Exposé scientifiqueExposé scientifiqueHEMOGLOBINE

Brahim ZARDOUAMagistère PCM1

Plan

I-Généralités1-Généralités2 St t hi i2-Structure chimique

II-Biosynthèse de l'hémoglobineIII Rôles et fonctionnement de l'hémoglobineIII-Rôles et fonctionnement de l hémoglobine

1-Le transport de O2

2-Les modulateurs de l'affinité de l'hémoglobine pour O2g p 2

IV-Hémoglobines anormales et maladies moléculaires1-β-thalassémie2-Drépanocytose

V-Conclusion

I-Généralités :1-Quelques généralités :

présente chez tous les vertébrés.Hémoprotéine : globine + hèmeHémoprotéine : globine + hème.Structure 3D obtenue par diffraction des rayons X par Perutz MaxFerdinand en 1960 (colauréat du prix Nobel de chimie en 1962 pourcette même découverte)cette même découverte).Présente dans les érythrocytes (globules rouges).Environ 250 millions d'hémoglobines par globule rouge.Taux sanguin “Normal” : 150 g.L-1

Masse molaire : 64500 g.mol-1

Transport de O de CO et de H+ dans le sangTransport de O2, de CO2 et de H+ dans le sang.Première approche de la notion de la maladie moléculaire(drépanocytose).

2-Structure chimique :L'hémoglobine est une molécule composé de deux parties :L hémoglobine est une molécule composé de deux parties :

L'hème : porphyrine + Fe2+

Noyau protoporphyrine : Noyau tétrapyrrolique.

Protoporphyrine del'hémoglobine : porphyrine de lasérie IX.

Protoporphyrine IX + Fe2+ Hème.

Le fer est à l'état ferreux.

Liaison de coordination du feraux :-quatres atomes N des pyrols-5ème position de coordination :résidu histidyl His F8.-6ème position de coordination :

é l'Ooccupée par l'O2.Conjugaison de l'hème :

coloration rouge du sang.

Partie protéique : famille des globines, 4 chaînes identiques deux à deux (αα (141aa) et ββ (146aa)).deux (αα (141aa) et ββ (146aa)).liées par des liaisons éléctrostatiques et interactions hydrophobes.Globine (protéine globulaire) liée à l'hème par des liaisons covalentescovalentes.Pas ou peu de conatct αα et ββ, mais des conatcts αβ.Interface : c'est à ce niveau que les informations se transmettent d'une chaîne à l'autre lors de la fixation de O CO H+d'une chaîne à l'autre lors de la fixation de O2, CO, H+...Plusieurs types de globines :

Chez l'adulte : 2α et 2β (HbA1), 2α et 2δ (HbA2 minoritaire < 6%).chez le foetus : 2α et 2γ (HbF) .chez l'embryon : 2ζ et 2ε.

Hème dans une crevasse de la moléculeHème dans une crevasse de la molécule.Globines constituées de plusieurs segments (droits : notés de A à H) : structure en Hélice α.Acides aminés polaires à l'extérieur et apolaires à l'intérieurAcides aminés polaires à l extérieur et apolaires à l intérieur.Deux exceptions : 2 résidus polaires His à l'intérieur (His F8 et E7) .Avantage : - empêche l'oxydation du fer.

- diminue l'affinité de Hb pour le CO.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d9/Haemoglobin-3D-ribbons.png

II-Biosynthèse de l'hémoglobine1-Biosynthèse de l'hème

Réaction mitochondrialeRéaction mitochondriale.

Condensation de 8 succinyl-CoAavec 8 glycineavec 8 glycine.

Décarboxylation spontanée del'acide α amino β cétoadipiquel acide α amino β cétoadipique.

Enzyme clé de la biosynthèse del'hème : ALA synthasel hème : ALA synthase.

Régulation allostérique par leproduitproduit.

Ré i liRéaction cytosolique.

Condensation de deux ALA.

Déshydratation.

Porphobilinogène (PBG) : Noyau pyrrol avec un acétyl et unpropionyl.

Sensible au plomb : porphyries acquises (saturnisme) .

Réactions cytosoliques.

C d ti d 4 PBGCondensation de 4 PBG.

Cyclisation de la molécule.

Uroporphyrinogène III :Noyau tétrapyrrolique.

Ré ti t liRéaction cytosolique.

4 décarboxylations : départ des 4 CO2 des groupements acétyl.

Réaction mitochondriale.C'est une oxydation.

Réaction mitochondrialeRéaction mitochondriale.Oxydation.Libère 6H.Différence entre protoporphyrinogène IX et protoporphyrine IX : ponts

éthèp p p y g p p p y p

méthènes.

Réaction mitochondrialeRéaction mitochondriale.

2-Pathologies liées à la synthèse de l'hème.

Porphyries essentielles :liées au déficit de l'une des enzymes intervenant dans la chaîne de

biosynthèse de l'hème.

Exemples : anémies...

Si h d l'hè i t é ( t )• Si proche de l'hème : signes cutanés (pas trop graves)

• Si au début de la chaîne de biosynthèse : syndrôme abdominal etneurologique (graves) PBG et ALA toxiques.g q (g ) q

Porphyries acquises :inhibition de certaines enzymes de la voie de biosynthèse de par des

médicaments ou des substances toxiques.

Exemple : Pb saturnisme.

III-Rôles et fonctionnement de l'hémoglobine1 le transport de O1-le transport de O2

L'oxygène insoluble dans l'eau : transporteur dans le sang.Une Hb : quatre sites liaisons pour O2 (1molécule/hème) .Laison à l'O2 réversible.La fixation de O2 : oxygénation et non oxydation !Transport de O des poumons vers les tissusTransport de O2 des poumons vers les tissus.P50 : pression à laquelle la moitié des sites de Hb est occupée par l'O2.

