Huyết sắc tố (hemoglobin) là gì? Các bệnh lý huyết sắc tố thường gặp

Quản trị

22/08/2018

0 Comments

Hemoglobin (Hb) hay còn gọi là huyết sắc tố, bản chất là một protein màu (chromoprotein) vận chuyển oxi, có màu đỏ ở trong hồng cầu của động vật bậc cao.

Bài viết chuyên sâu này sẽ giải thích kĩ càng cấu tạo và vai trò của hemoglobin (huyết sắc tố) với sức khỏe, cũng như các bệnh về huyết sắc tố thường gặp nhất. 

 

1. Định nghĩa, cấu trúc phân tử Hemoglobin

Hemoglobin (Hb) hay còn gọi là huyết sắc tố, bản chất là một protein màu (chromoprotein) vận chuyển oxi, có màu đỏ, ở trong hồng cầu của động vật bậc cao.

a. Hồng cầu của người chứa khoảng 32% huyết sắc tố tương ứng:

+ Nam: 14-18g/dL máu toàn phần.

+ Nữ: 12-16g/dL máu toàn phần.

b. Cấu trúc của mỗi phân tử hemoglobin gồm 2 thành phần là nhân heme và globin.

– Heme là 1 sắc tố màu đỏ, mỗi heme gồm 1 vòng Porphyrin và 1 ion Fe2+ ở chính giữa liên kết bằng 2 nối cộng hóa trị và 2 nối phối trí. Một phân tử hemoglobin có 4 hem chiếm 5% trọng lượng.

– Globin: Thực chất là một chuỗi polypeptid là một chuỗi nhiều acid amin liên kết với nhau giữa các nhóm COOH và NH2, là một protein được tổng hợp dựa trên khuôn mẫu gen globin.

Có nhiều loại globin thuộc hai họ: α và không α. Mỗi loại có số lượng và trình tự acid amin đặc trưng. Có 4 chuỗi polypeptid giống nhau từng đôi một:

– Các chuỗi thuộc họ α là: bao gồm 2 chuỗi α và zeta. Mỗi chuỗi α và zeta có 141 acid amin, có cấu trúc gần giống nhau.

Hemoglobin (Hb) hay còn gọi là huyết sắc tố, bản chất là một protein màu (chromoprotein) vận chuyển oxi, có màu đỏ ở trong hồng cầu của động vật bậc cao.

Hemoglobin (Hb) hay còn gọi là huyết sắc tố, bản chất là một protein màu (chromoprotein) vận chuyển oxi, có màu đỏ ở trong hồng cầu của động vật bậc cao.

– Các chuỗi thuộc họ không α bao gồm 4 chuỗi: β, γ, δ, ε. Mỗi chuỗi có 146 acid amin. Các chuỗi α và không α này không phải chuỗi sẽ có hình dạng bất kỳ mà có cấu tạo đặc trưng để tạo nên hình khối, trong đó chứa hem. Chi tiết các mức độ cấu trúc của từng chuỗi như sau:

+ Cấu trúc bậc 1: bản chất là trình tự các acid amin trong chuỗi như trên đã nói, trình tự này là đặc trưng cho từng loại chuỗi polypeptid. Các acid amin liên kết vối nhau bằng liên kết peptid. Công thức H2N – COOH (141 aa)

+ Cấu trúc bậc 2: là sự xoắn vòng của chuỗi bậc 1 do các liên kết bằng cầu nối hydro giữa các acid amin đặc trưng, nằm không cạnh nhau.

Chỉ cần 1 sự thay đổi nhỏ trong trình tự liên kết các acid amin bậc 1 cũng có thể làm thay đổi cấu trúc các liên kết acid amin bậc 2.

+ Cấu trúc bậc 3: là sự gấp khúc chuỗi globin đã xoắn. Bình thường sau khi xoắn, xcác acid amin trong chuỗi ở các vị trí đặc trưng lại có các liên kết tạo nên sự gấp khúc thành các đoạn, không ở trên cùng một mặt phẳng, và tạo ra hối không phân cực để chứa hem, đặc biệt phụ thuộc vào tính chất của các nhóm R trong mạch polypeptit.

+ Cấu trúc bậc 4, tạo phân tử huyết sắc tố: 4 đơn vị (monomere) kết hợp với nhau tạo thành một đại phân tử (tetramere) huyết sắc tố. Mỗi đơn vị là một chuỗi globin + nhân hem, các chuỗi kết hợp với nhau theo nguyên tắc giống nhau từng đôi một, trong đó 1 đôi thuộc họ α và 1 đôi còn lại thuộc họ không α. Là sự tương tác về cấu trúc không gian, hai chuỗi giống nhau được xếp đối xứng nhau, 4 chuỗi tạo nên phân tử tựa hình cầu.

