1. CHUYỂN HÓA HEMOGLOBIN
TS. BS. Nguyễn Minh Hà
(drnguyenminhha@gmail.com)
BM Hóa Sinh-SHPT Y học, Trường ĐHYK Phạm Ngọc Thạch
Khoa Xét nghiệm, BV Nguyễn Tri Phương
2. Mục tiêu
1. Mô tả được quá trình sinh tổng hợp Heme.
2. Kể tên được những bệnh lý do rối loạn quá trình sinh
tổng hợp Heme và globin.
3. Mô tả được quá trình thoái hóa Hb cho ra bilirubin.
4. Trình bày được số phận của bilirubin.
5. Phân biệt được bil gián tiếp – trực tiếp
6. Trình bày được các nguyên nhân gây vàng da.
2
3. Dàn bài
1. Sinh tổng hợp Hemoglobin (mô tả, các bệnh lý liên quan)
• Heme
• Globin
2. Thoái hóa Hemoglobin
• Thoái hóa Heme tạo bilirubin gián tiếp
• Liên hợp bil tại gan
• Số phận của bil trực tiếp
3. Rối loạn chuyển hóa bil và vàng da
3
4. HEME
Fe2+
Liên kết của Fe trong Heme :
• 4 lk với 4N (2 lk cộng hóa trị - 2 lk
phối trí) nằm trên mặt phẳng của
vòng porphyrin
• 2 lk phối trí nằm vuông góc với
mặt phẳng phân tử à dùng để kết
hợp với chuỗi globin và các chất
như O2, CO…
Protoporphyrin IX + Fe2+
4BS.Nguyễn Minh Hà
5. SỰ KẾT HỢP GIỮA HEME VÀ GLOBIN
n Trong mỗi bán đơn vị Hb : Fe2+
lk phối trí với N của aa histidin
ở đoạn xoắn α-helix F (proximal
His F8) và α-helix E (distal His
E7) của chuỗi polypeptid.
n 2 liên kết này nằm ở 2 phía của
mặt phẳng protoporphyrin.
5BS.Nguyễn Minh Hà
8. 1.Tổng hợp Hb
n Gen mã hóa các chuỗi globin:
b, g, d và e nằm trên nhánh ngắn NST 11
a và z nằm trên nhánh ngắn NST 16
1.1. TỔNG HỢP GLOBIN
8
9. Phôi Thai Người lớn
Hb Gower 1 (ζ2ε2) Hb F (α2γ2) Hb A (α2β2)
Hb Gower 2 (α2ε2) Hb A2 (α2δ2)
Hb Portland (ζ2γ2)
9
10. 1.1. TỔNG HỢP GLOBIN
RL trong quá trình sinh tổng hợp globin:
n Nguyên nhân:
• Thay đổi thành phần và thứ tự sắp xếp aa trong globin.
• Mất sự cân bằng trong tổng hợp các chuỗi polypeptide của globin.
n Hậu quả: thay đổi độ tan và bền vững Hb à ảnh hưởng đến ái lực với
O2 và sự vận chuyển O2 đến tổ chức.
n Phân loại:
• ĐB gen làm thay đổi 1 vị trí aa trên chuỗi globin à Bệnh HbS, HbC..
• ĐB làm “khóa” sự tổng hợp 1 hoặc nhiều chuỗi globin à Bệnh α hoặc
β Thalassemie
1.Tổng hợp Hb
10
11. HEMOGLOBIN S
¨ Bệnh hồng cầu hình liềm (sickle red cell), di truyền gen lặn
¨ Ký hiệu : HbS a2
A b2
6 val
11
12. Thay đổi cấu
hình chuỗi b
à HbS kết
tinh khi phân
áp O2 thấp
Hồng cầu HbS kém bền
à Dễ vỡ và tắc ở mạch máu nhỏ
12
16. HEMOGLOBIN M
¨ Là hiện tượng tạo methemoglobin máu không chữa được
bằng thuốc do Fe luôn ở trạng thái Fe3+
¨ Nguyên nhân :
• Đột biến điểm xảy ra ở chuỗi α hoặc β làm vị trí His F8
hoặc His E7 bị biến thành Tyrosin à thúc đẩy sự tạo thành
methemoglobin.
• Thiếu hụt enzyme NADH cytochrom b5 reductase để
chuyển metHb (Fe3+) thành Hb (Fe2+)
16
17. THALASSEMIA
¨ Bệnh thiếu máu tán huyết di truyền trên gen lặn, NST
thường, gây mất cân bằng trong tổng hợp các chuỗi
polypeptid của globin à không tạo được tetramere hoặc tạo
tetramere không bền à giảm ái lực và khả năng vận chuyển
O2 của Hb
¨ Gồm 2 loại : α-thalassemia và β-thalassemia.
17
18. Bệnh α-thalassemia
¨ Có 4 vùng gen quy định việc tổng hợp chuỗi α nằm trên NST
16 à tùy theo số lượng vùng gen bị khóa (đột biến mất
đoạn) mà có 4 độ nặng khác nhau của thể α-thalassemia (Hb
Bart (γ4) và Hb H (β4))
¨ Thiếu hụt chuỗi α làm Hb không tạo được thể tetramere bền
vững à HC dễ vỡ à thiếu máu do tán huyết.
