les biomolécules du compartiment sanguin
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IFSI, cours de S1 : Biologie fondamentale Les Molécules du vivant les biomolécules du compartiment sanguin A- les protéines B- L’eau C- les ions D- les lipides E- les glucides F- l’oxygène Dominique Rainteau P. Ferré 1 Plan du cours : C- les lipides C.1- Molécules hydrophobes = apolaires (insoluble dans l’eau), s’associent par interaction hydrophobe. Tous contiennent des chaînes « grasses » C.2- Les lipoprotéines ou comment les lipides circulent dans l’eau C.3- Apport alimentaire: Les triglycérides, les acides gras, la digestion, rôle énergétique C.4- Les lipides membranaires : Le cholestérol, les phospholipides, les glycolipides 2 ROLE ET ORIGINE DES LIPIDES DANS L’ORGANISME - Rôle énergétique Lipides contenus dans le tissu adipeux - Rôle de structure - Origine alimentaire : acides gras, cholestérol - Origine endogène : acides gras, cholestérol phospholipides COMMENT FAIRE CIRCULER DES LIPIDES DANS LE SANG ? C- Les lipides C.1- Molécules hydrophobes Problème posé par les molécules hydrophobes dans un milieu aqueux : Une expérience simple : ajouter de l’huile dans l’eau huile émulsifiant huile eau eau L’émulsifiant permet de stabiliser la dispersion de l’huile dans l’eau 4 C- Les lipides C.1- Molécules hydrophobes POURQUOI ? Emulsion Emulsifiant Partie hydrophile Amphiphile Partie hydrophobe + Substance hydrophobe (huile) Eau 5 C- Les lipides C.2- Lipoprotéines Dans la circulation sanguine, les lipides sont transportés sous la forme de lipoprotéines , de gros édifices moléculaires composites : Cœur (Noyau) Esters de Cholestérol Surface Apolipoprotéines Phospholipides Triglycérides Hydrophobe Cholestérol Libre Emulsifiants 6 Amphiphiles C- Les lipides C.2- Lipoprotéines Différents types de lipoprotéines circulantes Chylomicrons 100nm VLDL (Very Low Density Lipoprotein) LDL 50nm 20nm (Low Density Lipoprotein) HDL (High Density Lipoprotein) 10nm 7 C- Les lipides C.2- Lipoprotéines Lipoprotéines: l’ hétérogénéité de structure correspond à une hétérogénéité fonctionnelle Chylomicrons, VLDL Triglycérides LDL HDL cholestérol cholestérol Distribution des Lipides vers les tissus Elimination du cholestérol 8 C- Les lipides C.3- Apports alimentaires Les triglycérides, lipides énergétiques 1 glycérol + 3 acides gras lipides neutres = très apolaires, très hydrophobes graisses de réserve : -adipocytes des vertébrés. -Chez l'homme, réserve énergétique = quelques mois - Forment des gouttelettes lipidiques dans le cytoplasme - graines des plantes 9 C- Les lipides C.3- Apports alimentaires Absorption des lipides intestinaux 1- Hydrolyse par la lipase pancréatique Dispersés en présence d’acides biliaires Triglycérides Lumière intestinale Acides gras libres 2- Absorption des Lipides 3- Synthèse de Triglycérides et Assemblage en lipoprotéines Acides gras libres Entérocyte entérocyte 4- Sécrétion des Chylomicrons Mb Basale 10 C- Les lipides C.3- Apports alimentaires Lipoprotéine lipase Lipides alimentaires Acides gras Adipocytes chylomicrons TG (Triglycérides) stockage Circulation sanguine Lipoprotéine lipase Glucose Acides gras Glucose VLDL Triglycérides 11 C- Les lipides C.3- Apports alimentaires Les acides gras - Chaîne hydrocarbonée + fonction acide carboxylique -Les Acides gras naturels ont pour la plupart un nombre pair de C (2nC) De C4 à C24 CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-COOH COOH Les acides gras naturels sont le plus souvent estérifiés à du