Les érythrocytes

Plan

1 structure

2 érythropoïèse

3 métabolisme

4 hémoglobine

5 métabolisme du fer

6 catabolisme

7 notions de pathologies

1 structure

la membrane érythrocytaire

le GR subit une usure mécanique importante

- turbulences dans les cavités cardiaques

- franchissement des capillaires

L’intégrité du GR est indispensable au transport du dioxygène.

- le rapport surface volume : échanges cellulaires

- la forme : déformabilité.

bicouche phospholipidiqueasymétrie de répartition des phospholipides

- interne : phosphatidyl sérine et phosphatidyl éthanolamine

- externe : phosphatidylcholine -sphingomyéline - cholestérol

protéines transmembranaires :

pompes, canaux ioniques

indispensables au maintien des gradients de

concentration ionique régulation du volume

nécessitent de l’énergie

- protéine 3 : canal anionique HCO3-/Cl-

- les glycophorines A et B SGP servent aux

interactions membrane-cytosquelette (groupe

MNSs)

- les SGP portent les acides sialiques : charge

négative aux GR (répulsion)

Très grande perméabilité à l’eau, l’urée, le glucose

les petits anions mais pas les cations

le cytosquelette• Formé de protéines internes

- situées à la face cytoplasmique

- agencées à la façon des mailles d’un filet

- avec des points d’ancrage membranaires via la protéine 4.1

• La spectrine représente 75 % des protéines du GR.

• Complexes horizontaux spectrine-actine protéines 4.1 : forme

• complexes verticaux protéine 3-ankyrine (2-1)-protéine 4.2 :

déformabilité

le cytoplasme

• volume intra-cellulaire (donc VGM) maintenu

par des pompes Na+/K+ ATP dépendantes

• pH 7,1

• pas d’organites cellulaires

• saturé en hémoglobine CCMH > 300 g/L

2 érythropoïèse

localisation

- hépato-splénique pendant la vie embryonnaire

- médullaire chez l’enfant et l’adulte

- 2 millions de GR sont produits par jour

- 6 à 8 g d ’hémoglobine en compensation de

l’hémolyse physiologique 1/120 de la masse/jour

- 5 à 6 jours 10 % d ’érythropoïèse inefficace

- arrêt des mitoses lors de la saturation en

hémoglobine

culture

Myélogramme

BOM

NFS

Érythroblaste basophile

Érythroblaste polychromatophileÉrythroblaste acidophile

Pro-érythroblaste

CFU-E progéniteur

EPO mise en cycle de mitose BFU-E

activation du métabolisme

synthèse de l ’hémoglobine

perte du noyau

Notion de régulation

3 métabolisme

Pas de synthèse protéique

métabolisme simplifié

utilisation du glucose plasmatique avec 3 finalités

• fourniture d’énergie aux pompes membranaires

(pyruvate kinase)

• synthèse de 2-3diphosphoglycérate (2-3DPG) régulateur

de l’affinité de l’hémoglobine pour le dioxygène

• synthèse des systèmes anti-oxydants pour protéger

l’hémoglobine maintien du fer sous la forme Fe2+

(Glucose 6 phosphate déshydrogénase)

Glycolyse 90 %

anaérobie

ATP:fonctionnement

de la pompe à sodium

NADH coenzyme de

la méthémoglobine

réductase

NADPH coenzyme

de la glutathion

réductase protection

de l ’oxydation de la

globine et des

protéines structurales

4 L ’hémoglobine

• partie protéique la globine

– Partie spécifique l’hémoglobine qui varie selon

l’espèce, l’âge, la pathologie

– il existe différents types de globine

, , , ,

• groupement prosthétique : l’hème

• structure quaternaire

– 4 chaînes de globine

– hémoglobine adulte A1 96-99 %

deux dimères

liés par des liaisons de faible énergie

Anatomie et physiologie humaine Marieb Pearson éducation

Les gènes des globines

En bleu : gènes embryonnaires

En vert : gènes fœtaux

en jaune : gènes adultes

Protoporphyrine :

