Plan
1 structure
2 érythropoïèse
3 métabolisme
4 hémoglobine
5 métabolisme du fer
6 catabolisme
7 notions de pathologies
1 structure
la membrane érythrocytaire
le GR subit une usure mécanique importante
- turbulences dans les cavités cardiaques
- franchissement des capillaires
L’intégrité du GR est indispensable au transport du dioxygène.
- le rapport surface volume : échanges cellulaires
- la forme : déformabilité.
bicouche phospholipidiqueasymétrie de répartition des phospholipides
- interne : phosphatidyl sérine et phosphatidyl éthanolamine
- externe : phosphatidylcholine -sphingomyéline - cholestérol
protéines transmembranaires :
pompes, canaux ioniques
indispensables au maintien des gradients de
concentration ionique régulation du volume
nécessitent de l’énergie
- protéine 3 : canal anionique HCO3-/Cl-
- les glycophorines A et B SGP servent aux
interactions membrane-cytosquelette (groupe
MNSs)
- les SGP portent les acides sialiques : charge
négative aux GR (répulsion)
Très grande perméabilité à l’eau, l’urée, le glucose
les petits anions mais pas les cations
le cytosquelette• Formé de protéines internes
- situées à la face cytoplasmique
- agencées à la façon des mailles d’un filet
- avec des points d’ancrage membranaires via la protéine 4.1
• La spectrine représente 75 % des protéines du GR.
• Complexes horizontaux spectrine-actine protéines 4.1 : forme
• complexes verticaux protéine 3-ankyrine (2-1)-protéine 4.2 :
déformabilité
le cytoplasme
• volume intra-cellulaire (donc VGM) maintenu
par des pompes Na+/K+ ATP dépendantes
• pH 7,1
• pas d’organites cellulaires
• saturé en hémoglobine CCMH > 300 g/L
localisation
- hépato-splénique pendant la vie embryonnaire
- médullaire chez l’enfant et l’adulte
- 2 millions de GR sont produits par jour
- 6 à 8 g d ’hémoglobine en compensation de
l’hémolyse physiologique 1/120 de la masse/jour
- 5 à 6 jours 10 % d ’érythropoïèse inefficace
- arrêt des mitoses lors de la saturation en
hémoglobine
Érythroblaste basophile
Érythroblaste polychromatophileÉrythroblaste acidophile
Pro-érythroblaste
CFU-E progéniteur
EPO mise en cycle de mitose BFU-E
activation du métabolisme
synthèse de l ’hémoglobine
perte du noyau
Notion de régulation
3 métabolisme
Pas de synthèse protéique
métabolisme simplifié
utilisation du glucose plasmatique avec 3 finalités
• fourniture d’énergie aux pompes membranaires
(pyruvate kinase)
• synthèse de 2-3diphosphoglycérate (2-3DPG) régulateur
de l’affinité de l’hémoglobine pour le dioxygène
• synthèse des systèmes anti-oxydants pour protéger
l’hémoglobine maintien du fer sous la forme Fe2+
(Glucose 6 phosphate déshydrogénase)
Glycolyse 90 %
anaérobie
ATP:fonctionnement
de la pompe à sodium
NADH coenzyme de
la méthémoglobine
réductase
NADPH coenzyme
de la glutathion
réductase protection
de l ’oxydation de la
globine et des
protéines structurales
4 L ’hémoglobine
• partie protéique la globine
– Partie spécifique l’hémoglobine qui varie selon
l’espèce, l’âge, la pathologie
– il existe différents types de globine
, , , ,
• groupement prosthétique : l’hème
• structure quaternaire
– 4 chaînes de globine
– hémoglobine adulte A1 96-99 %
deux dimères
liés par des liaisons de faible énergie
Les gènes des globines
En bleu : gènes embryonnaires
En vert : gènes fœtaux
en jaune : gènes adultes
Protoporphyrine :
4 noyaux pyrrole liés par des
ponts méthényle
structure plane
atome de fer Fe2+
qui forme 6 liaisons de
coordination
- 4 liaisons avec la
protoporphyrine