glycérol, à du cholestérol (alcool+ acide) Deux caractéristiques importantes pour les acides gras : - leur longueur de chaîne - leur degré de saturation 12 C- Les lipides Les acides gras saturés C.3- Apports alimentaires Acide stéarique C18:0 Température de fusion 70°C Les acides gras mono insaturés CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-COOH CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-HC=CH-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-COOH Double liaison cis Acide Oléique C18 w9 Cis Température de fusion 13°C L’acide oléique est le plus abondant des acides gras dans les graisses végétales et animales 13 C- Les lipides C.3- Apports alimentaires Les acides gras polyinsaturés O OH Famille w3 18 : 3 (w 3) acide linolénique Température de fusion: - 11°C Famille w6 20 : 4 (w 6) Acide arachidonique Température de fusion: - 49°C Acides gras indispensables : apportés par l’alimentation car non synthétisés dans l’organisme 14 C- Les lipides C.3- Apports alimentaires Mono Insaturés Acides gras (% total) Poly insaturés Composition des principaux lipides alimentaires 100 Dans l'alimentation : huiles végétales, produits laitiers, graisses animales = triglycérides ≠ par leurs acides gras 80 60 40 20 Saturés Huile d’olive beurre Graisse animale La consommation de graisses saturées augmente les risques cardiovasculaires 15 C- Les lipides C.3- Apports alimentaires Utilisation des acides gras pour fournir de l’énergie aux tissus TG Lipolyse valeur énergétique = 2 X glucides Acides gras (liés à l ’albumine) Energie Energie (Bêta oxydation) (Bêta oxydation) glucose 16 C- Les lipides C.3- Apports alimentaires Rôle des lipoprotéines dans le transport du cholestérol CM Remaniements complexes LDL Cholestérol VLDL Membranes cellulaires En cas d’excès 4/5 du cholestérol est synthétisé par le foie 1/5 provient de l’alimentation athérome 17 C- Les lipides C.3- Apports alimentaires Rôle des lipoprotéines dans le transport du cholestérol Transport réverse et élimination du cholestérol HDL Cholestérol Elimination dans la bile 18 C- Les lipides C.4- Lipides membranaires Les membranes sont constituées de lipides amphiphiles. Les membranes biologiques sont constituées d ’une bicouche lipidique cellule Espace intercellulaire cellule 19 C- Les lipides C.4- Lipides membranaires Dans les cellules eucaryotes, les membranes recouvrent la cellule, mais aussi de nombreux compartiments intracellulaires 20 C- Les lipides C.4- Lipides membranaires Queue hydrophobe = 2 chaînes hydrocarbonées apolaires Les phospholipides Tête polaire (hydrophile) Phosphatidylcholines ou lécithines (PC) Tête hydrophile Acides gras à longues chaînes CH2 O CH H2C P Glycérol CH3 O = = C O Phosphate O = C O O H2 C O O- N+ CH3 C CH 3 H2 Choline Queue hydrophobe 21 C- Les lipides C.4- Lipides membranaires Les acides gras des phospholipides sont souvent insaturés, ce qui provoque une fluidité importante de la membrane Phase solide Point de Fusion des acides gras C18 : 0 C18 : 1 C18 : 2 C18 : 3 stéarique oléique linoléique linolénique +70 +13.4 -9 - 11 C20 : 0 arachidique +75.4 C20 : 4 arachidonique - 49.5 Phase fluide C- Les lipides C.4- Lipides membranaires OH tête polaire Le cholestérol corps apolaire Dans les lipoprotéines, on trouve surtout - Des esters de cholestérol : fixation d’un acide gras sur l’OH Le cholestérol est éliminé dans la bile le cholestérol réduit la fluidité de la membrane (point de fusion 148°C) - CO O 23 C- Les lipides C.4- Lipides membranaires Glycolipides