4 noyaux pyrrole liés par des

ponts méthényle

structure plane

atome de fer Fe2+

qui forme 6 liaisons de

coordination

- 4 liaisons avec la

protoporphyrine

- la 5° avec un azote d ’une

histidine de l’hélice (F8

proximale)

- la 6° est libre et fixera le

dioxygène (ou le CO)

Le mouvement du fer entraîne :

* un changement de structure tertiaire par déplacement de l’hélice F

* un changement de structure quaternaire : par rotation d’un dimère par

rapport à l’autre

Le changement de conformation

oxyHb 540 nm et 578 nm état R (r pour un monomère)

désoxyHb 554 nm état T (t pour un monomère)

Électrophorèse en

acétate de

cellulose

pH 9,2

Hb normales

Hb A 2 2

Hb A2 2 2

Hb F 2 2

Électrophorèse en acétate

de cellulose pH 9,2

+-

A2 S/D F A1/Ao

2 2 2 2 2 2

HPLC

Anomalies de structure :

hémoglobinose

déficit de synthèse des

chaînes: thalassémie

Hb S Hb C Hb D Hb E

Glu remplacé par Val Glu remplacé par Lys Glu remplacé par Gln Glu 26 remplacé par

Lys

En gel d’agarose

pH 8,5

Hémoglobine S

Les anomalies quantitatives : thalassémies

Syndrome

thalassémiqueHb A Hb A2 HbF Autres Hb

Clinique

-thalassémie

silencieuse

mineure

hémoglobinose

H

majeure

A

A

-

2,5 - 3,5 %

1,5 - 2,5 %

< 1,5%

-

Bart 0 - 2%

Bart 0 - 5 %

H 10 - 30 %

Bart

sang de

cordon

Hb Bart 4 présente chez le nné

f. mineure asymptomatique

Hb H( 4)

Forme létale

-thalassémie

mineure

majeure

Majoritaire

-

4 à10 %

N à 10 %

1 à 10 %

> 90 %

Anémie légère

Anémie sévère

-thalassémie var N à 8 à 15 % Anémie modérée

Pathologie de synthèse,réduction d ’une ou plusieurs chaînes

L’Hb : une protéine allostérique

• La fixation du dioxygène sur une sous-unité entraîne un changement de

conformation t-r

• ce changement se répercute sur les autres sous-unité

• cela favorise la fixation du dioxygène sur les autres sous-unités

L’O2 a un effet allostérique positif

• dans l’état r une sous-unité a une plus grande affinité pour O2

• plus l’hémoglobine a fixé de dioxygène plus elle est capable d’en fixer

effet coopératif positif

• au niveau des tissus, il y a production de CO2 et augmentation de la concentration

en H+

• ceci entraîne une diminution de l’affinité de l’hémoglobine pour le dioxygène et le

relargage

effet Bohr effet coopératif négatif : pH et CO2

Effet du 2-3 DPG (2-3 BPG)

effecteur allostérique négatif

• Composé produit par les GR glycolyse

• occupe la cavité centrale de l’Hb entre les deux chaînes

• sa présence stabilise l’hémoglobine en conformation T ce qui diminue l‘affinité

de l’Hb pour le dioxygène et favorise le relargage

• à l’inverse la fixation de l’O2 va chasser le 2-3 DPG et favorise ainsi la fixation

de l ’O2

cas de l ’hémoglobine foetale

combinaison à d’autres gaz

• Avec le dioxyde de carbone CO2

le CO2 est majoritairement transporté dans le sang sous forme HCO3- produit

dans les hématies par l’anhydrase carbonique.