- la 5° avec un azote d ’une
histidine de l’hélice (F8
proximale)
- la 6° est libre et fixera le
dioxygène (ou le CO)
Le mouvement du fer entraîne :
* un changement de structure tertiaire par déplacement de l’hélice F
* un changement de structure quaternaire : par rotation d’un dimère par
rapport à l’autre
Le changement de conformation
oxyHb 540 nm et 578 nm état R (r pour un monomère)
désoxyHb 554 nm état T (t pour un monomère)
Électrophorèse en acétate
de cellulose pH 9,2
+-
A2 S/D F A1/Ao
2 2 2 2 2 2
HPLC
Anomalies de structure :
hémoglobinose
déficit de synthèse des
chaînes: thalassémie
Hb S Hb C Hb D Hb E
Glu remplacé par Val Glu remplacé par Lys Glu remplacé par Gln Glu 26 remplacé par
Lys
Les anomalies quantitatives : thalassémies
Syndrome
thalassémiqueHb A Hb A2 HbF Autres Hb
Clinique
-thalassémie
silencieuse
mineure
hémoglobinose
H
majeure
A
A
-
2,5 - 3,5 %
1,5 - 2,5 %
< 1,5%
-
Bart 0 - 2%
Bart 0 - 5 %
H 10 - 30 %
Bart
sang de
cordon
Hb Bart 4 présente chez le nné
f. mineure asymptomatique
Hb H( 4)
Forme létale
-thalassémie
mineure
majeure
Majoritaire
-
4 à10 %
N à 10 %
1 à 10 %
> 90 %
Anémie légère
Anémie sévère
-thalassémie var N à 8 à 15 % Anémie modérée
Pathologie de synthèse,réduction d ’une ou plusieurs chaînes
L’Hb : une protéine allostérique
• La fixation du dioxygène sur une sous-unité entraîne un changement de
conformation t-r
• ce changement se répercute sur les autres sous-unité
• cela favorise la fixation du dioxygène sur les autres sous-unités
L’O2 a un effet allostérique positif
• dans l’état r une sous-unité a une plus grande affinité pour O2
• plus l’hémoglobine a fixé de dioxygène plus elle est capable d’en fixer
effet coopératif positif
• au niveau des tissus, il y a production de CO2 et augmentation de la concentration
en H+
• ceci entraîne une diminution de l’affinité de l’hémoglobine pour le dioxygène et le
relargage
effet Bohr effet coopératif négatif : pH et CO2
Effet du 2-3 DPG (2-3 BPG)
effecteur allostérique négatif
• Composé produit par les GR glycolyse
• occupe la cavité centrale de l’Hb entre les deux chaînes
• sa présence stabilise l’hémoglobine en conformation T ce qui diminue l‘affinité
de l’Hb pour le dioxygène et favorise le relargage
• à l’inverse la fixation de l’O2 va chasser le 2-3 DPG et favorise ainsi la fixation
de l ’O2
combinaison à d’autres gaz
• Avec le dioxyde de carbone CO2
le CO2 est majoritairement transporté dans le sang sous forme HCO3- produit
dans les hématies par l’anhydrase carbonique.
Une partie est fixée à Hb au niveau des groupements basiques de la globine
carbhémoglobine
CO2 + protéine-NH2 protéine-NH-CO-OH
• Avec le monoxyde de carbone CO
carbonylhémoglobine
le Co se fixe au même endroit que l ’O2 mais la stabilité Hb(CO)4 est 200 fois
supérieure à celle de Hb(O2)4
le CO se comporte en inhibiteur compétitif du O2
il faut une pression partielle en O2 très forte pour lutter contre la toxicité du CO :
oxygénothérapie
Absorption
intestinalePlasma 2-3 mg
Transferrine - Fe3+
Moelle
hémoglobine
Réserves
foie
MOR -RATE
muscles
- ferritine
- hémosidérine
Globules rouges 3,7 g
pertes
macrophages
apports
Elimination
1 mg
5 métabolisme du fer
Fe2+Transferrine-(Fe3+)2
Sang
pH acide
acide ascorbique
estomac
Fe2+
pH basique
Fe3+
stockage cellulaire
• un compartiment de transit où le fer est labile
disponible pour les enzymes, les cytochromes et l'hémoglobine pour les érythroblastes
• un compartiment de stockage
• ferritine.
complexe qui peut contenir jusqu'à 4500 atomes de fer.