Sphingolipide Sucres complexes, très diversifiés, associée à un lipide amphiphile particulier CH=CH- CHOH CO- NH- CH –CH2 O- galactose N acétyl galactosamine glucose Groupe A L fucose N acétyl glucosamine Ex. : antigènes des groupes sanguins 24 C- Les lipides C.4- Lipides membranaires galactose N acétyl galactosamine glucose L fucose N acétyl glucosamine CH=CH- CHOH CO- NH- CH –CH2 O- CH=CH- CHOH CO- NH- CH –CH2 O- Groupe B groupe O 25 C- Les lipides C.4- Lipides membranaires protéine glycolipide phospholipide cholestérol 26 C- Les lipides C.4- Lipides membranaires CONCLUSION Les lipides sont des molécules hydrophobes qui jouent dans l’organisme trois rôles principaux : - Source d’énergie pour les tissus, les acides gras sont les constituants des triglycérides qui sont une réserve énergétique importante du monde vivant - Les lipides alimentaires ou endogènes sont transportés dans le plasma sous le forme de lipoprotéines : complexes moléculaires qui distribuent cholestérol et acides gras vers leur lieu d’utilisation et de stockage -Les lipides sont aussi des constituants des membranes cellulaires à qui ils confèrent leurs propriétés particulières : - fluidité (phospholipides et cholestérol) - Reconnaissance (glycolipides) 27 IFSI, cours de S1 : Biologie fondamentale Les Molécules du vivant les biomolécules du compartiment sanguin A- les protéines B- L’eau C- les ions D- les lipides E- les glucides F- l’oxygène Dominique Rainteau P. Ferré 28 Introduction La glycémie (ou concentration plasmatique du glucose) est l’un des paramètres couramment explorés dans le compartiment plasmatique. Cela tient au rôle particulier du glucose dans le métabolisme : le glucose doit être disponible en permanence, indépendamment des apports alimentaires, pour assurer les besoins énergétiques de certains tissus, en particulier le cerveau, les cellules sanguines, la médullaire rénale... qui ne savent utiliser que ce substrat. La glycémie est maintenue dans des valeurs précises (0,8-1,2 g/l) grâce à une régulation métabolique très fine. Il existe des situations où ce métabolisme est perturbé, ce qui entraîne des désordres graves. C’est le cas par exemple du diabète avec des valeurs élevées de la glycémie ou de certaines anomalies génétiques conduisant à des hypoglycémies. Notre cerveau à lui tout seul consomme 120 g de glucose par jour. Si la glycémie devient inférieure à 0,5 g /l (hypoglycémie) ceci peut entraîner des troubles neurologiques graves voire la mort. Outre cet aspect métabolique et énergétique, le glucose, avec d’autres molécules de même type (oses), entre dans la composition de diverses grandes molécules qui jouent un rôle structural important dans l’organisation des tissus. 29 Plan E I – Structure des oses Structure du glucose – Représentation Quelques oses simples Liaison osidique : disaccharides polysaccharides (réserve et structure) II - Métabolisme énergétique du glucose Besoins énergétiques Origine du glucose Glycolyse Cycle de Krebs F Chaîne respiratoire mitochondriale III - L’oxygène dans le métabolisme énergétique Besoins en oxygène Transport de l’oxygène : Myoglobine Hémoglobine Courbes expérimentales de saturation 30 Il n’est pas nécessaire de retenir les formules chimiques des molécules 31 Structure du glucose Le glucose est un ose : Squelette carboné Fonction carbonyle (réactivité) Fonctions alcool (solubilité) - Nombre de C : 3C (triose) 5C (pentose) 6C (hexose) Le glucose est un hexose H–C=O | H – C – OH | HO – C – H | H – C – OH | H – C – OH | CH2OH