Une partie est fixée à Hb au niveau des groupements basiques de la globine

carbhémoglobine

CO2 + protéine-NH2 protéine-NH-CO-OH

• Avec le monoxyde de carbone CO

carbonylhémoglobine

le Co se fixe au même endroit que l ’O2 mais la stabilité Hb(CO)4 est 200 fois

supérieure à celle de Hb(O2)4

le CO se comporte en inhibiteur compétitif du O2

il faut une pression partielle en O2 très forte pour lutter contre la toxicité du CO :

oxygénothérapie

Absorption

intestinalePlasma 2-3 mg

Transferrine - Fe3+

Moelle

hémoglobine

Réserves

foie

MOR -RATE

muscles

- ferritine

- hémosidérine

Globules rouges 3,7 g

pertes

macrophages

apports

Elimination

1 mg

5 métabolisme du fer

Fer lié aux

protéines

Ferri-réductase

(+acide ascorbique)

Transport actif

secondaire du fer

Fe2+

Fe2+Transferrine-(Fe3+)2

Sang

pH acide

acide ascorbique

estomac

Fe2+

pH basique

Fe3+

stockage cellulaire

• un compartiment de transit où le fer est labile

disponible pour les enzymes, les cytochromes et l'hémoglobine pour les érythroblastes

• un compartiment de stockage

• ferritine.

complexe qui peut contenir jusqu'à 4500 atomes de fer.

• hémosidérine protéine lysosomiale

forme dégradée de ferritine

stocke le fer de manière stable

difficilement mobilisable

Transferrine -(Fe3+)2

TfR

Macrophage

Granules de ferritineCatabolisme de

l ’hémoglobine

Rhophéocytose de

la ferritine 1 - 2 %

Fer labile

pinocytose

Captation du fer par l ’érythroblaste

Mitochondrie

synthèse de l ’hème

plasma

Le fer sanguin est capté au pôle basolatéral de la crypte par le complexe 2M-HFE-TfR1

l ’augmentation du fer intra-cellulaire diminue la synthèse de DMT1 et de la ferroportine lors de la différenciation de la crypte en villus

plus la captation du fer au pôle basal est grande et moins le fer est absorbé par l ’intestin

Notions de régulation• HFE:

liaison au récepteur de la transferrine TfR1 et augmente la captation du fer

• DMT1 : transporteur membranaire du Fe2+ des endosomes sensible au pH

• ferroportine 1, hephaestine et céruloplasmine

protéines qui permettent la sortie du fer

– des cellules du villus

– du macrophage

• Hepcidine

– peptide hépatique anti-bactérien

– augmente la captation du fer

• par les macrophages

• les cellules de la crypte des villosités

– inhibition de la ferroportine

– diminue l’absorption intestinale

– EPO inhibe la synthèse d’hepcidine

Paramètres biologiques

• Fer plasmatique

• transferrine

– coefficient de saturation CS = fer/CTF

• ferritine plasmatique

• sTfR récepteur soluble de la transferrine

Normal Carence en fer infection

sidérémie

• Libération du Fe3+ des protéines

milieu acide pH 5 en présence de guanidine

• réduction en Fe2+ par l ’acide ascorbique

• colorimétrie avec le Ferène S 593 nm

• résultats en µmol/L

homme femme enfant

9 - 30 8 à 28 11 à 22

Détermination de la transferrinémie

• Méthode turbidimétrique bichromatique 340-700 nm

• immunoprécipitation par des Acm en présence de polyéthylène

glycol

• résultats : 1,7 à 3,5 g/L

• CFT : capacité totale de fixation du fer

CFT = transferrine x25

résultats : 44 à 80 µmol/L

• CS coefficient de saturation de la transferrine

% des sites occupés par un ion Fe3+ sur l ’ensemble de la

transferrine

CS = sidérémie / CFT

résultats 20 à 40 % chez l ’homme, 15 à 35 % chez la femme

Dosage de la ferritinémie

• Évaluation de la réserve tissulaire en fer

• origines

– sécrétion par les macrophages

– lyse cellulaire physiologique (hépatocyte)

• ELISA sandwich

• résultats : 80 à 250 µg/L

– diminution : carence martiale

– augmentation : syndrome inflammatoire, pathologie hépatique

Dosage du sTfR

• Présent sur toutes les cellules, passage membranaire du fer lié à la

transferrine

• nombre de récepteur directement proportionnel aux besoins de la

cellule en fer

• ce nombre diminue lors de la différenciation cellulaire sauf sur les

érythroblastes et le placenta (la MOR contient 70 à 80 % des TfR)

• le sTfR est une fraction soluble sa concentration suit celle du TfR

• méthode immunoturbidimétrique

• mesure couplée à celle des réticulocytes = efficacité de

l ’érythropoïèse

• en dehors de tout déficit en fer une augmentation du sTfR sans

augmentation des réticulocytes = érythropoïèse inefficace

• remplace la coloration de Perls dans le diagnostic des anémies des

maladies chroniques

- Le fer de réserve de l’hémosidérine est libéré de la partie

protéique par un milieu acide.

