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Le SANG Medecins 1ère année
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BIOCHIMIE DU SANG 1. Métabolisme de l’erythrocyte 2. Production et élimination d’éléments
cellulaires 3. Metabolisme et Transport du Fe 4. Composants du Plasma (structure &
fonction)
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Érythrocyte • Globule rouge ou hématie • Disque biconcave, anucléé • Hémoglobine (97%) • Transporte 20% du gaz carbonique • Grande surface/volume • Production d’ATP par voie anaérobie • Pas de mitochondries
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1- STRUCTURE ET METABOLISME
1.1 Généralités
• Disque biconcave Ø moyen 7,5 µm, épaisseur 2 µm, surface 145 µm2
• Cellule anucléée, contenu eau 70%, Hb 25%, protéines, enzymes, ions
• Acidophile
• Durée de vie limitée 120 j, car absence de renouvellement enzymatique
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1- STRUCTURE ET METABOLISME
1.2 Membrane érythrocytaire
• essentielle dans maintien de sa forme et assurant la déformabilité (plasticité), ce qui permet le passage de capillaire de Ø < au sien
• Plasticité du GR: rapport S/V favorable, constitution mb
• viscosité interne en relation avec quantité et qualité de Hb
• Lors de pathologies =>dysfonction de la membrane ou de Hb:
=> Hyper-Hémolyse car GR moins déformables
• Double couche Phospholipidique
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1.2 Membrane érythrocytaire
• Échanges transmembranaire: nombreux transports transmembranaires.
-apport substrats énergétiques (glucose)
-fonctionnement des systèmes enzymatiques
-maintien des [ions] intraglobulaires
-pompe ATPase Na+/K+ Mg2+ dépendante
-pompe ATPase Ca2+Mg2+ dépendante
-pompe HCO3-/Cl-
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1.3 Métabolisme érythrocytaire
• Fonctions du GR: transport O2 et CO2
• Maintien intégrité de la membrane et de l’Hb, contre oxydation et hyper-hydratation
• Systèmes protecteurs nécessitent de l’énergie
• Métabolisme du Glucose:
- 90% Glycolyse anaérobie: Formation ATP, NADH, 2,3BPG (shunt de Rapoport)
- 10% voie des pentoses: formation NADPH
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Glucose
Glucose 6 Phosphate
Glycolyse anaérobie Voie des pentoses Phosphates
Trioses Phosphates
NADPH
NADPH +H+
Glutathion oxydé
2 Glutathions réduits
R-O-OH
R-OH + H20
NAD
NADH + H+
ATP
ADP + P
Pyruvate
Lactate
ENERGIE
Maintien de l’Hème à l’état fonctionnel Fe2+
Maintien de la forme biconcave
Renouvellement lipides membranaires
Pompes cationiques
Protection contre les oxydants
2 3
Métabolisme du Glucose érythrocytaire
G6PDH
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• Utilisation:
- ATP: pompes ATPases, renouvellement lipides mb
- 2,3 bis-Phospho-Glycérate (BPG): effecteur allostérique de Hb, qui diminue son affinité pour O2
- NADPH: coenzyme de glutathion réductase, régénération du Glutathion γGlu-Cys-Gly (GSH)
2 G-SH + R-O-OH G-S-S-G + H2O + R-OH
Glutathion peroxydase
G-S-S-G + NADPH,H+ 2 G-SH + NADP+
Glutathion réductase
- NADH: coenzyme de Methémoglobine réductase
MetHb (Fe3+) + NADH,H+ Hb(Fe2+) + NAD+
MetHb réductase
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• Lipides 40%, Protéines 52%, Glucides 8%
• Lipides: 70% PhosphoLipides , 30% Cholestérol
-Feuillet interne: riche en phosphatidylsérine et phosphatidyléthanolamine
-Feuillet externe: riche en phosphatidylcholine et sphingomyéline
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- Protéines extrinsèques: constituent le cytosquelette sous membrane,
- ce réseau de protéines est rattaché à la mb par une protéine d’ancrage :
ankyrine
Actine
Protéine bande 4.1
Spectrine
Protéine bande 4.2
• Protéines: les interactions entre protéines trans-membranaires et protéines extrinsèques du cytosquelette permettent le maintien de l’intégrité structurale
-Protéines transmembranaires:
protéine bande 3: transporteur anions HCO3-/Cl-
les glycophorines (sialoglycoprotéines): porteurs de charges négatives
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Spectrin tetramers linked together by actin filaments Spectrin tetramers
linked to band 4.1 protein by actin filaments
Deformable protein matrix that allows red cell to withstand physical stress
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Les Proteines de la membrane sont solubilisées par le sodium dodecyl sulphate (SDS) et séparatées selon leur taille par SDS-PAGE.