D Glucose 32 Le glucose est cyclisé en solution : H–C=O | C– | –C | C– | C – OH | CH2OH D glucose CH2OH 5 H O *1 forme a OH CH2OH 5 O OH *1 forme b H 33 Autres oses simples Glucose Galactose CHO Fructose CH2OH CHO C=O OH OH HO OH CH2OH CH2OH HO O OH H OH OH OH OH CH2OH CH2OH CH2OH OH OH HO OH CH2OH CHO HO HO OH Ribose CH2OH CH2OH O O OH H OH O CH2OH HO OH H OH HO OH OH hexose OH OH OH pentose 34 La liaison osidique: Les oses peuvent établir des liaisons entre eux ou avec d’autres molécules CH2OH O OH OH H HO L’OH peut réagir sur un autre groupement OH ou NH2 pour former une liaison osidique HO HN OH sucre di et polysaccharides protéine glycoprotéines lipide glycolipides protéine glycoprotéines acides nucléiques (ADN et ARN) base azotée CH2OH CH2OH O OH Glucose HO HO + OH CH2OH O CH2OH O 4 O O OH OH O Fructose OH H OH OH HO CH2OH Galactose + Glucose OH saccharose Végétaux Disaccharides (deux oses) lactose Lait 35 Polysaccharides (polymère d’oses) de réserve énergétique un polymère est une suite de molécules de même type reliées les unes aux autres Amidon Glycogène CH2OH CH2OH O O OH CH2OH CH2OH O O O OH OH OH OH OH O CH2OH OH O CH2OH CH2 OH O OH Amidon et glycogène sont des polymères du glucose de CH2OH O O OH O OH CH2OH O OH O OH OH O OH O enchaînements (carbones 1 et 4) OH O OH O O OH O CH2OH branchements (carbones 1 et 6) CH2OH OH O OH O OH O OH Représentation du glycogène haut poids moléculaire, de structure très voisine. Les molécules de glucose sont reliées entre les carbones 1 et 4 (forme alpha) et forment de longs enchaînements, avec des ramifications impliquant les carbones 1 et 6 : le glycogène (d’origine animale) présente des branchements tous les 810 résidus alors que l’amidon (d’origine végétale) n’est ramifié que tous les 20-25 résidus. L’amidon est la principale source de glucides alimentaires chez l’homme (pomme de terre, farines). Les branchements confèrent à ces composés une structure arborescente. liaison 1-4 branchement 1-6 extrémités libres origine 36 Polysaccharides (polymère d’oses) de structure Exemple : Cellulose dans les cellules végétales CH2OH O CH2OH OH O O OH OH OH O O OH OH O O CH2OH CH2OH OH OH O OH OH O OH O CH2OH O OH O CH2OH longs enchaînements 1- 4 différents de ceux du glycogène pas de branchement La cellulose présente des analogies avec l’amidon dans la mesure où il s’agit d’un polymère du glucose engagé par liaisons entre les carbones 1 et 4. Mais la liaison osidique 1-4 s’effectue avec la forme bêta du glucose et de plus il n’y a aucun branchement. Ce type de liaison bêta 1-4 fait que, chez l’homme, la cellulose ne peut pas libérer du glucose car l’enzyme permettant de casser cette liaison n’est pas présent dans l’intestin, contrairement à l’enzyme qui casse les liaisons alpha 1-4. ⇒ ce n’est pas un polymère de réserve mais elle peut former des fibres assurant la structure. La cellulose est le composé organique le plus abondant de la nature. Les polysaccharides de structure existent également dans les cellules animales : les glycosaminoglycanes comme l’héparine, les glycoprotéines (association d’oses avec une protéine). 