2. Các loại hemoglobin

Có nhiều loại hemoglobin: ở người, hemoglobin A (dạng chính của hemoglobin) được mã hóa bởi các gen, HBA1, HBA2 và HBB. Các chuỗi amino acid của các protein globin trong hemoglobin thường khác nhau giữa các loài. Những khác biệt này phát triển với khoảng cách tiến hóa giữa các loài. Ví dụ, các chuỗi hemoglobin phổ biến nhất ở người và tinh tinh gần như giống hệt nhau, khác nhau chỉ bằng một axit amin trong cả chuỗi alpha và beta globin protein.

Có nhiều loại hemoglobin: ở người, hemoglobin A (dạng chính của hemoglobin) được mã hóa bởi các gen, HBA1, HBA2 và HBB.

Có nhiều loại hemoglobin: ở người, hemoglobin A (dạng chính của hemoglobin) được mã hóa bởi các gen, HBA1, HBA2 và HBB.

Quá trình tổng hợp globin bắt đầu từ tuần thứ 2-3 phôi thai, chia làm 3 giai đoạn sau:

– Giai đoạn phôi: Hemoglobin Gower I, Hemoglobin Portland, Hemoglobin Gower II.

– Giai đoạn thai: HbF, HbA, gần sinh-HbA2.

– Giai đoạn sau sinh: HbA, HbA2, HbF.

Các huyết sắc tố bình thường là HbA, HbA2, HbF. Cho tới nay người ta phát hiện được ngày càng nhiều loại huyết sắc tố bất thường (> 700 loại) như HbH, Hb Bart’s, HbE, HbS, HbC, HbD, HbI,…

Tỉ lệ huyết sắc tố ở người trưởng thành:

Bảng tỉ lệ huyết sắc tố ở người trưởng thành.

Bảng tỉ lệ huyết sắc tố ở người trưởng thành.

3. Quá trình tổng hợp và thoái hóa hemoglobin

a. Tổng hợp hemoglobin

Gồm 2 quá trình:

– Sinh tổng hợp protein globin

– Tổng hợp heme sắt + protophyrin

Sự tổng hợp Hemoglobin bắt đầu từ giai đoạn tiền nguyên hồng cầu đến tận cùng giai đoạn hồng cầu lưới.

– Các giai đoạn:

2 succinyl CoA + 2 glycin –> pyrrol

4 pyrrol –> protoporphyrin IX

Protoporphyrin IX + Fc –> hem

Hem + polypeptid chuỗi hemoglobin (anpha hoặc beta).

2 chuỗi anpha + 2 chuỗi beta —> HbA

  • Tổng hợp hem: Hem = Protoporphyrin IX + Fe2+

Xảy ra ở gan, tủy xương, ty thể và bào tương tế bào qua 8 bước theo sơ đồ sau:

Sơ đồ hemoglobin

Sơ đồ hemoglobin

* Tổng hợp globin:

– Quá trình tổng hợp giống như tổng hợp các protein ở bào tương.

– Nguyên liệu tổng hợp là các acid amin cùng sự tham gia của nhiều yếu tố khác như: acid nucleic, vitamin, các chất cung cấp năng lượng.

– Sau khi được tổng hợp xong, Hem rời ty thể ra bào tương để kết hợp với globin qua liên kết phối trí giữa Hem và nito của globin

b. Thoái hóa hemoglobin

Hồng cầu có đời sống trung bình khoảng 120 ngày, trong thời gian này Hemoglobin sẽ ko bị biến đổi. Khi hồng cầu chết hemoglobin sẽ bị phá hủy và giải phóng.

– Hồng cầu già bị phá hủy trong lách, có khoảng 90% lượng hemoglobin được thoái hóa trong tổ chức liên võng ngoài hệ tuần hoàn.

– Hemoglobin bị phân hủy thành hem và globin.

+) Globin chuyển hóa theo con đường thoái hóa protein nội bào

+) Hem sẽ thoái hóa lần lượt qua các giai đoạn:

• Tạo thành Biliverdin (sắc tố mật màu xanh)

• Biliverdin bị khử tạo thành bilirubin

• Bilirubin ở ruột bị thủy phân thành bilirubin tự do dưới tác dụng của các enzym vi khuẩn yếm khí tạo thành urobilinogen và stercobilinogen tạo màu trong phân và nước tiểu

– Trừ Fe và globin những sản phẩm thoái hóa Porphyrin không được cơ thể sử dụng trở lại.