P50 (Hb) > P50 (Mb) ➔ Affinité (Mb) > Affinité (Hb)

Allure sigmoïde.Phénomène de coopérativité.Phénomène de coopérativité. Poumons : PO2 élevée Affinité augmentée Fixation de O2.

Tissus : PO2 faible Affinité diminuée libération de O2.

Fi i d O L f dé l éFixation de O2 : Le fer est déplacée.

Hb sous forme réduite : fer décalé par rapport au plan de l'hème.Hb sous forme oxydée : fer dans le plan de l'hème.modification de la structure 3D de Hb.Existence de deux formes d'Hb : R (relachée) et T (tendue).

N N ON N

OO

Le fer est plus ou moins gros suivant sa sphère de coordination :En haut spin : volumineux au dessus du plan de la porphyrineEn haut spin : volumineux, au dessus du plan de la porphyrine.En bas spin : petit, dans le plan de la porphyrine.

Fixation de O : Passage du haut spin au bas spin son rayon diminueFixation de O2 : Passage du haut spin au bas spin, son rayon diminue.

2-Les modulateurs de l'affinité de l'hémoglobine pour O2

a-Influence du BPG :Molécule à trois atomes de C.

2 groupement PO32- et 1

goupement COO-.

Synthétisée par les érhytrocytes.

Capacité à se fixer sur l'Hb.p

Une seule molécule de BPG parHb.

Interactions éléctrostatiques avecles chaines β de l'Hb : résiduschargés positivement (Lys et His)chargés positivement (Lys et His).

Affinité préférentielle pour ladésoxyhémoglobine.y g

Favorise la forme T du tétramère.

Le 2-3 BPG se fixe dans une cavité au centre du tétramère

Lys 82 ß1Lys 82 His 143

OO

NH +

His 2

NH3+

CH2

OPO

OO

O

CH

OP O

O

NH3+

NH3+

NH3+O

3

His 23

ß2Hi 143

Lys 82

His 143

Le 2,3 BPG diminue l'affinité de l'Hb pour O2.Le 2,3 BPG diminue l'affinité de l'Hb pour O2.

Eff t hété tEff t hété tEff t hété tEffet hétérotrope négatif.Effet hétérotrope négatif.Effet hétérotrope négatif.

Présence de BPG : allure sigmoïde Effet coopératif.Absence de BPG : allure hyperbolique Pas de coopérativité.

HbF fixe moins bien le 2,3 BPG que HbA Affinité grande pour O2.HbF fixe moins bien le 2,3 BPG que HbA Affinité grande pour O2.

Différence : His chargée + dans la chaîne β de HbA remplacée par unesérine neutre dans la chaîne γ de HbF.

Passage de l'O2 de la mère au foetus.

b-Influence du pH :

L i H+ fi t é id Hi (146 d h i β)Les ions H+ se fixent sur un résidu His (146 des chaines β).PH physiologique : 7,35-7,45.Muscle : contraction musculaire provoque la libération d'acide.A t ti d' iditéAugmentation d'acidité.Diminution de pH.Diminution de l'affinité de l'Hb pour l'oxygène.Libération de l'oxygèneLibération de l'oxygène.

Effet hétérotrope négatif.

c-Influence du CO2

• Fixation au niveau des extrémités NH2 term et NH2 des Lys.

CO + H O H CO HCO - + H+CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+

DONC:↑ [CO2] ==> Baisse de pH

DONC:↓ [CO2] ==> Hausse de pH

Eff t hété t é tifEffet hétérotrope négatif.

IV-Hémoglobines anormales et maladiesmoléculaires

β−thalassémiePathologie quantitative.

β−thalassémieβ−thalassémie

Affecte le nombre de chaines synthétisées (ici �).Pas de synthèse de HbA.A la place HbF (chaines �) ou HbA2(chaines �)A la place, HbF (chaines �) ou HbA2(chaines �).Fréquente dans la bassin méditéranéen.

A é i f l if2-Drépanocytose

Anémie falciforme.Anomalie qualitative.Glu chargée – dans la chaîne β Val neutre.

Protéine synthétisée anormale quand elle se met sous la forme désoxy (HbS).

Détruit les globules rouges (déformées en forme de faucille).Formation d'agrégats fibreux.

70 < [Hb]<80 g.L-1

Analyse par éléctrophorèse.

http://www.ens-lyon.fr/DSM/magistere/projets_biblio/2002/cmichel/hbS.htm

http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/ATP/images/midighbr.jpg

V-Conclusion

Aujourd'hui des recherches sont faites sur l'hémoglobine pour traiter lesAujourd hui, des recherches sont faites sur l hémoglobine pour traiter lespatients atteints de tumeurs cancéreuses. Par exemple, le NO est unagent qui signale aux vaisseaux sanguins qu'ils doivent se dilater. Lacombinaison de l'hémoglobine au moxyde d'azote permet d'augmenterconsidérablement l'apport d'oxygène aux tissus cancéreux qui sontd'autant plus résistants qu'ils sont peu oxygénés. Ce qui rend plus efficacele traitement des malades par la radiothérapie et la chimiothérapie.

F Quelques références F www.vulgaris-medical.com/encyclopedie/hemoglobine-2241.html

http://www.inrp.fr/Acces/biotic/gpe/dossiers/drepanocytose/html/hbstr.htm

Iwww.ens-lyon.fr/DSM/magistere/projets_biblio/2002/cmichel/hbS.htm

Wikipédia

Livre « Biochimie humaine» Medecine sciences FlammarionIN

Livre « Biochimie humaine» Medecine-sciences Flammarion

Cours de PCEM1.

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