Phân biệt các bậc cấu trúc của phân tử Hemoglobin. Bậc cấu trúc nào của phân tử protein đóng vai trò quyết định các bậc cấu trúc còn lại

Hemoglobin là gì?

Hemoglobin (Hb) là một protein phức tạp có chứa phân tử sắt bên trong. Huyết sắc tố này được tìm thấy trong hồng cầu với chức năng chính là mang oxy từ phổi đến các mô khắp cơ thể. Đồng thời nó cũng tiến hành trao đổi oxy và lấy carbon dioxide thải từ các quá trình chuyển hóa trở lại phổi rồi thải ra ngoài.

Cấu tạo của Hemoglobin

Mỗi phân tử hemoglobin có thể mang 4 phân tử oxy. Các phân tử sắt trong huyết sắc tố này sẽ có tác dụng duy trì hồng có dạng như cái đĩa và dễ dàng di chuyển qua từng mạch máu. Ngoài ra, hemoglobin còn giúp duy trì sự ổn định cho nồng độ pH máu trong cơ thể con người.

a. Cấu tạo

Mỗi phân tử hemoglobin bao gồm bốn tiểu đơn vị, mỗi tiểu đơn vị có một nhóm heme và một chuỗi globin (hemoglobin = heme + globin)

Heme:

Là một sắc tố chứa sắt hoá trị (+2), chiếm 4% trọng lượng của huyết sắc tố.

Hem có cấu trúc là một vòng porphyrin có 4 nhân pyrol liên kết với ion Fe++ (hình).

Globin:

Là một chuỗi polypeptid (một chuỗi nhiều acid amin liên kết với nhau giữa các nhóm COOH và NH₂), đó là một protein, được tổng hợp dựa trên khuôn mẫu gen globin. Có nhiều loại globin thuộc hai họ (họ α và họ không α). Mỗi loại có số lượng và trình tự acid amin đặc trưng, các chuỗi thuộc họ α là: α và zeta, mỗi chuỗi có 141 acid amin, có cấu trúc gần giống nhau.

Các chuỗi thuộc họ không α là: β, γ, δ, ε, mỗi chuỗi có 146 acid amin. Các chuỗi α và không α này không phải có hình dạng bất kỳ mà cấu tạo đặc trưng để tạo nên hình khối, trong đó chứa hem, phân tích chi tiết có các mức độ cấu trúc của từng chuỗi.

Trong phân tử Hb: globin chiếm 94%, 4 HEM chiếm 6% trong đó sắt chiếm 0,34%

Phân biệt các bậc cấu trúc của phân tử hemoglobin. Bậc cấu trúc nào của phân tử protein đóng vai trò quyết định các bậc cấu trúc còn lại?

Dựa vào hình dạng, cấu tạo của các bậc cấu trúc.

- Cấu trúc các bậc của phân tử hemoglobin:

+ Bậc 1: là trình tự sắp xếp các amino acid trong chuỗi polypeptide và liên kết bằng liên kết peptide, cấu trúc mạch thẳng

+ Bậc 2: Dạng xoắn hoặc gấp nếp cục bộ trong không gian của chuỗi polypeptide nhờ các liên kết hydrogen giữa các nguyên tử H và N của các liên kết peptide.

+ Bậc 3: dạng cuộn xoắn lại trong không gian toàn chuỗi polypeptide nhờ liên kết disulfile giữa hai gốc cysteine ở xa nhau trong chuỗi và các liên kết yếu như tương tác kị nước, liên kết hydrogen, liên kết ion giữa các gốc R

+ Bậc 4: Cấu trúc không gian ba chiều, các chuỗi polypeptide tương tác với nhau.

- Cấu trúc bậc 2 đóng vai trò quyết định các bậc cấu trúc còn lại.

