UE 1 : Biochimie. Fiche de cours n 9. Les hémoprotéines

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1 UE 1 : Biochimie Fiche de cours n 9 Les hémoprotéines NEW Notion tombée 1 fois au concours Notion tombée 2 fois au concours Notion tombée 3 fois ou plus au concours Nouveauté au programme cette année 1

2 I- L'hème HEME = GROUPEMENT PROSTHETIQUE DES HEMOPROTEINES Protoporphyrine Un atome de Fer Noyau = anneau tétrapyrrolique : 4 pyrroles reliés par des liaisons α-méthylènes Substituants sur les carbones β : 4 groupements méthyles 2 groupements vinyles 2 groupements propionates Donne la couleur rouge au sang Structure plane Sous forme ferreux Fe 2+ Peut se lier par 6 liaisons de coordinence 4 qui relient les atomes d azote de l anneau tétrapyrrolique au fer 1 se lie à la protéine 1 se lie à l'oxygène En cas de Fe 3+ dans l'hémoglobine : Obtention de methémoglobine incapable de transporter l oxygène II- Les hémoprotéines Protéine globulaire Fonction Partie protéique : apomyoglobine Liaisons du fer MYOGLOBINE STRUCTURE ET PROPRIETES Retrouvée dans les muscles Stocke l oxygène au repos Libère l oxygène lors d une contraction intense et prolongée 1 séquence peptidique avec 8 hélices α A, B, C, D, E, F, G et H 75% des acides aminés sont dans les hélices α Poids moléculaire = acides aminés dont : Histidine E7 : 7 ème acide aminé de l hélice α E Histidine F8 ou histidine 93 : 8 ème acide aminé de l hélice α F L hème est dans une crevasse hydrophobe à l intérieur de la protéine 1 liaison de coordinence relie le fer à un azote de la chaîne latérale de l histidine F8 : Fixe l anneau tétrapyrollique à l intérieur de la crevasse 1 liaison de coordinence fixe l'oxygène Fe O=O : angle de 120 Positionnement de l'oxygène grâce à l'histidine E7 Myoglobine non oxygénée : atome de fer à 0,3 angström du plan de l anneau tétrapyrollique Fixation d'oxygène : descende du fer dans l anneau tétrapyrollique Modification de la structure de la myoglobine Stabilisation 2

3 Courbe de saturation en oxygène Affinité pour le monoxyde de carbone (CO) MYOGLOBINE AFFINITE Forme une hyperbole 80% de saturation à 20mmHg Oxygène libéré lors d un travail musculaire important Pressions partielles en oxygène : 100 mm Hg dans les poumons 40 mm Hg dans le sang veineux 20 mm Hg dans les muscles qui travaillent normalement 5 mm Hg dans les muscles en activité intense Formation de carboxymyoglobine Sans histidine E7 : Affinité fois supérieure à celle de l oxygène pour la myoglobine Affinité diminuée grâce à la présence de la chaîne latérale de l histidine E7 Protéine globulaire multi sous unitaire Fonction Partie protéique de l'hémoglobine adulte HbA : apohémoglobine Liaison à l'hème Hémoglobine fœtale STRUCTURE ET PROPRIETES Retrouvée dans les globules rouges Cellules biconcaves sans organites et sans noyau Diamètre d'environ 6 à 9 microns Transporte l oxygène des poumons vers les tissus périphériques Transporte 600L d oxygène par jour Transporte le dioxyde de carbone et les protons des tissus vers les poumons Poids moléculaire = chaînes peptidiques : 574 acides aminés 2 chaînes α identiques : α1 et α2 141 acides aminés chacune 2 chaînes β identiques : β1 et β2 146 acides aminés chacune Interactions ioniques entre les chaînes peptidiques NEW Dans les chaînes : histidine 146 chargée positivement, acide aspartique 94 chargé négativement NEW Dans les chaînes : arginine 141 chargée positivement, acide aspartique 126 chargé négativement, lysine 40 chargée positivement Chaque chaîne peptidique fixe un hème Dans une crevasse hydrophobe à l intérieur de la protéine De la même manière que dans la myoglobine Chaînes γ au lieu des chaînes β Affinité pour l'oxygène supérieure 3