Hồng cầu có đời sống trung bình khoảng 120 ngày, trong thời gian này Hemoglobin sẽ ko bị biến đổi. Khi hồng cầu chết hemoglobin sẽ bị phá hủy và giải phóng.

Hồng cầu có đời sống trung bình khoảng 120 ngày, trong thời gian này Hemoglobin sẽ ko bị biến đổi. Khi hồng cầu chết hemoglobin sẽ bị phá hủy và giải phóng.

4. Chức năng của hemoglobin

a. Kết hợp với oxy tạo thành oxyhemoglobin vận chuyển oxi đi khắp cơ thể:

PT: Hb + O2    ↔      HbO2

(đỏ thẫm)              (đỏ tươi)

Phản ứng thuận nghịch, chiều chủ yếu phụ thuộc vào phân áp oxy, ngoài ra 1 số yếu tố khác cũng làm ảnh hưởng đến chiều của phản ứng: pCO2 tăng, pH máu giảm, nồng độ men 2,3DPG trong máu tăng và khi thân nhiệt tăng. Điều này giải thích tại sao khi ta vận động nhiều sẽ cần nhiều oxy và tăng thể tích oxy tới phổi và các mô

– Tại phổi pO2 cao, phản ứng xảy ra theo chiều thuận, oxy kết hợp với Fe2+ và không làm thay đổi. Hb sẽ vận chuyển oxy từ tổ chức về phổi

– Tại mô pO2 thấp, phản ứng xảy ra theo chiều nghịch, Hb vận chuyển oxy từ phổi đến các tổ chức tế bào.

+ 1 phân tử Hb kết hợp và vận chuyển được 4 phân tử O2

+ 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.

+ 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 không còn khả năng vận chuyển oxy

Các vụ ngộ độc khí ga, than tổ ong dẫn đến nghẹt thở và chết là do khi đốt than tổ ong sẽ sản sinh ra 1 lượng CO rất lớn, khi hít phải khí CO quá lâu trong 1 thời gian dài sẽ khiến

người hít phải mê man và lịm dần nếu không thoát được ra ngoài dẫn đến tử vong.

Trong quá trình sinh tổng hợp Hemoglobin có rất nhiều quá trình chỉ một sai sót nhỏ trong quá trình đó cũng có thể làm thay đổi cấu trúc và chức năng của hemoglobin dẫn đến các bệnh lý huyết sắc tố

Trong quá trình sinh tổng hợp Hemoglobin có rất nhiều quá trình chỉ một sai sót nhỏ trong quá trình đó cũng có thể làm thay đổi cấu trúc và chức năng của hemoglobin dẫn đến các bệnh lý huyết sắc tố

b. Kết hợp với CO2 tạo thành HbCO2

R-NH2 + CO2      ↔     R-NH-COOH

Chiều phản ứng xảy ra tùy thuộc pCO2

– Ở mô pCO2 cao: phản ứng xảy ra theo chiều thuận.

– Ở phổi pCO2 thấp phản ứng xảy ra theo chiều nghịch.

c. Oxy hóa hemoglobin thành Methemoglobin (MetHb)

MetHb có nguyên tử Fe2+ của Hem bị oxy hóa biến thành Fe3+ mất khả năng gắn và vận chuyển oxy.

5. Các bệnh lý bất thường huyết sắc tố

Trong quá trình sinh tổng hợp Hemoglobin có rất nhiều quá trình chỉ một sai sót nhỏ trong quá trình đó cũng có thể làm thay đổi cấu trúc và chức năng của hemoglobin dẫn đến các bệnh lý huyết sắc tố:

– Thay đổi thành phần và trình tự sắp sếp của các acid amin trong tổng hợp globin: đột biến làm thay đổi 1 vị trí trên chuỗi globin có thể dẫn tới bệnh lý: HbS (hồng cầu hình liềm, HbC

– Mất cân bằng trong tổng hợp các chuỗi polypeptid của globin gây ra bệnh thalassemia – tan máu bẩm sinh.

– Rối loạn quá trình tổng hợp Heme gây ra bệnh Porphyria.

Các bệnh lý về huyết sắc tố thường di truyền trên gen lặn của nhiễm sắc thường và thường gây ra những hậu quả nặng nề trong số các bệnh về máu. Để phát hiện các bệnh lý về huyết sắc tố thường hay làm các xét nghiệm: tổng phân tích máu ngoại vi, điện di huyết sắc tố, xét nghiệm chuyên sâu giải trình tự gen phát hiện gen α, β.