Hémoglobine

Après certainement beaucoup de tâtonnements, Dame Nature a bien fait les choses en associant plusieurs milliers d’atomes et seulement quatre ions fer qui nous permettent de respirer et de vivre

Nos corps se composent de cellules organisées en organes et tissus spécialisés pour remplir une série de fonctions : respiration via les poumons, digestion via le système digestif, mouvement via les muscles, etc. Ces processus sont basés sur de nombreuses réactions de transformation de matière et d’énergie catalysées par des enzymes, dont l’ensemble constitue le métabolisme de l’organisme. Organes et tissus demandent un environnement chimique spécifique qui permettra ce métabolisme.

Cet environnement doit inclure un approvisionnement en aliments fournissant les blocs constitutifs des cellules et dioxygène apportant l’énergie, et la capacité d’éliminer les déchets de l’organisme : ils sont fournis par le sang.

Tous les vertébrés terrestres et pratiquement tous les vertébrés marins renferment dans les globules rouges une protéine comportant plusieurs milliers d’atomes qui assure le transport de l’oxygène et favorise le transport du déchet carboné, le dioxyde de carbone : l’hémoglobine. Sa structure globulaire, établie par diffraction des rayons X, comprend quatre chaînes identiques deux à deux. Chacune de ces chaînes est associée à une molécule constituée d’un ion fer complexé par une porphyrine : l’hème, capable de lier le dioxygène et présentant alors cette couleur rouge.

C’est cette capacité de complexation du dioxygène qui permet au sang de contenir plus de dioxygène qu’il ne pourrait par simple dissolution. L’hémoglobine et l’hème subissent des changements conformationnels lors de l’oxygénation et de la désoxygénation. Quand un hème fixe une molécule de dioxygène, la conformation de la chaîne qui l’accueille est modifiée, ce qui facilite la complexation du dioxygène sur les trois autres hèmes. Ce phénomène coopératif d’allostérie permet à chaque molécule d’hémoglobine de transporter quatre fois plus de dioxygène.

L’hémoglobine permet également à l’organisme d’éliminer le dioxyde de carbone produit comme déchet lors de la production d’énergie au sein de la cellule. Les réactions mises en jeu font intervenir l’acidité du milieu sanguin (mesuré par son pH) et favorise l’échange de gaz dans le sang : le dioxyde de carbone est échangé pour du dioxygène dans les poumons (le sang devient plus rouge), et le dioxygène est échangé pour du dioxyde de carbone dans les muscles (le sang est davantage bleu). Chez les invertébrés, un processus analogue est mis en jeu avec une autre protéine : l’hémocyanine, de couleur bleu, qui comporte des ions cuivre à la place des ions fer.

L’hémoglobine est ainsi un bel exemple de système chimique finement accordé pour permettre au sang de distribuer les molécules nécessaires aux cellules dans tout le corps et d’enlever les déchets de ces cellules, d’où la pensée chimique du jour :

L’hémoglobine, il fallait le faire !

Sources

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