37 Métabolisme énergétique du glucose Besoins énergétiques Pour se reproduire et se développer, l’organisme a besoin d’énergie : • Biosynthèse des molécules indispensables à la vie : ADN, protéines, lipides, glucides, hormones, molécules signal…. • Contraction musculaire • Transport actif d’ions (Na+, K+…) • Activité cérébrale Le plus souvent, cette énergie est apportée par l’ATP, véritable monnaie énergétique des cellules : Adénosine triphosphate La rupture d’une liaison ( ) libère de l’énergie qui est utilisée par la cellule. La question est alors de savoir comment régénérer l’ATP. Le glucose a un rôle central dans la régénération de l’ATP. 38 Origine et devenir du glucose I - Après un repas (post-prandial) Intestin Glycogène Lipides osidases spécifiques Amidon Saccharose Lactose Triglycérides Triglycérides (VLDL) Glucose Glucose (Fructose Galactose) Glucose Glycogène Cellulose ATP Glucose - Utilisation prioritaire comme substrat énergétique dans tous les tissus ATP ATP - Stockage dans le glycogène hépatique et musculaire - Conversion en acides gras et mise en réserve dans le tissu adipeux Hématies Principal effecteur de régulation : L’insuline 39 Origine et devenir du glucose II- A distance d’un repas (post-absorptif) Acides aminés Intestin Glycogène Gluconéogénèse ATP Glucose Acides gras Glucose Acides gras ATP Mobilisation du glucose Libération du glucose à partir du glycogène hépatique ou synthèse de novo par la gluconéogénèse Substrats énergétiques : -glucose pour les tissus prioritaires (cerveau) -acides gras pour les autres (muscles) Glucose ATP ATP Hématies Principal effecteur de régulation : glucagon (foie) & catécholamines 40 Métabolisme énergétique Le métabolisme énergétique permet de récupérer l’énergie contenue dans les liaisons chimiques au sein des nutriments sous la forme d’ATP. Ce transfert d’énergie, des nutriments (sucres, acides gras..) vers la production d’ATP s’effectue sous la forme de transferts d’électrons Quelques acteurs du métabolisme Mitochondrie : lieu de production de l’énergie Organite intra cellulaire délimité par une membrane externe et une membrane interne. Celle-ci présente de nombreuses invaginations ou « crêtes », ce qui en augmente la surface. Cette membrane interne comporte de nombreuses protéines intrinsèques qui interviennent dans la respiration cellulaire. L’espace interne délimité par cette membrane est la matrice mitochondriale. Coenzymes d’oxydo réduction : transporteurs d’électrons et donc d’énergie Nicotinamide adénine dinucléotide Flavine adénine dinucléotide Flavine mononucléotide NAD+ , NADH,H+ FAD , FADH2 FMN , FMNH2 Molécules susceptibles de passer alternativement d’une forme oxydée à une forme réduite Coenzyme d’activation Coenzyme A CoA Fixation transitoire sur une fonction acide pour activer certains composés : ex : Acétyl CoA Composés de réserve d’énergie Adénosine tri et diphosphate Guanosine tri et diphospahte ATP, ADP GTP, GDP L’hydrolyse (rupture) d’un groupement phosphate s’accompagne d’une libération importante d’énergie. Inversement, la synthèse nécessite un apport d’énergie. 42 Comment le glucose produit-il de l’énergie sous la forme d’ATP ? Le glucose est dégradé dans deux « voies » (enchaînement de réactions) métaboliques: -La glycolyse qui transforme le glucose en pyruvate et fournit deux moles d’ATP par mole de glucose. Toutes nos cellules sont capables d’utiliser le glucose dans la glycolyse. -L’oxydation mitochondriale. Le pyruvate produit par la glycolyse est transformé dans la mitochondrie en acétyl-CoA qui entre dans le Cycle de Krebs et fournit des coenzymes réduits (ils ont fixé des électrons). Ces coenzymes réduits entrent à leur tour dans la chaîne respiratoire et transfèrent leur pouvoir réducteur (électrons) jusqu’à l’oxygène ce qui libère de l’énergie. L’oxydation totale du glucose fournit 38 ATP. -Seules les cellules qui possèdent des mitochondries et reçoivent une oxygénation suffisante peuvent utiliser le glucose dans la voie de l’oxydation mitochondriale. 