L'hémoglobine (Hb) contient 0,34% de fer (56 g / mole).

a. A partir de cette information, déterminer la masse molaire minimale de l'hémoglobine.

b. D'autres expériences montrent que sa masse réelle est de 64.000 Da. Quelle information celà fournit-il sur le nombre d'atomes de fer contenus dans l'hémoglobine ?

a. La donnée 0,34 % de fer signifie : 0,34 g de fer <=> 100 g d'hémoglobine (Hb)

Par ailleurs : 56 g de fer <=> 1 mole d'Hb

Donc : 1 mole d'Hb = (56 x 100) / 0,34 = 16.471 g au minimum

b. La masse molaire réelle de l'Hb est 64.000 Da => nombre de sous-unité : (64.000 / 16.471) = 4 sous-unités (tétramère).

• Hb = α₂β₂ (dimère de dimère αβ) : sous-unité α = 141 acides aminés et sous-unité β = 146 acides aminés.
• Les sous-unités ont des structures primaires et des structures tridimensionnelles très proches et aussi avec la chaîne polypeptidique de la myoglobine.
• On dénombre plusieurs centaines de structures de l'hémoglobine et de ses dérivés.
• Voir : "Hemoglobin" - Proteopedia.

Voir un cours sur la structure de la liaison peptidique.

Chaque sous-unité de l'Hb contient un atome de fer Fe²⁺ :

• Il y a donc 4 atomes de fer par molécule d'hémoglobine.
• L'atome de fer ferreux (Fe²⁺) peut subir des réactions d'oxydo-réduction et passer sous forme fer ferrique (Fe³⁺) : dans cet état, il ne peut plus fixer l'oxygène (la forme de l'Hb est appelée méthémoglobine).
• 4 molécules d'hème b (groupement prosthétique de l'Hb) sont fixées à l'Hb par le biais de ces atomes de fer.

Source : "Lehninger Principles of Biochemistry" - 3rd Ed. (2000)

L'atome de fer Fe²⁺ possède 6 électrons de valence et il est coordonné à 6 ligands :

• 4 ligands sont les atomes d'azote des 4 noyaux pyrroles de l'hème b (ou protohème IX). Ces 4 noyaux sont tous situés dans le même plan (ce qui est assez exceptionnel en regard du nombre d'atomes considérés).
• le 5ème ligand est l'atome d'azote du noyau imidazole de l'histidine proximale F8
• le 6ème ligandest l'oxygène moléculaire, maintenu entre le fer et l'imidazole de l'His distale E7

Structure de l'hème fer - protoporphyrine IX

Visualisation de l'hémoglobine humaine dans l'état T à une résolution de 2,1 Å

Code PDB : 1GZX

Les 4 chaînes (α₂, β₂) sont colorées.

Voir un développement sur la fixation du 2,3-bisphosphoglycérate et/ou de l'oxygène sur l'hémoglobine.

1. Le Dalton (Da) = unité de masse atomique (U.M.A.) : c'est l'unité de masse trés proche de celle de l'atome d'hydrogène (1,0000).

En hommage à John Dalton (1766 - 1844) qui a développé la théorie atomique de la matière.

2. Postulat d'Avogadro (gaz): le volume d'une molécule-gramme ou mole de gaz (correspondant au poids moléculaire exprimé en grammes) est le volume moléculaire = 22,414 litres (à 0°C et 1 atm).

Le nombre de molécules dans une mole est : N = 6,02 10²³ (nombre d'Avogadro).

• la masse de N atomes est la masse atomique
• la masse de N molécules est la masse molaire
• la masse de 12,000 g de carbone est la masse de l'isotope 12 du carbone

En conséquence: 1 U.M.A. est le douzième (car 12 nucléons) de la masse d'un atome de carbone

=> 1 Da = 1 U.M.A. = 12,000 / (12 x N) = 1 / N = 1,66 10^-24 g