HÉMOGLOBINE

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Effets coopératifs dans la fixation d'oxygène

On désigne sous ce nom l'interaction hème-hème et aussi d'autres mécanismes modifiant réversiblement l'affinité de l'hémoglobine pour l'oxygène. Cette affinité, et le coefficient de Hill qui l'exprime, dépendent de la concentration de divers facteurs dans le globule rouge : protons (atomes d'hydrogène dépourvus d'électrons dont la concentration peut être évaluée par le pH), dioxyde de carbone (CO2), ions chlore (Cl) et un composé associant acide glycérique et phosphate que l'on appelle le 2.3. diphosphoglycérate (DPG).

Accroître la concentration de chacun d'eux déplace la courbe d'équilibre de l'oxygénation vers la droite, dans le sens de l'affinité plus faible pour l'oxygène, et accentue la forme sigmoïde de la courbe. Curieusement, aucun de ces facteurs n'influence (comme le fait la température) la courbe d'équilibre de l'oxygénation de la myoglobine, bien que, pourtant, sa molécule soit chimiquement et structurellement très comparable à une sous-unité de l'hémoglobine.

Quelle est la signification de ces effets extraordinaires ? Pourquoi ne suffit-il pas au globule rouge d'être un simple transporteur d'oxygène comme la myoglobine ? Parce qu'un tel transporteur ne permettrait pas le départ d'une assez grande quantité d'oxygène du globule rouge vers les tissus, et il ne permettrait pas au plasma sanguin de contenir assez de gaz carbonique destiné à l'excrétion pulmonaire. La pression partielle d'oxygène dans les poumons est d'environ 100 mm de mercure, ce qui suffit pour saturer d'oxygène l'hémoglobine, que la courbe d'équilibre soit sigmoïde ou hyperbolique. Dans le sang veineux, la pression partielle n'est plus que de 35 mm et, si la courbe était hyperbolique (comme celle de la myoglobine) il ne serait libéré, sous une telle pression, qu'à peine 10 p. 100 de l'oxygène transporté, ce qui entraînerait l'asphyxie du sujet respirant pourtant normalement, mais il en sera libéré en fait cinq fois plus !

Plus la forme de la courbe d'équilibre est sigmoïde, plus la fraction d'oxygène libérée est importante. Divers facteurs y contribuent. L'oxydation des nutriments par les tissus libère des acides, lactique et carbonique ; ces acides fournissent des protons qui déplacent la courbe vers la droite, vers la moindre affinité de l'oxygène pour l'hémoglobine, accentuant sa forme sigmoïde. Le DPG joue aussi un rôle important. Le nombre des molécules de DPG dans le globule rouge est à peu près égal à celui des molécules d'hémoglobine, 280 millions, et il reste à peu près constant, probablement, pendant la circulation ; une insuffisance d'oxygène dans le sang entraîne une fabrication accrue de DPG, laquelle contribue à libérer davantage d'oxygène. Ainsi, dans le cas de la courbe sigmoïde typique, près de 50 p. 100 de l'oxygène transporté est cédé aux tissus. En revanche, chez le fœtus humain, l'hémoglobine renferme bien les mêmes chaînes α que celles de l'adulte mais les chaînes β sont différentes, déterminant une moins grande affinité pour le DPG. Il s'ensuit que l'hémoglobine fœtale possède une plus grande affinité pour l'oxygène, ce qui facilite le transfert de ce gaz du sang maternel au sang du fœtus.

Affinité pour l'oxygène

Dessin : Affinité pour l'oxygène

Les courbes d'équilibre traduisent l'affinité pour l'oxygène des molécules d'hémoglobine et myoglobine. L'axe vertical du graphe mesure la quantité d'oxygène liée à chacune de ces protéines, en pourcentage de la quantité totale capable d'être fixée. On notera que l'affinité... 

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Le monoxyde de carbone (CO) peut se lier avec le fer de l'hème, au même site que l'oxygène, mais avec une affinité 250 fois plus grande ; il en chasse donc l'oxygène, ce qui explique sa grande toxicité. Chez les grands fumeurs, plus de 15 p. 100 des sites de combinaison de l'oxygène peuvent être ainsi bloqués par CO, d'où la diminution de la quantité d'oxygène transportée par le sang. Mais le monoxyde de carbone a un effet plus pernicieux encore. La combinaison de l'un des quatre hèmes d'une molécule d'hémoglobine avec le monoxyde de carbone augmente, par interaction hème-hème, l'affinité pour l'oxygène des trois hèmes restant disponibles. La courbe d'équilibre de l'oxygène est alors déplacée vers la gauche et ainsi se trouve diminuée la fraction de l'oxygène transporté susceptible d'être libérée dans les tissus.

Si les protons abaissent l'affinité de l'hémoglobine pour l'oxygène, alors la loi d'action et réaction veut que l'oxygène diminue l'affinité de l'hémoglobine pour les protons. En perdant de l'oxygène, l'hémoglobine va donc se combiner aux protons et vice versa. Deux protons environ sont captés pour quatre molécules d'oxygène abandonnées, et deux protons sont libérés lorsque quatre molécules d'oxygène sont fixées. Cette réciprocité s'appelle l'effet Bohr et c'est la clé du mécanisme [...]

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Affinité pour l'oxygène

Affinité pour l'oxygène
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Pression de l'oxygène

Pression de l'oxygène
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Déformation d'une molécule sous la pression de l'oxygène

Déformation d'une molécule sous la pression de l'oxygène
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Molécule d'hémoglobine

Molécule d'hémoglobine
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Pour citer l’article

Max Ferdinand PERUTZ, « HÉMOGLOBINE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 18 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/hemoglobine/