43 Les étapes principales du métabolisme énergétique Aliments complexes Digestion Composés simples Protéines Glucides Lipides Acides aminés Glucose Acides gras + glycérol Glycolyse 2 ATP Pyruvate Dégradation en acétyl-CoA CO2 Acétyl-CoA Acétyl-CoA Oxydation de l’ acétyl-CoA CO2 Cycle de Krebs coenzymes réduits (NADH, H+ et FADH2) coenzymes réduits (NADH, H+ et FADH2) Oxydation dans la chaîne respiratoire : phosphorylations oxydatives ATP -Seules les cellules qui possèdent des mitochondries et reçoivent une oxygénation suffisante peuvent utiliser le glucose dans le cycle de Krebs et la voie de l’oxydation mitochondriale. 38 ATP O2 Transport d’électrons H2O 44 GLYCOLYSE Voie métabolique cytoplasmique 1 Glucose 2 Pyruvate - COO CH2OH O OH OH H 2 ADP 2 ATP C=O CH3 HO OH Pyruvate La transformation d’une molécule de glucose en deux molécules de pyruvate permet de récupérer de l’énergie chimique et de la convertir en deux ATP 45 46 Devenir du pyruvate Cytoplasme Cellules dépourvues de mitochondrie (globule rouge) ou en conditions d’anaérobiose (sans oxygène) production de lactate Pyruvate COO C=O Lactate NADH,H+ COO - NAD+ CHOH LDH (lactate déshydrogénase) CH3 Lactate Pyruvate CH3 Cellules riches en mitochondries avec apport d’oxygène Mb interne NAD+ NADH,H+ Pyruvate + CoA Acétyl CoA + Pyruvate déshydrogénase CH3-CO~SCoA CO2 Dioxyde de carbone Cycle de Krebs Matrice mitochondriale 47 L’énergie chimique contenue dans l’acétylCoA est transmise sous la forme d’électrons à des coenzymes dans une suite de réactions appelée « Cycle de Krebs » Un tour de cycle produit par acétyl-CoA: 2 CO2 3 NADH,H+ 1 FADH2 1 ATP Voie métabolique de la matrice mitochondriale 48 A leur tour, les coenzymes transmettent leur énergie dans une suite de réactions appelée « chaîne respiratoire » pour produire de l’ATP. Cette énergie est transmise sous la forme d’un transfert d’électrons 49 Chaîne respiratoire mitochondriale Les coenzymes réduits transfèrent leur pouvoir réducteur (électrons) jusqu ’ à l’oxygène à travers plusieurs intermédiaires située dans la membrane interne de la mitochondrie (complexes d’oxydoréductions) qui passent alternativement d’une forme oxydée à une forme réduite. L’oxygène se trouve finalement réduit en une molécule d’eau. Ceci est illustré dans le schéma suivant, dans le cas du NADH,H+. NADH,H+ x yH2 ½O2 NAD+ xH2 y H2O Ces oxydo-réductions permettent de fournir de l’énergie à une enzyme insérée dans la membrane interne de la mitochondrie appelée « ATP synthase » qui fabrique de l’ATP à partir d’ADP et de Pi ATP synthase ADP + Pi ATP 50 L’OXYGÈNE DANS LE MÉTABOLISME ÉNERGÉTIQUE Schéma global de l’oxydation complète du glucose Ox. CO2 glucose Réd. Substrats consommés : glucose ADP et Pi oxygène ½O2 Chaîne respiratoire ADP + Pi H2O ATP Produits formés : CO2 ATP eau Origine des substrats : glucose : par l’alimentation ADP et Pi : par hydrolyse de l’ATP oxygène : par la respiration Problématique : Il faut apporter l’oxygène depuis les poumons jusqu’aux mitochondries des cellules pour assurer une production d’énergie satisfaisante La solubilité de l’oxygène dans le sang est insuffisante pour alimenter directement les tissus Nécessité d’un transporteur qui se charge efficacement en oxygène dans les poumons et qui libère facilement cet oxygène dans les tissus périphériques. 