Fixation du 2,3-Bisphosphoglycérate et/ou de l'oxygène sur l'hémoglobine

1. Description de l'expérience et enregistrement des spectres de différence d'absorption
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Voir l'énoncé.

On applique différentes pressions partielles en oxygène à une solution de désoxyHb. Les espèces moléculaires dans le milieu sont respectivement :

Hemoglobine allosterie allostery equilibre fixation bisphosphoglycerate oxygene oxyhemoglobine desoxyhemoglobine ligand absorbance spectrophotometry Scatchard Hill biochimej
cuve du spectrophotomètre référence mesure
pO2 Sans oxygène ... pO2xi ... maximale
concentration désoxyHb
concentration oxyHb		 [Hb]0
0 		... [Hb]xi
[Hb(O2)xi]		 ... 0
[Hb(O2)4]

Puis, avec un spectrophotomètre double faisceau, on enregistre les spectres de différence d'absorption pour chaque pression partielle en oxygène, entre :

  • cuve de référence : la désoxyHb ([Hb]0 - sans O2)
  • cuve de mesure : le mélange désoxyHb ([Hb]xi) et oxyHb ([Hb(O2)xi])

Hemoglobine allosterie allostery equilibre fixation bisphosphoglycerate oxygene oxyhemoglobine desoxyhemoglobine ligand absorbance spectrophotometry Scatchard Hill biochimej

Plus la pression partielle en oxygène augmente, plus la concentration d'oxyHb ([Hb(O2)xi]) augmente et plus la différence d'absorption à λ = 560 nm augmente.

Voir ci-après, l'origine de la différence de spectre d'absorbance entre la désoxyHb et l'oxyHb.

Hemoglobine allosterie allostery equilibre fixation bisphosphoglycerate oxygene oxyhemoglobine desoxyhemoglobine ligand absorbance spectrophotometry Scatchard Hill biochimej

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L'hémoglobine est dimère de dimère αβ (α2β2) avec α = 141 acides aminés et β = 146 acides aminés. Ces sous-unités ont des structures primaires et tridimensionnelles extrèmement proches (mais aussi avec la chaîne polypeptidique de la myoglobine).

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Chaque sous-unité contient un atome de fer à l'état ferreux (Fe2+). Cet atome de fer est coordonné à 6 ligands dont :

  • 4 sont les atomes d'azote de 4 noyaux pyrroliques (figure ci-dessous : structure de l'hème - protoporphyrine IX)
  • le 5è est l'atome d'azote du noyau imidazole de l'His proximale F8
  • le 6ème est l'oxygène moléculaire, maintenu entre le fer et l'imidazole de l'histidine distale E7

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Origine de la différence de spectre d'absorbance entre la désoxyHb et l'oxyHb

La structure du fer dite "haut spin" est asymétrique en absence d'oxygène. Le fer est légèrement décalé par rapport au plan de la porphyrine (figure ci-dessous).

Dans cet état, le diamètre du fer est légèrement trop grand pour que cet atome occupe la cavité centrale de la porphyrine.

Hemoglobine haemoglobin allosterie allostery equilibre fixation bisphosphoglycerate oxygene hemoglobine oxyhemoglobine desoxyhemoglobine ligand absorbance spectrophotometry Scatchard Hill biochimej haeme heme fixation binding oxygen his histidine noyau pyrrole protoporphyrine

Source : "Enzymes", Pelmont (1995), Ed. Presses Universitaires de Grenoble

En se fixant à la 6ème coordinance du fer, l'oxygène modifie la répartition des électrons de la couche externe du fer, ce qui induit une transition "haut spin"=> "bas spin".

Le diamètre du fer est rétréci et celui-ci peut occuper la cavité centrale de la porphyrine.

Cette modification de la configuration électronique des couches externes du fer induit un changement du spectre d'absorbance, notamment à 560 nm.

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Source : "Enzymes", Pelmont (1995), Ed. Presses Universitaires de Grenoble

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