Hemoglobin

Hemoglobin (còn gọi là huyết sắc tố, viết tắt Hb hay Hgb, CTHH: C₂₉₅₂H₄₆₆₄N₈₁₂O₈₃₂S₈Fe₄) là thành phần cấu tạo nên hồng cầu. Nó là một protein màu (chromoprotein) gồm hai thành phần là nhân hem và globin.

Cấu trúc 3-chiều của hemoglobin. Bốn đơn vị con được hiển thị bằng các vòng xoắn ruy-băng, và nhóm heme là các phân tử với mô hình đặc.

Hem là một sắc tố đỏ. Mỗi hem gồm bốn vòng porphyrin và một ion Fe²⁺ chính giữa. Một phân tử hemoglobin gồm có 4 nhân heme, chiếm 5% trọng lượng của phân tử Hb.

Globin là một protein gồm 4 chuỗi polypeptid giống nhau từng đôi một.

Hb người bình thường là HbA (Adult), chiếm hơn 97% trong máu, gồm 2 chuỗi α và 2 chuỗi β (α2β2). Chuỗi α có 141 amino acid và chuỗi β có 146 amino acid, trật tự sắp xếp các amino acid trong các chuỗi này là tuyệt đối, chỉ cần thay đổi một vị trí là Hb sẽ bị biến tính làm hình dạng hồng cầu dễ thay đổi và dễ bị vỡ gây ra các bệnh lý thiếu máu và tan máu:

Bệnh HbF (Fetus: bào thai): tại vị trí amino acid thứ ba của chuỗi β, threonin bị thay bằng glutamic, hồng cầu biến dạng thành hình tia bắn.

Bệnh HbS (Sickle: hình liềm): valin thay thế cho glutamic tại vị trí thứ 6 trong chuỗi β làm HbA trở thành HbS, hồng cầu biến dạng thành hình liềm.

Hb chiếm khoảng 34% trọng lượng hồng cầu. Do hồng cầu không có nhân và bào quan nên có thể chứa một lượng lớn phân tử hemoglobin, ước tính mỗi hồng cầu chứa khoảng 27-32 pg Hb (1 picogram = 10^-12 gam). Lượng Hb trong mỗi hồng cầu (MCH: Mean corpuscular hemoglobin) được sử dụng để góp phần chẩn đoán thiếu máu. Khi MCH < 27pg thì gọi là hồng cầu nhược sắc, gặp trong thiếu máu mạn tính, thiếu máu do thiếu sắt... Ngược lại, khi giá trị này > 32pg là hồng cầu ưu sắc, gặp trong một số bệnh cảnh như thiếu máu do thiếu vitamin B12, thiếu axit folic...

Theo tổ chức Y tế Thế giới (WHO), nồng độ hemoglobin của người bình thường khoảng:

- Nam: 13,5-18 g/dL máu (g%)

- Nữ: 12-16 g/dL

- Trẻ em: 14-20 g/dL

Lượng Hb trong 1 lít hồng cầu khoảng 340g, giá trị này (MCHC: Mean corpuscular hemoglobin concentration) được sử dụng để góp phần chẩn đoán thiếu máu. Bình thường, MCHC dao động trong khoảng 320-360 g/L.

Cấu trúc Hemoglobin

Mô hình 3D dạng ruy-băng

Mô hình 3D dạng que

Hemoglobin (Hb): là đại phân tử có 4 dưới đơn vị (tetramère) mà mỗi dưới đơn vị (monomère) có hai phần là hem và globin.

Cấu tạo một dưới đơn vị (monomère)

Một dưới đơn vị của Hb gồm hai phần là: hem và globin.

- Hem: Là một sắc tố chứa sắt hoá trị (+2), chiếm 4% trọng lượng của huyết sắc tố, có cấu trúc là một vòng porphyrin có 4 nhân pyrol liên kết với ion Fe2⁺.

- Globin: Là một chuỗi polypeptid (một chuỗi nhiều amino acid 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 amino acid đặc trưng.

- Các chuỗi thuộc họ α là: α và zeta, mỗi chuỗi có 141 amino acid, có cấu trúc gần giống nhau.