51 TRANSPORT DE L’OXYGENE Deux protéines participent à l’oxygénation des cellules I - Myoglobine Protéine constituée d’une seule chaîne protéique (monomère) 8 hélices alpha (notées A à H) qui se replient → structure globulaire Présence d’un hème Vue perspective Hème C H F D E G A B Structure plane 1 atome de fer lié à 4 atomes d’azote Enchâssé au milieu des hélices alpha (formule simplifiée) N Rotation de 90° N Fe++ N F Fe O2 N Le fer constitue le site de liaison pour l’oxygène. Il s’agit d’une liaison réversible non covalente Forte affinité de l’oxygène pour la myoglobine, selon la réaction d’équilibre Mb + O2 Mb:O2 On trouve la myoglobine dans les cellules musculaires. C’est elle qui donne sa couleur rouge aux muscles oxydatifs 52 TRANSPORT DE L’OXYGENE II - Hémoglobine Protéine constituée de 4 sous-unités (tétramère) identiques 2 à 2 Chaque sous-unité est très similaire à la myoglobine : • 8 hélices alpha • structure globulaire • présence d’un hème Par rapport à la myoglobine, une différence fondamentale résulte d’une composition différente en acides aminés qui permet aux sous-unités de s’associer par des interaction non covalentes pour constituer un tétramère stable. Chaque sous-unité possède un hème qui peut lier une molécule d’oxygène L’hémoglobine peut donc fixer 4 molécules d’oxygène, selon la réaction d’équilibre globale : Hb + 4 O2 O2 .. O2 : Hb : O2 .. O2 53 Etude expérimentale des courbes de saturation - myoglobine Pour déterminer les caractéristiques de la liaison myoglobine-oxygène, on incube une concentration constante de myoglobine en présence de quantités croissantes d’oxygène et on mesure la myoglobine oxygénée. On en déduit le pourcentage de saturation, défini par le rapport : % saturation = Myoglobine oxygénée Myoglobine totale % Saturation 100 Myoglobine 75 x 100 On construit la courbe de saturation en portant sur un graphique ces pourcentages en fonction de la pression partielle en oxygène pO2, exprimée en torrs ou mm de mercure. (Sur ce graphique, on a indiqué en grisé 3 zones de pO2 qui correspondent à 3 contextes physiologiques d’intérêt) La myoglobine donne une courbe hyperbolique qui traduit une affinité forte et constante de l’oxygène vis à vis de la myoglobine, quelle que soit la valeur de pO2 50 25 0 20 40 capillaires intracellulaire périphériques 60 80 100 pO2 alvéoles pulmonaires 54 % Saturation 100 Myoglobine 75 50 25 0 pO2 capillaires intracellulaire périphériques Pour une pO2 de l’ordre de 3 torrs, correspondant à celle rencontrée dans les cellules, la myoglobine est à 50% de saturation et peut donc libérer 50% de O2 alvéoles pulmonaires Pour une pO2 de 30 torrs, correspondant à celle rencontrée au niveau des capillaires périphériques, la myoglobine fixe près de 95% de O2 et n’en libère que 5% 55 Etude expérimentale des courbes de saturation - hémoglobine % Saturation On construit de la même façon la courbe de saturation de l’hémoglobine. (Sur le graphique, on a laissé en pointillés le tracé de la myoglobine pour comparaison) 100 (Myoglobine) Hémoglobine 75 - pour une pO2 élevée, l’affinité est élevée et l’hémoglobine a tendance à se charger en oxygène. - inversement, à faible valeur de pO2, l’affinité est diminuée 50 et l’hémoglobine peut plus facilement relâcher l’oxygène. 25 0 20 40 capillaires intracellulaire périphériques 60 80 100 pO2 alvéoles pulmonaires 56 % Saturation 100 (Myoglobine) Hémoglobine 75 50 25 0 20 40 capillaires intracellulaire périphériques 60 80 Pour une pO2 de 30 torrs, correspondant à celle rencontrée au niveau des capillaires périphériques, l’hémoglobine a un taux de saturation de 50% et peut relâcher 50% de O2 100 pO2 alvéoles pulmonaires Pour une pO2 correspondant à celle rencontrée au niveau des alvéoles pulmonaires, l’hémoglobine est à 100% de saturation et fixe un maximum d’oxygène. 