonmonoxyl tạo cacbonmonoxyl hemoglobin ( COHb) tạo carbon monoxyd Hb (HbCO) rất bền vững. CO có ái lực với Hb gấp 210 lần so với oxy CO có thể đẩy O2 ra khỏi HbO2 Hb + CO HbCO HbO2 + CO HbCO + O2 Trong trường hợp ngộ độc CO, người ta phải giữ tốt khí cho bệnh nhân Nói tóm lại : Hemoglobin có khả năng kết hợp với CO, CO2 H+ ở ba trung tâm khác nhau tương tác của các trung tâm này được truyền bằng những thay đổi dạng không gian của phân tử protein gọi là tương tác alosterit I.2.4.Oxy hóa Hb tạo Methemoglobin (MetHb): chất oxy hóa Hb MetHb + e- (Fe+2) (Fe+3) nitrit, clorat, ferricyanua… I.2.5.Tính chất enzym: Hb có tính chất của một oxydoreductase xúc tác phản ứng oxi hóa khử Tính chất của một peroxydase: H2O2 + AH2 2H2O + A Hb Tính chất của một catalase: H2O2 2H2O + O2. I.3 Chức năng sinh học của hemoglobin Vận chuyển oxy đến mô Phản ứng giữa Hb & oxygen: Sự gắn oxy – không phải phản ứng oxy hóa. Một Hb có thể gắn 4 phân tử O2. Sự gắn oxy đòi hỏi ít hơn 0.01 giây. Chịu ảnh hưởng của một số chất: 2,3-DPG (2,3-Diphosphoglycerate)… Chương II : MYOGLOBIN II.1 Cấu tạo : Hình 2.1 cấu trúc không gian của Myoglobin Myoglobin là protein có cấu trúc bậc 3 điển hình, sắc tố chủ yếu của cơ thịt động vật Khối lượng phân tử trung bình 16,700 daltons Một phân tử Myoglobin chỉ gồm một đơn vị, không phải là bốn đơn vị như Hemoglobin. Phân tử Globin của Myoglobin do 153 gốc acid amin tạo nên, trong đó 121 gốc tham gia vào cấu trúc xoắn a, gồm 8 phần, mỗi phần chứa từ 7-26 gốc. Nhóm heme (sắt chứa porphyrin) nhóm phận giả ở trung tâm quanh đó gấp apoprotein còn lại. Nó có tám helices alpha và lõi một hydrophobic. Myoglobin chứa một vòng porphyrin với một trung tâm sắt. Có một nhóm histidine proximal gắn trực tiếp đến trung tâm sắt, và một nhóm histidine ngoại biên trên mặt đối diện, không phải ngoại quan đến sắt. Nó phục vụ ba chức năng: Để hình thành liên kết hydro với các phân nưa dioxygen, tăng O 2 ràng buộc không đổi Để ngăn chặn sự ràng buộc của khí carbon monoxide, cho dù có hoặc không có từ bên trong cơ thể. Carbon monoxide liên kết với sắt trong một ngày cuối thời trang, và là cản trở bởi sự hiện diện của các histidine ngoại biên, mà lực lượng nó thành một conformation cong. CO liên kết với heme 23.000 lần tốt hơn so với O 2, nhưng chỉ có 200 lần tốt hơn trong hemoglobin và myoglobin. Oxy gắn trong một thời trang bị cong, mà có thể phù hợp với histidine ngoại biên. [12] 3. Để ngăn chặn dimerization không thể đảo ngược của oxymyoglobin với một loài deoxymyoglobin Hình 2.2 Liên kết của nhóm hem trong myoglobin 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 nằm ở phía kia của vòng sẽ liên kết với oxygen II.2 Chức năng của myoglobin : có hai chức năng chính chuyên chở dưỡng khí (từ hồng huyết cầu vào nội bào mitochondria) Xúc tác vớt vác NO dự trữ dưỡng khí cho mô thịt Myoglobin cũng có một chức năng gián tiếp trong trường hợp thương tổn bắp thịt. Myoglobin thoát ra khỏi mô thịt bị thương tổn và lọc vào trong nước tiểu làm nước tiểu có màu hồng Có tác dụng là một kho dự trữ khí myoglobin gắn chặt với oxy hơn hemoglobin nó chỉ phóng thích oxy khi nồng độ xuống thấp nên thích hợp hơn hemoglobin trong quá trình dự trữ khí cho cơ thể II.3 Tính chất của myoglobin Desoxymyoglobin Fe2+(ñoû tía) Metmyoglobin Fe3+(maøu naâu) Oxymyoglobin Fe2+(ñoû töôi) phản ứng cộng oxy Oxy hoá Oxy hoá Khử Khử Desoxymioglobin là sắc tố bẩm sinh của thịt làm cho thịt có màu đỏ tía, trong đó Fe có hóa trị II. Myoglobin (Mb) khi mang oxy tạo thành Oxymyoglobin (MbO2) có màu đỏ rực. MbO2 là chất dự trữ oxy cho cơ, trong đó Fe có hóa trị II. Màu của MbO2 có thể nhận thấy rõ trên bề mặt thịt tươi. Mb và MbO2 khi bị oxy hóa thì Fe2+ chuyển thành Fe3+ tạo nên Metmyoglobin (MMb) có màu nâu. Khi nguyên tử Fe ở trạng thái Fe3+ thì phân tử Mb không có khả năng kết hợp với oxy nữa. Mb2+ hoaëc MbO2 Ferrohemochrom ferrihemochrom Nitrosomyoglobin Nitrosoferrohemochrom Fe3+, Globin bieán tính,maøu naâu (thòt chín) Fe2+, Globin khoâng bieán tính, maøu ñoû (öôùp muoái) Fe2+, Globin bieán tính, maøu ñoû hoàng (öôùp muoái) Fe2+, Globin bieán tính, maøu hoàng (caù thu hoäp, thòt heo) Nitrit hoặc nitrat + nhiệt Nhiệt &à điều kiện khử Oxy hóa II.3 Biến tính của Myoglobin trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm : Lượng Mb thay đổi tùy từng loại mô, từng loài, độ tuổi, giới tính dẫn đến màu sắc thịt cũng thay đổi theo. Độ tuổi càng cao thì lượng Mb càng nhiều nên thịt của con vật già có màu đậm hơn của con vật non. Ở những cơ vận động thì nhiều Mb hơn các cơ khác. Sự ảnh hưởng của lượng Mb đến màu sắc của thịt được thể hiện trong bảng 1 (a,b,c). a.theo loài Loài Lượng Myoglobin(mg/g) Màu Thịt heo 2 Hồng Thịt cừu 6 Đỏ nhạt Thịt bò 8 Đỏ anh đào b.theo loại cơ Loại cơ Lượng myoglobin Cơ vận động 12 mg/g Cơ trụ đỡ 6 mg/g c.theo tuổi Loài (theo tuổi) Lượng myoglobin(mg/g) Thịt bê 2 Thịt bê (non) 4 Thịt bò (non) 8 Thịt bò (già) 18 Tài liệu tham khảo : Hóa sinh công nghiệp . Lê Ngọc Tú ( chủ biên ) Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội Hóa sinh y dược