• hémosidérine protéine lysosomiale
forme dégradée de ferritine
stocke le fer de manière stable
difficilement mobilisable
Transferrine -(Fe3+)2
TfR
Macrophage
Granules de ferritineCatabolisme de
l ’hémoglobine
Rhophéocytose de
la ferritine 1 - 2 %
Fer labile
pinocytose
Captation du fer par l ’érythroblaste
Mitochondrie
synthèse de l ’hème
plasma
Le fer sanguin est capté au pôle basolatéral de la crypte par le complexe 2M-HFE-TfR1
l ’augmentation du fer intra-cellulaire diminue la synthèse de DMT1 et de la ferroportine lors de la différenciation de la crypte en villus
plus la captation du fer au pôle basal est grande et moins le fer est absorbé par l ’intestin
Notions de régulation• HFE:
liaison au récepteur de la transferrine TfR1 et augmente la captation du fer
• DMT1 : transporteur membranaire du Fe2+ des endosomes sensible au pH
• ferroportine 1, hephaestine et céruloplasmine
protéines qui permettent la sortie du fer
– des cellules du villus
– du macrophage
• Hepcidine
– peptide hépatique anti-bactérien
– augmente la captation du fer
• par les macrophages
• les cellules de la crypte des villosités
– inhibition de la ferroportine
– diminue l’absorption intestinale
– EPO inhibe la synthèse d’hepcidine
Paramètres biologiques
• Fer plasmatique
• transferrine
– coefficient de saturation CS = fer/CTF
• ferritine plasmatique
• sTfR récepteur soluble de la transferrine
Normal Carence en fer infection
sidérémie
• Libération du Fe3+ des protéines
milieu acide pH 5 en présence de guanidine
• réduction en Fe2+ par l ’acide ascorbique
• colorimétrie avec le Ferène S 593 nm
• résultats en µmol/L
homme femme enfant
9 - 30 8 à 28 11 à 22
Détermination de la transferrinémie
• Méthode turbidimétrique bichromatique 340-700 nm
• immunoprécipitation par des Acm en présence de polyéthylène
glycol
• résultats : 1,7 à 3,5 g/L
• CFT : capacité totale de fixation du fer
CFT = transferrine x25
résultats : 44 à 80 µmol/L
• CS coefficient de saturation de la transferrine
% des sites occupés par un ion Fe3+ sur l ’ensemble de la
transferrine
CS = sidérémie / CFT
résultats 20 à 40 % chez l ’homme, 15 à 35 % chez la femme
Dosage de la ferritinémie
• Évaluation de la réserve tissulaire en fer
• origines
– sécrétion par les macrophages
– lyse cellulaire physiologique (hépatocyte)
• ELISA sandwich
• résultats : 80 à 250 µg/L
– diminution : carence martiale
– augmentation : syndrome inflammatoire, pathologie hépatique
Dosage du sTfR
• Présent sur toutes les cellules, passage membranaire du fer lié à la
transferrine
• nombre de récepteur directement proportionnel aux besoins de la
cellule en fer
• ce nombre diminue lors de la différenciation cellulaire sauf sur les
érythroblastes et le placenta (la MOR contient 70 à 80 % des TfR)
• le sTfR est une fraction soluble sa concentration suit celle du TfR
• méthode immunoturbidimétrique
• mesure couplée à celle des réticulocytes = efficacité de
l ’érythropoïèse
• en dehors de tout déficit en fer une augmentation du sTfR sans
augmentation des réticulocytes = érythropoïèse inefficace
• remplace la coloration de Perls dans le diagnostic des anémies des
maladies chroniques
- Le fer de réserve de l’hémosidérine est libéré de la partie
protéique par un milieu acide.