18
19. Bệnh β-thalassemia
¨ Chỉ có 1 vùng gen quy định việc tổng hợp chuỗi β nằm trên NST 11
à đột biến điểm tạo thành 2 dạng bệnh βo (major β-thalassemia :
bệnh Cooley thiếu máu nặng) và β+Thalassemia (minor β-
thalassemia thiếu máu nhẹ).
¨ Thiếu hụt chuỗi β làm Hb không tạo được tetramer, các chuỗi
globin còn lại đính trực tiếp vào màng hồng cầu à hủy hoại màng.
19
20. 1.2. TỔNG HỢP HEME
n Heme được tổng hợp từ glycine và succinyl-CoA.
n Xảy ra ở hầu hết các TB của ĐV có vú (80% từ những Tb tiền HC ở
tuỷ xương và 15% từ Tb gan)
n Quá trình gồm 3 giai đoạn, xảy ra ở ty thể - bào tương – ty thể
n Sinh tổng hợp porphyrin có vai trò quan trọng trong cơ thể ĐV vì
nhân porphyrin là thành phần cấu tạo của nhiều hợp chất sinh
học quan trọng (Hb, Mb, cytochrom, catalase…)
n Rối loạn sinh tổng hợp Heme sẽ gây bệnh Porphyria.
1.Tổng hợp Hb
20
22. 1.Tổng hợp Hb
1.2. TỔNG HỢP HEME
(PBG synthase)
(PBG)
A.
Xảy ra trong bào tương
GĐ2A: Tổng hợp Porphobilinogen
22
23. ALA dehydratase = PBG synthase
§ Hoạt động cần sự tham gia của Zn2+.
§ Bị ức chế bởi Pb2+ à Ngộ độc chì gây thiếu máu
và làm ↑ nồng độ ALA à các RL thần kinh.
Cơ chế độc tb não của ALA:
§ Cấu trúc tương tự GABA là chất ức chế thần kinh
§ ALA tự oxi hoá phát sinh gốc oxy tự do
CH2
CH2
COO-
C
CH2
O
NH3
+
CH2
CH2
COO-
CH2
NH3
+
ALA GABA
1.Tổng hợp Hb
1.2. TỔNG HỢP HEME
23
24. B.1.Tổng hợp Hb
1.2. TỔNG HỢP HEME
§ 4 phân tử PBG ngưng tụ tạo
nên chuỗi 4 vòng pyrol là
hydroxy-methylbilane (HMB)
§ HMB đóng vòng tạo
uroporphyrinogen
§ Bình thường, đa số
uroporphyrinogen ở dạng
đồng phân III.
GĐ2B: Tổng hợp Uroporphyrinogen
24
27. 1.2. TỔNG HỢP HEME
NH
CH
CH2
H3C
N
CH3
CH CH2
HN
CH2
CH2
COO
-
CH3
N
CH2
CH2
COO
-
H3C
N
CH
CH2
H3C
N
CH3
CH CH2
N
CH2
CH2
COO
-
CH3
N
CH2
CH2
COO
-
H3C
Fe
Ferrochelatase
protoporphyrin IX heme
2H+
Fe++
1.Tổng hợp Hb
GĐ3B: Thêm Fe vào protoporphyrin IX để tạo thành Heme
27
28. Succinyl CoA + Glycin
ALA
Coproporphyrinogen III
Protoporphyrin IX
HEME
Porphobilinogen (PBG)
Uroporphyrinogen III
x 4 , đóng vòng
oxydase
Succinyl CoA + Glycin
δ-amino levulinic acid (ALA)
Ty thể
Bào
tương
Ty thể
ALA synthase
Pyridoxal
phosphat
x 2
+ Fe2+
28
29. Điều hòa tổng hợp Heme
§ ALA synthase là enzyme chìa khóa,
được điều hoà bởi nồng độ heme
tự do: là chất ức chế dị lập thể, tác
dụng feedback (-) gây ức chế phiên
mã ALA synthase.
§ Chỉ có ALA synthase của gan
(ALAS1) chịu sự điều hòa ngược
của Heme tự do, còn ALA synthase
của tiền hồng cầu (ALAS2) thì
không.
