Oxygen transport

Schaad

Hémoglobine

Vertébrés

Protéine tétramérique avec groupement hème (Fe²⁺).

Transport réversible de max 4O₂ (sélectif = not CO₂ etc)

45 % du volume cytoplasmique des globules rouges (++ soluble)

Myoglobine

Protéine monomérique dans les muscles (Fe²⁺)

Stockage temporaire d’O₂ dans muscles (++ affinité)

Lab mice can survive without

Hémocyanine

Mollusques et antropodes (Cu²⁺)

Hémérythrine

invertébrés marins (Fe)

érythrocytes

Globules rouges

détection fixation hémoglobines

Fixation ligand sur Fe affecte états électroniques → change absorption de la lumière.

Forme sans oxygène ~ pourpre

Forme avec oxygène ~ rouge

Heme structure

His E7 (distale)

Histidine dans cavité de l’hème, proche site de liaison de l’oxygène

Stabilise l’O₂ lié au Fe²⁺ par liaison hydrogène

Fixation CO moins stable

mutation His E7 → Gly

Glycine = apolaire = pas liaison H avec O₂

Perte de stabilisation de l’O₂ → l’affinité de la myoglobine pour O₂ diminue

Fixation de CO plus stable → l’affinité relative CO augmente → la myoglobine devient ++ sensible au CO.

Hb met

oxidée (Fe ³⁺) → no O₂ transport

état stable proche de R

Hémoglobine structure

structure globine (intéraction αβ-αβ)

assemblage stable 4 myoglobines (monomérique)

dimère de dimères (αβ)₂ (tétramérique)

Efficacité transport O₂ hémoglobine

Kd élevé quand pO2 faible

Kd faible quand pO2 élevé

Kd ↓ quand pO2 ↑

Coopérativité n

récepteur multi ligand

intéractions entre sites fixation

<1 : affinité ↓ ligands fixés ↑

>1 : affinité ↑ fixés ↑

Relation de Hill

θ = Lⁿ/ (Kd+Lⁿ) = Lⁿ/ (L50%ⁿ+Lⁿ)

Coopérativité Hb/Mb

0.66 / 0.11

Source coopérativité Hb

Fixation de ligand sur hémoglobine → déplacement du Fe(II) → changements de conformations (relaxed R to tense T)

Distance sites fixation Hb

Deoxy-Hb Intra dimer : 25 Å / Inter dimer : 34 – 39 Å

Oxy-Hb Intra dimer : 25 Å / Inter dimer : 34 – 35 Å

Tense state

> d’interactions entre dimères

> stable

< affinité pour O2

Relaxed state

< interactions

> flexible

grande affinité pour O2

T → R

rupture ponts salins dans région interface α₁ − β₂

Rotation des dimères αβ liés symétriquement de ~ 15 ° l'un par rapport à l'autre et une translation de ~ 0,1 nm le long de l'axe de rotation.

mécanisme MWC

Équilibre R/T

Hors poumons : ↑CO₂ ↓pH

H+ se lient à Hb et stabilisent l’état T

Protonation His 146 → formation d’un pont salin avec l’Asp94

↓ pH → déplace équilibre R-T vers T → ↑ O2 libérés au voisinage des tissus actifs → effet Bohr

Allostérie

Modification de la réactivité d’une molécule par substrat via site non actif de la protéine

2,3 DPG

Régulateur ↓ hémoglobine affinité pour l’oxygène

Quantités mM dans globules rouges

Produit lors de la glycolyse

Petite molécule chargée −

Lié dans cavité centrale de Hb dans état T

Favorise état T

HbF

↑ affinité oxygène

quatre sous-unités protéiques: 2 sous-unités α et 2sous-unités γ

même structure

anémie falciforme

Mutation Glu6 → Val dans chaîne 𝛽 de l’hémoglobine

Glu6 permet la liaison avec autre molécule Hb

Polymérisation → forme fibres déformant les globules rouges

Homozygotes : non viable

Hétérozygotes : ↑ résistance paludisme mais attaques catastrophiques imprévisibles possibles