Chapitre 5 — Transport des gaz · Topic 2 · Leçon 2.2
L’hémoglobine (Hb) est la protéine qui rend possible le transport efficace de l’O2. Cette leçon décrit sa structure (tétramère 2α2β + 4 hèmes), calcule sa capacité de transport et présente la courbe de dissociation en forme de sigmoïde caractéristique.
🎯 Objectifs pédagogiques
- Décrire la structure de l’hémoglobine A ;
- Calculer la capacité de transport en O2 ;
- Lire la courbe de dissociation sigmoïde ;
- Comprendre l’allostérie de l’hémoglobine ;
- Distinguer SaO2 et CaO2.
🧭 Plan de la leçon
- Structure de l’hémoglobine A
- Capacité de transport en O2
- La courbe de dissociation sigmoïde
1. Structure de l’hémoglobine A
- Tétramère de 4 chaînes polypeptidiques : 2 chaînes α et 2 chaînes β (structure « 2α2β »).
- Chaque chaîne est associée à un groupe hème contenant un atome de fer (Fe2+) capable de fixer 1 molécule d’O2.
- Donc à saturation : 1 Hb fixe 4 O2.
- Masse moléculaire : 64 500 g/mol.
- Localisation : exclusivement dans les globules rouges (concentration ~330 g/L dans le GR).
La HbA (2α2β) est la forme adulte majoritaire (~97 %). Il existe d’autres formes :
- HbA2 (2α2δ) — adulte, ~2 %.
- HbF fœtale (2α2γ) — dominante avant la naissance, remplacée progressivement par HbA après. Affinité supérieure pour l’O2 (courbe déplacée à gauche).
- Variants pathologiques : HbS (drépanocytose), HbC…
2. Capacité de transport en O2
Calculons la quantité maximale d’O2 fixable par gramme d’hémoglobine, puis par litre de sang.
À conditions standard (0 °C, 1 atm), 1 mole d’O2 occupe 22,4 L. Donc 1 mole d’Hb (64 500 g) fixe 4 moles d’O2 = 4 × 22 400 mL = 89 600 mL d’O2.
Autrement dit :
1 g d’Hb fixe ~1,39 mL d’O2 (constante de Hüfner).
Chez un adulte avec Hb = 15 g/100 mL de sang (150 g/L) :
CaO2, lié à Hb = 15 × 1,39 = ~20,8 mL O2 / 100 mL de sang
Soit ~ 200 mL / L de sang. On retrouve la valeur donnée en Leçon 1.2.
CaO2 = (1,39 × Hb × SaO2) + (0,003 × PaO2)
Le premier terme (Hb liée) domine largement le second (dissous). En pratique clinique :
CaO2 ≈ 1,39 × Hb × SaO2
Avec SaO2 = saturation artérielle en O2 (fraction de sites Hb occupés). Normale ≈ 97-100 %.
3. La courbe de dissociation sigmoïde
La courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine exprime la relation entre :
- Abscisse : PO2 (mmHg) ;
- Ordonnée : saturation SO2 (%) ou contenu en O2.
Cette courbe est en forme de sigmoïde : elle a un plateau supérieur (au-dessus de PO2 ~70 mmHg) et une pente descendante rapide entre 60 et 20 mmHg.
- PaO2 = 100 mmHg → SaO2 ≈ 97-98 % (sang artériel).
- PvO2 = 40 mmHg → SvO2 ≈ 75 % (sang veineux mêlé au repos).
- P50 = 27 mmHg : PO2 pour laquelle SaO2 = 50 % (indicateur d’affinité).
La forme sigmoïde vient de la coopérativité positive entre les 4 sites de fixation de l’Hb : la fixation d’un premier O2 sur une sous-unité α ou β facilite la fixation des O2 suivants sur les autres sous-unités (changement conformationnel T → R de la protéine). C’est un exemple classique d’allostérie. Cette propriété a deux avantages physiologiques majeurs :
- Plateau supérieur : la SaO2 reste haute même si la PaO2 chute de 100 à 70 mmHg → tolérance à des baisses modérées d’oxygénation (altitude, effort).
- Pente descendante rapide entre 60 et 20 mmHg : en zone tissulaire, une petite baisse de PO2 libère beaucoup d’O2 → efficacité de la délivrance aux cellules.