1.2. TỔNG HỢP HEME
1.Tổng hợp Hb
29
30. 1.Tổng hợp Hb
1.2. TỔNG HỢP HEME Bệnh Porphyria
Enzyme bị ảnh hưởng Triệu chứng chính KQ xét nghiệm
1. ALA synthase (hồng cầu) Thiếu máu RBC và Hb giảm
2. ALA dehydratase Đau bụng, triệu chứng tâm thần
kinh
# ALA / nước tiểu
3. Uroporphyrinogen I synthase Đau bụng, triệu chứng tâm thần
kinh
# ALA và PBG /nước tiểu
4. Uroporphyrinogen III
synthase
Nhạy cảm ánh sáng # Uroporphyrin I / nước
tiểu, phân, hồng cầu
5. Uroporphyrinogen
decarboxylase
Nhạy cảm ánh sáng # Uroporphyrin I / nước
tiểu
6. Coproporphyrinogen oxidase Nhạy cảm ánh sáng, đau bụng,
triệu chứng tâm thần kinh
# ALA, PBG và
coproporphyrin / nước tiểu
7. Protoporphyrinogen oxidase Nhạy cảm ánh sáng, đau bụng,
triệu chứng tâm thần kinh
# ALA, PBG và
coproporphyrin / nước tiểu
8. Ferrochelatase Nhạy cảm ánh sáng # Protoporphyrin III /phân30
32. 1.3. SỰ KẾT HỢP CỦA HEME VÀ GLOBIN
§ Globin tổng hợp ở bào tương.
Heme sau khi được tổng hợp, rời
ty thể ra bào tương.
§ Trong mỗi bán đơn vị Hb: Fe2+ lk
phối trí với N của aa histidin ở
đoạn xoắn α-helix F (proximal His
F8) và α-helix E (distal His E7) của
chuỗi polypeptid
§ 2 lk này nằm ở 2 phía của mặt
phẳng protoporphyrin
1.Tổng hợp Hb
32
33. 2. THOÁI HÓA Hb
§ Globin và Fe: có thể được tái sử dụng.
§ Porphyrin: được chuyển hoá và đào thải dưới dạng các sắc
tố mật: biliverdin và bilirubin.
33
35. § Màu vàng
§ Không tan trong nước
§ Độc cho hệ thần kinh
§ “tự do” : chưa kết hợp với
acid glucuronic
§ PU nhận biết diazo chậm à
bilirubin gián tiếp
2.Thoái hóa Hb
2.2.Tạo bilirubin gián tiếp
Albumin
GAN
MÁU 35
37. PHẢN ỨNG DIAZO
(PHẢN ỨNG VAN DEN BERGH)
Bilirubin liên hợp Diazo sulfanilic acid Azobilirubin (đỏ tía)+
Bilirubin tự do
Diazo sulfanilic
acid Azobilirubin (đỏ tía)+ Alcohol+
Bilirubin trực tiếp
Bilirubin gián tiếp
39. 3.RỐI LOẠN CHUYỂN HÓA BIL. & VÀNG DA
• Bil TP/HT: 5 - 10 mg/l (= 1mg% ) =17μmol/l
• Bil GT/HT: 2 - 8 mg/l
• Bil TT/HT: 0 - 2 mg/l
Bình
thường
Bil/HT tăng, tích tụ dưới da, kết mạc mắt
39
40. Bình thường Bệnh lý
Bil. TP 5-10 mg/l Vàng da niêm rõ khi ≥ 25 mg/l
Bil. GT ≤ 8 mg/l
(≤ 2/3 Bil.TP )
Bệnh lý gây vàng da trước và tại gan
Bil. TT ≤ 2 mg/l
( ≤ 1/3 Bil.TP )
Bệnh lý gây vàng da tại và sau gan
3.RLCH Bilirubin
3.1.Ba nhóm Vàng da
40
41. 3.2.Các nguyên nhân gây Vàng da
BilGT/máu BilTT/máu Sắc tố
mật/nt
Cơ chế bệnh Nguyên nhân
thường gặp
↑ Bt/↑ nhẹ (-)
↑ SX Bil.
Thiếu Glucuronyl
transferase
-Tán huyết
-VD sơ sinh
↑ ↑↑ (+) ↓ chức năng tb gan -Viêm gan
-Xơ gan
Bt/↑ nhẹ ↑ (+)
Tắc nghẽn, chèn ép
đường dẫn mật
trong/ngoài gan
-Sỏi đường mật
-U đầu tụy
3.RLCH Bilirubin
41
42. Các thay đổi về XN trong các loại Vàng da
Xét nghiệm VD trước gan VD sau gan VD tại gan
MÁU
-BilTP >25mg/l
-BilGT
-BilTT
-Men gan
↑↑↑
Bt / ↑
Không đặc hiệu
Bt / ↑
↑↑↑
GGT ↑, ALP ↑
↑↑
↑↑
Không đặc hiệu
NƯỚC TIỂU
-Sắc tố mật
-Urobilinogen
(-)
↑
(+)
↓, (-)
(+)
Không đặc hiệu
CÁC XN KHÁC - HC thiếu máu
(XN huyết học )
- HC tắc mật (TP,
Koller test (+), ĐL V
bình thường )
- HC hủy tb gan
- Huyết thanh ∆
VGSV
42
43. Chú ý
§ Chỉ có bilirubin gián tiếp mới qua được hàng rào máu-não
à bệnh não tăng bilirubin máu (kernicterus hoặc bilirubin
encephalopathy) là do tăng bilirubin gián tiếp.
§ Chỉ có bilirubin trực tiếp mới có thể xuất hiện trong nước
tiểu à vàng da có bilirubin nước tiểu là tăng bilirubin trực
tiếp.
3.RLCH Bilirubin
43