- Les ions ferriques réagissent avec l'hexacyanoferrate II de
potassium (ferrocyanure de potassium)
- Obtention d’un précipité coloré Bleu de Prusse (hexacyanoferrate
II de fer III) visible sous forme de grains bleu turquoise dans le
cytoplasme des érythroblastes
- sidéroblaste I : 1 à 2 grains
- sidéroblaste II : couronne de grains
- érythrocytes (sidérocyte)
- des macrophages.
Coloration de Perls
la vit B12
Un déficit provoque une anémie macrocytaire
en général due à un déficit d’absorption (absence de facteur intrinsèque)
6 Le catabolisme• rigidification de la membrane, enrichissement en
cholestérol
• diminution de l’activité des pompes par carence en énergie
• apparition de cluster de protéine 4.1 signal de phagocytose
• hémolyse physiologique intra-tissulaire pour 80 %
• phagocytés par les macrophages dans le système réticulo-
endothélial
chaque jour 1/120 des GR
libération de 6 à 8 g d ’Hb
L’hémoglobine est dégradée principalement dans la rate
mais aussi le foie et les macrophages de la MOR
Métabolisme de l’Hémoglobine
Anabolisme de l’Hb
Glycine
+
Succinyl-CoA
Catabolisme de l’Hb
Hémoglobine
Hème
Fe2+
transferrine
Bilirubine
4 Chaînes
de globine
Hémoglobine
HèmeDans les
érythroblastes
(moelle
osseuse)
Dans le
système
réticulo
endothélial
Dégradation de l’Hémoglobine dans les macrophages
Cytoplasme Hémoglobine
Hème
GlobineProtéolyse Acides aminés
libres
Cycle du Fer
2/3 dans la circulation
lié à la transferrine
réutilisé pour l ’érythropoïèse
1/3 mis en stockage
sous forme de ferritine et
d’hémosidérine
Fe2+Hème oxydase
Biliverdine réductase
MOLECULE
LIPOSOLUBLE
Devenir de la bilirubine dans l’organisme
Bilirubine (liposoluble)
Reins
FoieIntestin
Macrophage
(moelle osseuse)
plasmaBilirubine conjuguée
(soluble)
Sérum albumine
Bilirubine
Urobilinogène
UROBILINE
Urines
Stercobilinogène
STERCOBILINE
Matières fécales
UrobilinogèneVoie biliaire
Bilirubine conjuguée
Acide glucuronique
UrobilinogèneVoie sanguine
système porte
bactéries
ictère
• Hémolyse physiologique = 1 à 2 % des
GR/jours
• hyper-hémolyse = durée de vie < 120 jours
– intra-tissulaire : foie , rate…
bilirubine libre , haptoglobine , LDH
– intra-vasculaire : hémolyse aiguë
hémoglobinurie, haptoglobine
hyperkaliémie, LDH
bilirubine libre
7 Pathologies
• d’origine endogène
– à la membrane et au cytosquelette
– au métabolisme
– à l’hémoglobine
• d’origine exogène
Exemples d ’anomalies du métabolisme
• Déficit en G6PD : schizocytes
diminution des défenses anti-oxydantes du
GR
maladie génétique liée à l’X qui touche les
hommes
• déficit en pyruvate kinase: acanthocytes
diminution de la production d ’ATP
hémolyse chronique
Exemples d ’anomalies de l ’hémoglobine
• Anomalies quantitatives de la synthèse d’hémoglobine:
les thalassémies
anémie microcytaire
• anomalie qualitative de l’hémoglobine:
la drépanocytose
hémoglobine S crise vaso-occlusive
anémie normocytaire régénérative