Transport de l`oxygène : I) Généralités

Transport de l’oxygène :
I) Généralités :
Un transporteur est indispensable car l’oxygène est très peu soluble dans un milieu liquide, le corps
est dans un milieu liquide donc l’oxygéné ne peut se déplacer au maximum que sur quelques
centimètre. Autant un organisme unicellulaire peut facilement prélever de l’oxygène dans l’air autant
un organisme multicellulaire il faut un système spécialisé car la distance entre l’air et la cellule puisse
se faire par diffusion.
Cette nécessité du transport est aussi bien pour l’oxygène que pour le CO2, car il ne suffit pas qu’il y
ait du sang car le sang est un liquide l’oxygène étant peu liquide le sang contiendra très peu
d’oxygène. Donc il faut quelque chose, une « charrette » qui charge l’oxygéné ça va être
l’hémoglobine, pour pouvoir transporter l’oxygéné dans le sang et au niveau du CO2 il faut aussi un
transport non pas à cause de sa solubilité mais parce que c’est un gaz acide et si on le laisse dans le
sang on aurait une acidose.
La quantité de gaz à transporter est de la même l’ordre pour l’oxygène et le CO2, c’est de l’ordre de
250 L/min au repos, par contre à l’exercice sa peut monter jusqu’à 3-5L/min (facteur 20).
Différence pression partielle et contenue :
La pression partielle, c’est la pression développé par un gaz sur un liquide, et ça s’équilibre avec la
pression du gaz dissout dans le liquide. C'est-à-dire qu’il y a une proportionnalité entre la pression
partielle d’un gaz et la quantité dissoute de ce gaz dans le liquide.
Hors pour le CO2 et l’oxygène il n’y a pas que du gaz dissout il y a du gaz liées chimique, et cette
liaison n’est généralement pas liées de façon proportionnelles avec la pression partielle.
Le contenue tient compte de toutes les formes dissoutes et liées et il s’exprime en mL(de gaz)/100
mL(de sang).
La PO2 dans le poumon s’équilibre dans le poumon avec le sang et ensuite, il y a
une perte de charge ou on perd 5-10mmHg par rapport à l’alvéole. Au niveau
veineux pression veineuse en O2 a beaucoup chuter de 95 à 40, on perde plus de
la moitié en pression partielle.
Pour une PO2 a 95 on a un contenue dans un sang artériel normal de l’ordre de
20mL d’oxygène, pour une pression dans les veine a 40mmHg on n’a pas la moitié
on a un contenue relativement élevée de 15mL. La différence artério veineuse qui
prélever par les tissus est de 5mL/100mL soit un gros ¼ de ce que l’artère a amené au tissus.
Les formes de transport de l’oxygène dans le sang :
L’oxygène dissout quantitativement est négligeable parce que l’oxygène est très peu soluble, sa suit
la Loi de Henry et le coefficient de solubilité est de 0,003mL/100mL de plasma/mmHg, avec une PO2
de 95 on se retrouve avec finalement avec seulement 0,28 d’oxygène pour 100mL de plasma.
Ce qui veut dire que s’il n’y a pas d’hémoglobine on meurt, on n’est pas capable de transport assez
d’oxygéné dissout dans un tissus pour couvrir les besoins métabolique tissulaire. Même en oxygène
pure la PO2 monte à 650, l’O2 dissout est de 1,8 ce qui est très insuffisant par rapport aux besoins
métaboliques qui sont de 5mL.
Par contre dire que l’oxygène dissout est négligeable quantitativement ne veut pas dire qu’il ne joue
pas de rôle, l’oxygène dissout est une des formes majeur d l’oxygène car tous les échanges
importants se fait sous forme d’oxygène dissout, l’Hb ne sert qu’à transporter le l’oxygène.
Pratiquement partout l’oxygène dissout va être l’élément fonctionnel.
On a en fonction de la PO2 l’oxygène dissout et qui est extrêmes faible,
a coter on la quantité d’oxygène contenue dans le sang fixé sur l’Hb
qui est 100 fois plus importante. Une des premières choses à voir dans
cette relation contenue-pression c’est que ce n’est pas une relation
linéaire mais une relation sigmoïde.