Bilan du cycle artério-veineux
| Sang artériel (a) | Sang veineux mêlé (v) | Différence | |
|---|---|---|---|
| PO2 | 100 mmHg | 40 mmHg | 60 mmHg |
| SO2 | 97 % | 75 % | 22 % |
| Contenu O2 (mL / 100 mL) | ~ 20 mL | ~ 15 mL | ~ 5 mL (extraction tissulaire) |
Cette différence artério-veineuse (Da-vO2) ≈ 5 mL/100 mL × Q (50 dL/min) = 250 mL/min = consommation V̇O2. On retrouve l’équation de Fick pour le débit cardiaque : V̇O2 = Q × (CaO2 − CvO2).
Ces deux paramètres reflètent l’oxygénation, mais ne varient pas de la même façon :
- La PaO2 est la pression partielle (mmHg) — mesure directement par gazométrie artérielle.
- La SaO2 est le pourcentage de saturation — se mesure par saturomètre digital (SpO2) ou par gazométrie.
À cause de la sigmoïde, une baisse de PaO2 de 100 à 70 mmHg ne fait chuter la SaO2 que de 97 à ~93 %. Mais en dessous de 60 mmHg, la SaO2 chute vite. C’est pourquoi une SpO2 < 90 % correspond à une PaO2 < ~60 mmHg (seuil d’hypoxémie clinique). Cette relation est le pilier du monitorage par oxymètre de pouls.
🧠 À retenir absolument
- Hémoglobine A = tétramère 2α2β + 4 hèmes avec 4 Fe2+ → fixe 4 O2 à saturation.
- Concentration normale d’Hb : ~15 g/100 mL de sang.
- Capacité maximale : 1 g d’Hb fixe 1,39 mL O2 (Hüfner).
- CaO2 ≈ 1,39 × Hb × SaO2 = ~20 mL / 100 mL de sang.
- Courbe de dissociation sigmoïde : plateau > 70 mmHg, pente descendante entre 60 et 20 mmHg.
- Points-clés : PaO2 100 → SaO2 97 % ; PvO2 40 → SvO2 75 % ; P50 = 27 mmHg.
- Allostérie = coopérativité positive entre les 4 sites Hb → explique la sigmoïde.
- Différence artério-veineuse ≈ 5 mL/100 mL → équation de Fick : V̇O2 = Q × (CaO2 − CvO2).
❓ Questions fréquentes
Pourquoi la courbe de dissociation est-elle sigmoïde et non linéaire ?
À cause de la coopérativité entre les 4 sites de fixation de l’hémoglobine. La fixation du premier O₂ modifie la conformation de la protéine (état T → état R) et facilite les fixations suivantes. Ce mécanisme, appelé allostérie positive, donne une courbe en S : la Hb est presque saturée dès qu’un peu d’O₂ est disponible, puis libère beaucoup d’O₂ dès que la PO₂ chute un peu — parfaitement adapté à sa mission.
Pourquoi 1 g d’Hb fixe-t-il 1,39 mL d’O₂ et non 1,34 comme dans certains livres ?
1,39 est la valeur théorique calculée à partir de la masse moléculaire (64 500 g/mol) et du fait qu’1 mole d’Hb fixe 4 moles d’O₂. La valeur mesurée expérimentalement est un peu plus faible (~1,34) car une petite fraction d’Hb circulante est non fonctionnelle (métHb, carboxyHb). Les deux valeurs coexistent dans la littérature. En QCM, 1,39 est la valeur « théorique » attendue.
Que représente P50 ?
C’est la PO₂ qui produit une saturation de 50 % de l’hémoglobine. Chez l’adulte : P50 ≈ 27 mmHg. C’est un indicateur d’affinité : une baisse de P50 (~20 mmHg) traduit une affinité augmentée (courbe déplacée à gauche, comme HbF), une hausse (~35 mmHg) traduit une affinité diminuée (courbe déplacée à droite, effet Bohr, 2,3-DPG augmenté, voir Leçon 2.3).
Pourquoi un saturomètre à 90 % est-il déjà inquiétant ?
Parce qu’à cause de la sigmoïde, SpO₂ = 90 % correspond à une PaO₂ d’environ 60 mmHg — soit le seuil de définition de l’insuffisance respiratoire aiguë. Une petite baisse supplémentaire (SpO₂ 85 %) correspond à une chute rapide de PaO₂ (~50 mmHg). C’est pourquoi les seuils de vigilance clinique sont fixés à SpO₂ 92-94 % : au-delà, on est déjà sur la pente descendante de la sigmoïde.
🚀 Pour aller plus loin
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.