- Các chuỗi thuộc họ không α là: β, γ, δ, ε, mỗi chuỗi có 146 amino acid. 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.:

+ Cấu trúc bậc 1: là trình tự các amino acid trong chuỗi như trên đã nói, trình tự này là đặc trưng cho từng loại chuỗi, các amino acid liên kết vối nhau bằng liên kết peptit

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

** Một sự thay đổi cấu trúc bậc 1 cũng có thể thay đổi các amino acid liên kết với nhau 0 cấu trúc bậc 2 do đó có thể làm thay đổi cấu trúc bậc 2.

+ Cấu trúc bậc 3: sự gấp khúc chuỗi globin đã xoắn. Bình thường sau khi xoắn, các amino acid trong chuôi ở các vị trí đặc trưng lại có các liên kết tạo nên sự gấp khúc thành 8 đoạn, không ở trên cùng một mặt phẳng, và tạo ra hối không phân cực để chứa hem.

+ Câu trúc bậc 4, tạo phân tử huyết sắc tố: 4 dưới đơn vị (monomère) kết hợp với nhau tạo thành một đại phân tử (tetramère) huyêt sắc tố. Mỗi dưới đơn vị là một chuỗi globin + nhân hem, các chuỗi kết hợp với nhau theo nguyên tắc giống nhau từng đôi một, trong đó một đôi thuộc họ α và một đôi thuộc họ không α. về cấu trúc không gian thì hai chuỗi giống nhau được xếp đối xứng nhau, 4 chuỗi tạo nên phân tử tựa hình cầu

Các loại huyết sắc tố

Tuỳ theo sự kết hợp các loại chuỗi globin, có các loại huyết sắc tố khác nhau:

- Ở người lớn bình thường chủ yếu là huyết sắc tố A (HbA) được tạo thành từ 2 chuỗi a và 2 chuỗi p ký hiệu là α2β2.

- Huyết sắc tố A2 (HbA2) chiếm tỷ lệ 2-3,5% gồm 2 chuỗi α và 2 chuỗi δ .

- Huyết sắc tố F (còn gọi huyết sắc tố bào thai vì chiếm tỷ lệ rất cao ở giai đoạn cuối của thai nhi và sơ sinh), có cấu tạo gồm 2 chuỗi a và 2 chuỗi y.

Một số huyết sắc tố ở thời kỳ phôi và thời kỳ đầu của bào thai.

- Huyết sắc tố Gower I gồm 2 chuỗi ị và 2 chuỗi 8.

- Huyết sắc tố Gower II gồm 2 chuỗi a và 2 chuỗi 8.

- Huyết sắc tố Porland gồm 2 chuỗi ị và 2 chuỗi y.

Chức năng của huyết sắc tố

Huyết sắc tố ở trong hồng cầu, nhờ chứa Fe²⁺ có thể oxi hoá do vậy có vai trò vận chuyển oxy từ phổi đến cơ quan và vận chuyển CO₂ từ cơ quan đến phổi, ngoài ra huyết sắc tố còn có vai trò làm đệm để trung hoà các H⁺ do tổ chức giải phóng ra.

Qua nghiên cứu người ta thấy ái tính với oxy của huyết sắc tố diễn tiến theo đồ thị hình xích ma, điều đó giúp huyết sắc tố được oxi hoá hoàn toàn ở mao mạch phổi, nơi đó phân áp riêng phần oxy cao (100mm Hg) và giúp huyết sắc tố giải phóng phần lớn oxy ở tổ chức (phân áp oxy $\leq$ 40mm Hg).

Ngoài ra người ta còn thấy độ bão hoà oxy của huyết sắc tố phụ thuộc vào pH của môi trường (hiệu ứng Bohor). Khi pH thấp, đường bão hoà oxy chuyển phải, giúp giải phóng oxy. Khi pH cao, đường thể hiện bão hoà oxy chuyển trái (hình). Như vậy ở tổ chức chuyển hoá nhiều, pH thấp làm cho huyết sắc tố dễ giải phóng oxy.