La forme de sigmoïde est liées d’une part a des propriétés d’allostérie
et puis le plateau en haut est liées au fait que c’est un transport
saturable, une molécule d’Hb a 4 quatre places une fois que els quatre
places sont prises elle ne peut pas en transporter plus. Il y a un moment donné ou la pression est
trop faible pour fixer l’oxygène sur l’hémoglobine et quand la pression la pression devient suffisante
pour les 4 sites soient occupé on peut augmenter la pression ça ne changera rien.
II) Description de l’hémoglobine :
Structure de l’hémoglobine :
L’Hb c’est une protéine qui a 4 chaines, chacune de ces chaines a en son cœur un noyau porphyrique
qui contient un fer ferreux (Fe2+) et l’ensemble s’appelle l’hème. Et l’oxygène peut se fixer sur le fer
par des liaisons essentiellement hydrogènes, comme il y a 4 hème on peut fixer 4 oxygènes. Le fer est
obligatoirement un fer ferreux et la fixation de l’oxygène dessus n’est pas une oxydation, si le fer est
oxydé fer ferrique (Fe3+) l’Hb n’est plus fonctionnelle, on a régulièrement une fraction des hèmes
oxydé par la pollution ou des médicaments, c’est la méthémoglobine.
Une fois que l’oxygène est fixé sur l’hème, ils ont développé des liaisons hydrogène avec les acides
aminés voisins de la molécule, le fait que l’oxygène soit foxé ou pas fixé ça va changer les liaisons
hydrogène et va changer la structure quaternaire de l’Hb et va changer ces propriétés. C’est une des
caractéristiques fondamentales de l’Hb qui va être à l’origine de toutes ces propriétés dans le
transport de l’O2, du CO2 et la régulation acido-basique.
Transport saturable :
On peut quantifier le transport maximal, c’est un oxygène par chaine dans l’hème soit 4 mole cule
d’oxygène par molécule d’hémoglobine. On peut calculer que ne théorie l’Hb devrait pouvoir fixer
1,39mL d’O2/g, quand on mesure le pouvoir oxyphorique en général on tombe sur 1,34 car une
petite fraction des noyaux d’hème sont oxydé en méthémoglobine.
On peut aussi calculer la quantité fixable pour toute l’hémoglobine du sang, mais ça va dépendre de
la quantité d’Hb dans l’organisme et ce n’est pas fixe (garçon=14,5 filles=13,5), c’est donc le pouvoir
oxyphorique que multiplie le taux d’Hb. Pour la calculer on place le sang a une PO2 de 150 pour être
sure que tous les sites sont saturés. A la PO2 qu’on a dans le sang on a une saturation complète, si on
a une PO2 basse (malade, altitude) les sites ne seront pas tous occupé.
Saturation et contenue :
On peut la défibre soit en contenue (concentration) soit en saturation
c’est équivalent. On peut donc exprimer la quantité d’oxygène fixé à
l’hémoglobine non pas en valeurs exacte mais en pourcentage de ce
qui est fixable au maximum.
La saturation c’est facile à mesurer au quotidien parce que l’Hb selon
qu’elle oxygéné ou on elle n’a pas la même couleur, on à des oxymètre
que l’on met au doigt et qui regarde quel est la saturation et à ce
moment on peut très facilement voir si quelqu’un a une hémoglobine
saturé à 100%. Le contenue lui c’est la capacité que multipliera saturation.
Il ne faut pas oublier que la saturation donne la proportion de sites occupé
mais pas le nombre de sites. Le nombre de site dépend du taux d’Hb, ce
n’est pas parce qu’n a une saturation a 100% qu’on a une oxygénation
correcte, si on que 2g d’Hb dans le sang même s’ils sont saturé a 100% les
tissus seront hypoxique. S on a une polyglobulie on aura plus d’O2 dans le
sang si on aune anémie on aura moins d’O2 dans le sang même si l’Hb est
saturé.
Mais la saturation renseigne mieux sur la PO2 car de toute façon pour être saturé à 100% il faut une
PO2 normale. Si on a une désaturation on sait que l’on a une hypoxie.