4 AFFINITE POUR L'OXYGENE Courbe de dissociation de l oxygène Forme une sigmoïde Poumon : 96% de saturation Sang veineux : 64% de saturation Affinité pour l oxygène Diminue progressivement des poumons vers les tissus périphériques Oxyhémoglobine : forme oxygénée Désoxyhémoglobine : forme sans oxygène Mécanisme de coopérativité positive : la fixation d une molécule d oxygène sur une des chaînes augmente de 500 fois l affinité pour la deuxième molécule d'oxygène Fer à 0,6 angström du plan de l anneau tétrapyrollique dans l'hémoglobine non oxygénée Descente du fer dans l anneau tétrapyrollique suite à la fixation d'un dioxygène Rupture de certaines interactions ioniques Augmentation de l'affinité pour le deuxième dioxygène Drépanocytose Thalassémie EXEMPLES DE PATHOLOGIES Touche environ 500 millions de personnes dans le monde Pathologie surtout présente dans les pays où le paludisme est présent Protection contre le paludisme chez les personnes hétérozygotes Hémoglobine HbS due à une mutation Glu6Val : Acide glutamique en position 6 remplacé par une valine sur les chaînes β Acide aminé hydrophile remplacé par un acide aminé hydrophobe Polymérisation de l hémoglobine dans les globules rouges Aspect de faucille Bouche les capillaires sanguins Anémie due à la fragilité des globules rouges, qui sont détruits Pathologie liée à une diminution de la quantité des chaînes peptidiques 4

5 ADAPTATION DE L AUX BAISSES DE PRESSION DE L OXYGENE (PAR EXEMPLE EN ALTITUDE) Augmentation du nombre de globules rouges Par érythropoïèse Mécanisme un peu lent à se mettre en place Par formation de 2,3 di (ou bi)phosphoglycérate Dérivé de la glycolyse obtenu quand il n y a pas assez d oxygène Fabriqué à la place du 3-phosphoglycérate À partir du 1,3-biphosphoglycérate Ionisé à ph physiologique (charges négatives) Interactions avec l hémoglobine Courbe de saturation en oxygène déplacée vers la droite Permet à l hémoglobine de relarguer plus d oxygène dans les tissus TRANSPORT DU CO2 ET DES PROTONS PRODUITS PAR LES TISSUS PERIPHERIQUES Environ 90-95% des cas Environ 5% des cas Dans les tissus périphériques : transformation de CO 2 et H 2O en acide carbonique H 2CO 3 Passage dans les globules rouges et transformation de l'acide carbonique en H + et HCO 3 par l'anhydrase carbonique HCO 3 soluble dans l'eau donc passe dans la circulation et arrive au niveau du poumon H + se fixent à une histidine de l'hémoglobine et remontent vers les poumons Dans les poumons : Association des ions H + et HCO 3 en acide carbonique Transformation de l'acide carbonique en CO 2 et H 2O Fixation de CO 2 sur l'hémoglobine + NEW Liaison à l'extrémité NH 3 NEW Formation de carbaminohémoglobine Hémoglobine glyquée ou glycosylée = HbA1c FIXATION DE GLUCOSE Fixation du glucose NEW Sur des fonctions NH 3 + terminales ou de chaînes latérales de lysines NEW Par une liaison covalente N-glycosidique NEW Normalement : moins de 5% d'hémoglobine glyquée dans le sang Dosage chez les patients diabétiques : La quantité de glucose fixée sur l hémoglobine reflète la quantité de glucose dans le sang Durée de vie d'un globule rouge : environ 120 jours 5