- Les ions ferriques réagissent avec l'hexacyanoferrate II de

potassium (ferrocyanure de potassium)

- Obtention d’un précipité coloré Bleu de Prusse (hexacyanoferrate

II de fer III) visible sous forme de grains bleu turquoise dans le

cytoplasme des érythroblastes

- sidéroblaste I : 1 à 2 grains

- sidéroblaste II : couronne de grains

- érythrocytes (sidérocyte)

- des macrophages.

Coloration de Perls

la vit B12

Un déficit provoque une anémie macrocytaire

en général due à un déficit d’absorption (absence de facteur intrinsèque)

6 Le catabolisme• rigidification de la membrane, enrichissement en

cholestérol

• diminution de l’activité des pompes par carence en énergie

• apparition de cluster de protéine 4.1 signal de phagocytose

• hémolyse physiologique intra-tissulaire pour 80 %

• phagocytés par les macrophages dans le système réticulo-

endothélial

chaque jour 1/120 des GR

libération de 6 à 8 g d ’Hb

L’hémoglobine est dégradée principalement dans la rate

mais aussi le foie et les macrophages de la MOR

Métabolisme de l’Hémoglobine

Anabolisme de l’Hb

Glycine

+

Succinyl-CoA

Catabolisme de l’Hb

Hémoglobine

Hème

Fe2+

transferrine

Bilirubine

4 Chaînes

de globine

Hémoglobine

HèmeDans les

érythroblastes

(moelle

osseuse)

Dans le

système

réticulo

endothélial

Dégradation de l’Hémoglobine dans les macrophages

Cytoplasme Hémoglobine

Hème

GlobineProtéolyse Acides aminés

libres

Cycle du Fer

2/3 dans la circulation

lié à la transferrine

réutilisé pour l ’érythropoïèse

1/3 mis en stockage

sous forme de ferritine et

d’hémosidérine

Fe2+Hème oxydase

Biliverdine réductase

MOLECULE

LIPOSOLUBLE

Devenir de la bilirubine dans l’organisme

Bilirubine (liposoluble)

Reins

FoieIntestin

Macrophage

(moelle osseuse)

plasmaBilirubine conjuguée

(soluble)

Sérum albumine

Bilirubine

Urobilinogène

UROBILINE

Urines

Stercobilinogène

STERCOBILINE

Matières fécales

UrobilinogèneVoie biliaire

Bilirubine conjuguée

Acide glucuronique

UrobilinogèneVoie sanguine

système porte

bactéries

ictère

• Hémolyse physiologique = 1 à 2 % des

GR/jours

• hyper-hémolyse = durée de vie < 120 jours

– intra-tissulaire : foie , rate…

bilirubine libre , haptoglobine , LDH

– intra-vasculaire : hémolyse aiguë

hémoglobinurie, haptoglobine

hyperkaliémie, LDH

bilirubine libre

7 Pathologies

• d’origine endogène

– à la membrane et au cytosquelette

– au métabolisme

– à l’hémoglobine

• d’origine exogène

Exemples d ’anomalies du métabolisme

• Déficit en G6PD : schizocytes

diminution des défenses anti-oxydantes du

GR

maladie génétique liée à l’X qui touche les

hommes

• déficit en pyruvate kinase: acanthocytes

diminution de la production d ’ATP

hémolyse chronique

Exemples d ’anomalies de l ’hémoglobine

• Anomalies quantitatives de la synthèse d’hémoglobine:

les thalassémies

anémie microcytaire

• anomalie qualitative de l’hémoglobine:

la drépanocytose

hémoglobine S crise vaso-occlusive

anémie normocytaire régénérative