III) Propriété allostérique de l’hémoglobine :
L’Hb existe sous 2 forme elle peut prendre en fonction des liaisons hydrogènes deux forme en
structure quaternaire :
-
-
Une forme T = tendue, où les 4 chaines sont reliés de maniéré étroite par des liaisons
hydrogènes, et els 4 chaines sont liées au cœur de la molécule par le 2-3-DPG par des liaisons
covalentes. Cette structure est entremêlent tendue, la molécule est rigide et ne peut
pratiquement pas bouger, cette forme a très peu d’affinité pour l’oxygène
La forme R= relâché, c’est la forme que prend la molécule quand elle a fixé l’O2. La fixation
de l’oxygène rompt les liaisons covalente avec le 3-3-DPG et les liaisons hydrogènes sont
beaucoup plus lâches que quand l’Hb fixe l’oxygène. Les différentes sous unités sont
relativement libre els unes des autres et elle a une affinité plus importante pour l’oxygène
L’Hb sous forme R est rouge vif alors que la forme T elle a une couleur violacé qui donne la couleur
du sang veineux, et c’est cette différence de couleur qui est détecté par les oxymètre et qui permet
de calculer la saturation.
Coopérativité inter chaines :
L’allostérie va être à l’origine d’une petite coopérativité inter-chaine, c'est-à-dire que quand il n’y
aucun O2 fixé sur aucun des sites, l’affinité pour l’oxygène de l’Hb est très faible. Il suffit que un
oxygène se fixe sur un site pour augmenter de façon importante la proportion de forme R, ça veut
dire que l’on augmente l’affinité des autres chaines pour l’oxygène, ça explique le début de la
sigmoïde. Apres quand on a fixé 3 sur les quatre sites le quatrième oxygène est difficile à fixer car il
n’existe pratiquement plus de places vides, on est alors au plateau de
saturation.
Myoglobine et hémoglobine :
Quand on a qu’une seule chaine comme dans la myoglobine (protéine
dans le muscle), la forme n’est plus sigmoïde mais hyperbolique avec
une affinité plus importante. On a donc plus cette forme sigmoïde qui
est liées à la coopérativité des 4 chaines.
Avantage de la relation sigmoïde :
Cette relation sigmoïde a des avantage dans le transport car il va y
avoir un plateau de saturation a PO2 élevée et une très grande pente pour la relation
contenue/pression. Le plateau de contenue au niveau des fortes PO2 c’est particulièrement utile car
ça veut dire que quand on est à des PO2 voisines de la normale (PO2 environ de 80) quand on
diminue la PO2 on ne perd pas beaucoup d’oxygène dans l’Hb. Si on vue en altitude on a une PO2
dans l’air qui est basse (= un peu près 60), on fixerait théoriquement moins d’oxygène le fait de ce
plateau ça veut dire que en altitude moyenne on a pratiquement perdue en fixation d’oxygène au
niveau pulmonaire.
On a une forte pente entre 30 et 40 (=PO2 veineuse normale), à ce moment-là dès qu’on diminue un
petit peu la PO2 veineuse on est tout de suite dans une forte pente il suffit de diminuer très peu la
PO2 pour libérer beaucoup d’oxygène.
C’est toujours gênant de baisser beaucoup la PO2 veineuse et tous ce qui empêcher la pO2 veineuse
de baisser est très utile car ça permet de garder une pression capillaire élevée pour favoriser une
diffusion rapide entre le capillaire et la mitochondrie.
Modification de l’affinité :
Il y a des interactions entre le 4 ligans de l’hémoglobine, ces 4 ligans sont : l’oxygène, l’hydrogène, le
CO2 et le 2-3-DPG.
Sous forme R l’Hb a une forme affinité pour l’oxygène, elle a
peu d’affinité pour les H+ et le CO2 et elle n’a pas fixé le 23-DPG. Sous sa forme T quand elle libère l’oxygène elle fixe
le CO2, elle a beaucoup d’affinité pour les H+ et elle a fixé le
2-3-DPG. Tous ce qui favorise la forme T favorise la
libération de l’oxygène.