dossier 1

Formica Antonio 2°2
Rôle du sang dans le transport des gaz de la respiration
Les échanges gazeux
Au niveau des poumons (ou tout autre organe respiratoire excepté les trachées), le sang doit
récupérer l'oxygène de l'air et rejeter le CO2 qu'il transporte. Au niveau des cellules s'opère un
échange inverse.
Cet échange se fait selon le principe de diffusion. L'air des poumons est riche en oxygène
(pression de 100 mmHg) et pauvre en CO2 (40 mmHg). A l'inverse, le sang qui arrive dans les
poumons par l'artère pulmonaire est pauvre en O2 (40 mmHg) et riche en CO2 (46 mmHg).
Naturellement les gaz vont aller vers le milieu le moins concentré, l'oxygène des alvéoles vers le
sang, le dioxyde de carbone du sang vers les alvéoles. Le sang n'étant pas immobile mais
constamment renouvelé, le gradient d'oxygène est maintenu. De même l'air des alvéoles étant
renouvelé lors du cycle respiratoire, le gradient de CO2 est maintenu.
Le sang quitte les poumons, par la veine pulmonaire, pour irriguer les différents organes du corps
par l'intermédiaire des artères.
Le principe est identique au niveau cellulaire : les cellules possèdent peu d'oxygène (car elles le
consomment lors de la respiration cellulaire) et beaucoup de dioxyde de carbone (car elles le
rejettent lors de la respiration cellulaire) par rapport au sang. Il se produit donc le phénomène
inverse à celui des poumons.
Et HHbO2 <-> H+ + HbO2-
Le transport des gaz
Mis à part chez les insectes où le sang n'a pas de rôle dans le transport des gaz, la plupart des
autres organismes ont besoin du sang pour alimenter leurs cellules en oxygène. Le plus souvent
l'oxygène se fixe sur une molécule transporteur tandis que le CO2 circule à l'état dissout.
Le transport d'oxygène
L'oxygène est pris en charge par une molécule, un transporteur. L'affinité de ce transporteur à
l'oxygène dépend de plusieurs facteurs.
Les transporteurs
Seule une faible fraction d'oxygène circule à l'état dissoute dans le sang (0,3 % chez l'homme).
Le reste est fixé à un transporteur. Ce transporteur est un pigment de nature protéique qui possède
un atome métallique de fer ou de cuivre. Il en existe 4 différents :
•
La chlorocruorine : elle n'existe que chez les annélides polychètes et est de couleur
verte. Elle fixe l'oxygène par un atome de fer porté par une structure porphyrique. Elle
n'est jamais porté par une cellule.
•
l'hémérythrine : elle ne possède pas de structure porphyrique mais fixe l'oxygène par un
atome de fer. Sa couleur est rouge-violacée. On ne la rencontre que dans quelques
groupes d'invertébrés (brachiopodes, sipunculiens et également certains polychètes),
portée par une cellule.
•
l'hémocyanine : elle ne possède pas de structure porphyrique et fixe l'oxygène par un
atome de cuivre. Sa couleur est bleue. Sa distribution est assez importante chez les
invertébrés (mollusques, crustacés,...). Elle circule toujours à l'état libre dans
l'hémolymphe.
•
l'hémoglobine : elle possède une structure porphyrique avec un atome de fer (un hème).
Sa couleur est rouge. Elle se trouve chez tous les vertébrés et beaucoup d'invertébrés
portée par une cellule ou en solution. Chez les vertébrés la porphyrine est associée à une
protéine (ou globine) pour former un hème. Une hémoglobine peut être composée de
plusieurs sous-unités (4 chez l'homme), dans ce cas la fixation d'un oxygène avec une
sous-unité entraîne une affinité plus grande des autres sous-unités à l'oxygène (et
inversement) selon le principe de coopérativité des enzymes. La myoglobine est la forme
la plus simple d'hémoglobine.
Le fer reste toujours à l'état ferreux (fer réduit), même lorsqu'il a fixé l'oxygène. Cela permet une
réaction réversible. La forme oxydée de l'hémoglobine est appelé methémoglobine. Cette forme
ne peut plus se combiner à l'oxygène. L'hémoglobine peut également fixer le CO2 mais avec une
affinité beaucoup plus faible que pour l'oxygène. Par contre, l'hémoglobine est beaucoup plus
affine pour le CO (monoxyde de carbone) que pour l'oxygène. Le CO aura donc tendance à
remplacer celui-ci. Et même si la réaction est réversible cela peut aboutir à une asphyxie très
rapide.
L'hémoglobine (Hb) possède aussi un rôle de tampon sur le pH (40% du pouvoir tampon du
sang). Elle permet ainsi de limiter l'acidification du sang du à la dissolution du CO2 :
HHb <-> H+ + HbLe transport du CO2
Le CO2 circule sous plusieurs formes :
•
La plus grande partie (60%) circule sous forme dissoute dans le plasma. Le HCO3- ainsi
formé joue un grand rôle dans l'équilibre acido-basique du sang en tamponnant le pH.
•
30% du CO2 se fixe à l'hémoglobine et à d'autres protéines plasmatiques également sous
forme d'HCO3-. L'hémoglobine ne fixe pas le CO2 sur les mêmes sites que l'oxygène mais
une hémoglobine sans oxygène peut toutefois fixer plus de CO2 qu'une hémoglobine
oxygénée (effet haldane).
•
Le reste circule à l'état de CO2 gazeux ou sous forme de carbamino-P.
Le sang veineux a une pression de 46 mmHg de CO2, le sang artériel 40 mmHg. La majeur partie
du CO2 reste dans le sang (sous forme d'HCO3-) où il sert de tampon au pH (ce système
représente 55% du pouvoir tampon du sang). Ce système tampon présente l'avantage d'être en
système ouvert (le CO2 est en partie éliminé) :
CO2 + H2O <-> H2CO3 <-> HCO3-+ H+
La solubilité du diazote dans le sang
L'échange gazeux ne porte en fait que sur le CO2 qui n'est pas sous forme de carbonate.
Lorsqu'on étudie en biologie les échanges entre le gaz contenu dans les poumons et le sang, on se
focalise généralement sur le dioxygène et le CO2. Toutefois, une partie du gaz contenu dans les
poumons (qu'il soit "utile" à la respiration ou non) se dissout automatiquement dans le sang. Cela
est vrai pour le dioxygène (pour lequel le gaz dissout ne représente qu'une petite fraction -de
l'ordre de 2%- du dioxygène transporté, l'essentiel l'étant en effet sous forme combinée à
l'hémoglobine), le CO2 et le diazote. Si le dioxygène est utilisé par les cellules lors de la
respiration, le diazote, lui, diffuse simplement dans le sang puis tous les tissus jusqu'à atteindre
un état d'équilibre dans lequel les concentrations en diazote sont semblables dans l'air alvéolaire,
dans le sang et dans les cellules.
La quantité de diazote dissout dépend de sa solubilité, qui elle-même dépend de plusieurs facteurs
: température, pression partielle du diazote...