UE1 - Biochimie Fiche de cours n° 10 Hémoglobine et...
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UE1 - Biochimie
Fiche de cours n° 10
Hémoglobine et allostérie
� Notion tombée 1 fois au concours �� Notion tombée 2 fois au concours ��� Notion tombée 3 fois ou plus au concours NEW Nouveauté au programme cette année
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L’HÉMOGLOBINE : TRANSPORT d’O2
Contenue dans les globules rouges
� Sert à transporter l’oxygène
Ce n’est pas une enzyme
� Fixe et libère l’oxygène de façon allostérique
HÉMOGLOBINE
STRUCTURE
Tétramère� � 4 sous-unités : α2β2 o 2 sous-unités α o 2 sous-unités β
Association quaternaire
� Entre les sous-unités
Association à des coenzymes
héminiques
� 1 hème par sous-unité o NEW Structure non protéique
� Fe2+ lié à l’hème
MYOGLOBINE
STRUCTURE
Monomère �
� Donc aucun effet coopératif
Protéine du muscle
� Capte l’O2 délivré par l’hémoglobine
HÉMOGLOBINE - MYOGLOBINE
HOMOLOGIE DE SÉQUENCE ET DE STRUCTURE
Représentation de la
myoglobine et d’une sous-
unité de l’hémoglobine
Structure globulaire
� Organisée en 8 hélices alpha = segments hélicoïdaux : A à H o Sous-unités α o Sous-unités β o Myoglobine
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HÉMOGLOBINE
HÈME
Noyau tétrapyrolique
substitué
� Avec un atome de Fer en son centre
Le Fer met en place des liaisons de coordinence
� Les 2 électrons de la covalence viennent du même atome��
� HbO2 o 6 liaisons de coordinence entre la molécule de Fer et : - 4 azotes de la molécule d’hème - Une Histidine de la chaîne protéique�� - L’oxygène
� Hb-désoxy o 5 liaisons de coordinence
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Hémoglobine : PASSAGE D’Hb-dOx À HbO2
LIAISON DU 1er O2
Schéma d’un hème en absence ou présence
du 1er O2
L’O2 se lie au Fer par
coordinence
� Les électrons du Fer changent de sous couche�� o Le volume du Fer diminue��
� Le Fer rentre dans le plan de l’hème��� � His F8 est entrainée avec le Fer�� � Ce mouvement se répercute sur tout le
segment F en hélice α� � Le mouvement de ce segment F se
répercute sur les segments voisins de la même sous-unité�
� Répercussion sur la structure spatiale, d’abord de l’autre sous-unité α� qui
devient plus affine�
Hémoglobine : PASSAGE D’Hb-dOx À HbO2
LIAISON DU 2ème O2
Changements de conformation minimes
de l’ensemble des autres sous-unités
� Suffisent pour expliquer les changements d’affinité de la molécule d’hémoglobine pour l’O2
Passage de l’état tendu T à l’état relâché R
� Etat tendu : T = Hb-désoxy� o Peu affine
� Etat relâché : R = HbO2 o Affine
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HÉMOGLOBINE
LES CONFORMATIONS CORRESPONDENT À DES AFFINITÉS DIFFÉRENTES
Passage d’une forme T à R :
conséquence sur la fixation d’O2
Absence d’O2 � Forme T la plus vraisemblable
Fixation 1er O2 � Changement de conformation local o Changement d’affinité pour la 2ème sous-unité α
Fixation 2ème O2 � Evolution vers la forme R o Equilibre entre T et R
Fixation 3ème O2 � Evolution encore plus vers R
Fixation 4ème O2 � Forme R privilégiée
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Hémoglobine : LES CONFORMATIONS CORRESPONDENT À DES AFFINITÉS DIFFÉRENTES
MESURE DE LA QUANTITÉ D’OXYGÈNE FIXÉE
Allure de la courbe de fixation de l’oxygène
Hémoglobine � Cinétique sigmoïde o [O2] faible : saturation difficile o [O2] forte : saturation plus facile
Myoglobine
� Courbe hyperbolique�� o Pas de possibilité d’interaction entres les chaînes pour modifier l’affinité de la
molécule � Plus affine pour O2 que l’hémoglobine o L’hémoglobine va donner l’O2 à la myoglobine contenue dans le tissu musculaire� o Saturée pour de faible [O2]
Hémoglobine : MODÈLE MONOD WYMAN CHANGEUX
ENZYMES ALLOSTÉRIQUES ET Hb
Multimérique � Chaque protomère ou monomère fixe une molécule de ligand :
substrat, O2,…
Symétrie � Au moins un axe
Deux conformations
différentes
� T pour tendue o Faible affinité pour le substrat
� R pour relaxée o Forte affinité pour le substrat
Transition concertée