57 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 Mb 2 Hb 2 2 2 Hb Hb myoglobine saturation en oxygène 2 2 hémoglobine pression partielle d’oxygène 2 2 2 Hb 2 2 Mb Interprétation L’hémoglobine et la myoglobine possèdent une forte affinité pour l’oxygène mais avec des propriétés de liaison différentes : • Affinité constante et forte pour la myoglobine • Pour l’hémoglobine, affinité variable en fonction de la pO2 Cela leur permet de se compléter et d’agir en synergie pour assurer avec efficacité l’oxygénation des cellules. L’hémoglobine, qui circule dans le sang, est bien adaptée pour capter l’oxygène dans les poumons et, par la circulation sanguine, le libérer au niveau des tissus périphériques. La myoglobine, qui a une localisation intra-cellulaire, est bien adaptée pour récupérer l’oxygène libéré par l’hémoglobine au niveau des tissus et le faire pénétrer dans la cellule. 59 Modulation de l’affinité de l’oxygène pour l ’hémoglobine • Dans les conditions physiologiques, plusieurs effecteurs peuvent faire varier l’affinité de l’hémoglobine pour l’oxygène, dont le CO2 (dioxyde de carbone). • L’hémoglobine fœtale possède une affinité différente de celle de l’adulte. 100 Par rapport à la courbe de référence de l’hémoglobine : Courbe 1 % Saturation 75 Réf. 50 2 pCO2 Diminution de l’affinité libération de O2 facilitée 1 Courbe 2 25 Hb foetale Augmentation de l’affinté captage de O2 facilitée 0 20 40 60 80 100 pO2 (Torr) Un poison de l’hémoglobine Le monoxyde ce carbone (CO) a une affinité beaucoup plus forte que l’oxygène pour l’hémoglobine : il empêche l’oxygène de s’y fixer → défaut d’oxygénation des cellules → mort par asphyxie. 60 C’est ce qui se produit avec un poêle à combustion mal réglé. L’Hémoglobine glyquée : un biomarqueur utilisé en clinique - - Glycation: fixation non enzymatique d'oses et principalement de glucose sur les fonctions amines des protéines. - La glycation non enzymatique des protéines est un processus physiologique lent qui affecte toutes les protéines de l'organisme et dont l'intensité augmente avec la glycémie. - Puisque la durée de vie des hématies est d'environ 120 jours, la concentration d'hémoglobine glyquée renseigne sur l’équilibre glycémique des 8 à 12 semaines qui précèdent le dosage. - On mesure en particulier l’hémoglobine A1c (HbA1c, glyquée sur la valine Nterminale de la chaîne bêta). 61 L’Hémoglobine glyquée On utilise ce marqueur dans la détection et dans la surveillance de routine du diabète sucré. La mesure de la glycémie donne une idée instantanée, la mesure de l’HbA1c, une mesure intégrée. HbA1c (%) Glycémie plasmatique moyenne (g/L) 5 6 7 8 9 10 11 12 0,95 1,25 1,50 1,8 2,10 2,50 2,80 3,10 Complications rénales, cardiovasculaires et oculaires 62 CONCLUSION Glucose Implication à plusieurs niveaux : • Structure : participation à l’organisation des tissus • Réserve énergétique : dans l ’amidon et le glycogène • Métabolisme énergétique : production d’ATP et de coenzymes réduits Respiration cellulaire Rôle de la chaîne respiratoire dans la production d’énergie sous forme d’ATP, via la réoxydation des coenzymes Oxygène Indispensable à la réoxydation des coenzymes Rôles complémentaires de l’hémoglobine et de la myoglobine dans l’oxygénation des cellules 63 Exemples de questions QCS QCM