Chức năng của Hb

- Vận chuyển O₂:

+ Hb vận chuyển toàn bộ oxy từ phổi đến tổ chức theo phương trình:

            Hb + O₂ ↔ HbO₂

+ Phản ứngthuận nghịch, chiều phụ thuộc chủ yếu vào phân áp oxy:

+ Ở phổi, phân áp oxy cao, phản ứng xảy ra theo chiều thuận: 1 phân tử Hb kết hợp với 4 phân tử oxy -> HbO₂, oxy gắn lỏng lẻo với Fe₂₊ mà ko làm thay đổi hóa trị của sắt

+ Ở mô, phân áp oxy thấp, phản ứng xảy ra theo chiều nghịch, HbO₂ phân ly -> O₂ + Hb, cung cấp oxy cho tế bào sử dụng

+ 100 ml máu có 15g Hb, 1g Hb kết hợp tối đa với 1,34 ml oxy => 100 ml máu có thể vận chuyển tối đa 20 ml oxy

+ Ngoài ra chiều phản ứng trên còn phụ thuộc vào: phân áp CO₂ máu ↑, pH máu ↓, nồng độ men 2.3 DPG trong hồng cầu ↑, thân nhiệt ↑ => tăng phân ly HbO₂

+ Chức năng vận chuyển oxy của Hb có thể giảm hoặc mất trong các trường hợp:

1 số tác nhân oxy mạnh như sulfamid… oxy hóa Fe₂₊ -> Fe₃₊, Hb -> metHb: không có khả năng vận chuyển oxy

Ngộ độc CO: Hb + CO → HbCO. Hb có ái lực với CO rất cao, gấp 200 lần so với oxy -> khi Hb kết hợp với CO thì Hb ko còn khả năng vận chuyển oxy

- Vận chuyển CO₂:

+ Hb vận chuyển 20% CO₂ từ mô về phổi theo phươmg trình:

            Hb-NH₂ + CO₂ ↔ Hb-NH-COOH

+ CO₂ gắn vào nhóm –NH2 của globin -> carbaminhemoglobin

+ Phản ứng thuận nghịch, chiều phụ thuộc chủ yếu vào phân áp CO₂

+ Ở mô, phân áp CO2 cao, phản ứng xảy ra theo chiều thuận -> máu nhận CO_­2

+ Ở phổi, phân áp CO2 thấp, phản ứng xảy ra theo chiều nghịch -> máu nhả CO₂

- Duy trì pH máu:

+ Hb tham gia điều hòa thăng bằng A=B thông qua các hệ đệm: HHb/KHb và HHbCO₂/KHbCO₂

+ Cơ chế:

HCl + KHbCO₂ → KCl + HHbCO₂ (nhiễm toan)

KOH + HHbCO₂ → KHbCO₂ + H₂O (nhiễm kiềm)

+ Ở mao mạch phổi, PO₂ cao → HHbCO2 phân ly → H⁺ + CO₂. H⁺ + HCO_3- → H₂CO₃ → H₂O + CO₂, CO₂ khuếch tán từ mao mạch phổi → phế nang → thải ra ngoài nhờ động tác thở ra. Hb gắn với O₂ và K+ → KHbO₂ theo máu đến tổ chức

+ Ở tổ chức, PO₂ thấp và PCO₂ cao → KHbO₂ phân ly → K⁺ + O₂, O₂ khuếch tán vào tổ chức. CO₂ từ tổ chức khuếch tán vào máu + H2O (dưới tác dụng của men AC) → H₂CO₃, H₂CO₃ phân ly → H⁺ + HCO3-sau đó Hb + H⁺ + CO₂ → HHbCO₂ theo máu TM về tim → tới phổi

+ Ở tổ chức, Hb đóng vai trò như 1 chất kiềm phòng ngừa sự acid hóa máu do CO₂ và H⁺ thâm nhập. Ở phổi, Hb đóng vai trò như 1 acid yếu ngăn ngừa sự kiềm hóa máu sau khi thải CO₂

+ 1 phần lớn tác dụng đệm của Hb là do nhân imidazol của histidin trong phần globin:

=> Khi H⁺ trong môi trường tăng, cân bằng phản ứng chuyển dịch theo chiều thuận từ trái sang phải  -> làm H⁺ giảm, pH thay đổi rất ít.