� Au sein d’une protéine les protomères adoptent tous la même configuration : R ou T
Pas d’hybride R/T �
� Mais dans les modélisations récentes il y a des hybrides o NEW Hémoglobine : transformation séquentielle
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HÉMOGLOBINE
EFFETS HOMOTROPES
Saturation de l’hémoglobine
NEW En augmentant
progressivement la pression partielle en O2, l’affinité
augmente
� Saturation bien plus efficacement modifiée autour des valeurs de [O2] qui correspondent à la physiologie o Dans les alvéoles pulmonaires : pression partielle de 100 mmHg� - Saturation quasi-complète�
o Dans les veines : pression partielle de 40 mmHg - Désaturation de l’hémoglobine - Libération de l’O2 pour la myoglobine
o Exercice musculaire intense : pression partielle de 20 mmHg - 70% de l’hémoglobine est désaturée et a transféré son O2 sur la myoglobine
HÉMOGLOBINE
EFFETS HÉTÉROTROPES
Fixation d’O2 en fonction de
la pression partielle en O2
Consommation d’O2 augmente
� En acidose : pH diminue� � Quand la température augmente � Quand la concentration en 2,3-biphosphoglycérate
= 2,3-DPG augmente � En hypercapnie : CO2 augmente
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HÉMOGLOBINE
EFFET DE L’AFFINITÉ SUR LES TRANSFERTS D’O2
Courbes de saturation en O2
Hémoglobine F : HbF
� Pendant la vie fœtale le fœtus exprime des gènes différents pour l’hémoglobine : HbF, caractérisée par des chaînes particulières o Plus affine pour l’O2 que l’hémoglobine adulte A : HbA
� Dans le placenta une molécule d’HbA libère son O2 vers l’HbF o p50 HbF < HbA permet l’oxygénation du sang du fœtus
Hémoglobine : PATHOLOGIES
INTOXICATION AU MONOXYDE DE CARBONE (CO)
230 fois plus affine qu’O2�
� Entre en compétition avec l’oxygène pour la fixation sur le Fer
1,3% de CO dans l’air : décès en 3min
� Totalité des Hb saturées o Plus de possibilité de fixation d’O2
Hémoglobine : PATHOLOGIES
L’ANÉMIE FALCIFORME : HÉMOGLOBINE S = HbS
Hémolyse et anémie
� Les globules rouges ont une forme de faucille
HbS (T) précipite
� Empêche fixation d’O2 o Lésions d’anoxie tissulaire en cas d’oxygénation insuffisante - NEW Eviter les situations amenant à une désaturation intense pour éviter les
hypoxies tissulaires
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ANNALES CLASSEES CORRIGEES � [Notion non traitée dans ce chapitre et corrigée sur la base du cours de l’année précédente] � Item modifié pour correspondre au programme du concours de cette année
2018
Q 41 : Lors de l'étape de fixation du premier O2 sur l'hémoglobine « désoxy » :
A : La molécule d'hémoglobine « désoxy » est en conformation relâchée B : Les électrons du Fer liant O2 changent de sous-couche et le Fer diminue de volume C : Le Fer rentre dans le plan du noyau de l'hème et attire une Histidine à laquelle il est lié par
une coordinence D : Dans une liaison de coordinence, les deux électrons viennent du même atome,
contrairement à la covalence E : O2 se lie au Fer par des interactions faibles
Q 42 : A propos du schéma ci-dessous représentant la saturation en O2 en fonction de la pression partielle d'O2, où la courbe 2 correspond à l'hémoglobine à pH 7,4 et 37°C :
A : La courbe 1 peut correspondre à la myoglobine B : La courbe 1 peut correspondre à celle de l'hémoglobine foetale C : La courbe 1 peut correspondre à une mesure réalisée à un pH abaissé D : La courbe 1 peut correspondre à une mesure réalisée après action du dithiothreitol E : Les flèches pointent les Km (constantes de Michaelis)
Q 43 : A propos de l'hémoglobine :
A : Il s'agit d’un dimère alpha-bêta B : En absence d’O2 le fer est dans le plan de l’hème C : Il n'existe pas d'hybrides RT dans le modèle Monod Wyman Changeux D : La molécule d'hémoglobine se sature à 100% pour des valeurs de pression partielle
correspondant à celles qu'elle rencontre dans le muscle E : Le monoxyde de carbone a une plus grande affinité que l'oxygène moléculaire pour
l'hémoglobine
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TABLEAU DE REPONSES
2018
Q41 : BCD
Q42 : B
Q43 : CE