IDENTIFICATION de PROTEINES
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Major plasma membrane proteins of the Red Blood Cell
• Spectrin (peripheral protein on cytosolic surface) • Ankyrin attaches spectrin (& the cytoskeleton) to
the inner surface to the red cell plasma membrane
• Glycophorin also attaches the cytoskeleton to the red cell plasma membrane
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Ankyrin binds to spectrin and to the cytosolic domain of band 3 protein, a transmembrane protein
Spectrin also attached to band 4.1 protein, which is in turn anchored to the membrane by association with the cytosolic domain of glycophorin, a transmembrane protein
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Spectrin, actin, ankyrin et band 4.1 sont des proteines membranaires peripheriques
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Band 3 et glycophorin sont des proteines membranaires integrales (transmembranaires)
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Functions of Integral Red Cell plasma membrane proteins
• Glycophorin – Function unkown apart from its role in anchoring the cytoskeleton.
– major sialoglycoprotein of the human erythrocyte membrane.
– It consists of at least two sialoglycopeptides and is composed of 60% carbohydrate including sialic acid and 40% protein.
– involved in a number of different biological activities including the binding of influenza viruses, kidney bean phytohemagglutinin, and wheat germ agglutinin.
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Functions of Integral Red Cell plasma membrane proteins
• Glycophorin
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Functions of Integral Red Cell plasma membrane proteins
• Glycophorin • The structure of the
transmembrane dimer of glycophorin A
• Close approach of trans-membrane helices in membrane proteins.
• Glycophorin A has a well characterized GxxxG motif.
• The two glycines in this motif (Gly79 and Gly83) pack closely in the helix interface and allow interhelical hydrogen bonding of Thr87
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Functions of Integral Red Cell plasma membrane proteins
• Glycophorin
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Functions of Red Cell plasma membrane proteins
• Band 3 protein – Multipass transmembrane protein (12 TM domains) – Takes its name from its position relative to other
proteins on SDS-polyacrylamide gels
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Les Proteines de la membrane sont solubilisées par le sodium dodecyl sulphate (SDS) et séparatées selon leur taille par SDS-PAGE.
IDENTIFICATION de PROTEINES
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Function of Band 3 Protein • Catalyzes the coupled transport of anions
– Red blood cells carry oxygen from the lungs to tissues • Also carry CO2 from tissues to the lungs (herein is the role of Band 3
protein)
– CO2 only sparingly soluble in water, hence carried as bicarbonate (HCO3
-)
H20 + CO2 ↔ HCO3- + H+
– Band 3 protein transports HCO3- across the membrane in
exchange for Cl- • By making the cell membrane permeable to HCO3
-, Band 3 protein increases the amount of CO2 the red blood cell can carry.
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Groupe A
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Carbohydrates sont surtout présents à la surface externe de la membrane de l’erythrocyte
Associés aux antigènes spécifiques de groupes sanguins: ABH & Lewis.
A gene product (A transferase)
Gal Glc Gal GlcNAc
Red cell membrane Type 2 precursor Note: 1→4 linkage
band 3 1
2 3
4
Fuc
1
2 3
4
GalNAc
Donor nucleotide (UDP-GalNAc)
Acceptor sugar (Galactose)
Specific 1→3 linkage
Antigène du groupe A
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BIOCHIMIE DU SANG 1. Métabolisme de l’érythrocyte
Hémoglobine 2. Production et élimination d’éléments
cellulaires 3. Metabolisme et Transport du Fe 4. Composants du Plasma (structure &
fonction)
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L’hémoglobine
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O2
O2 O2
O2 O2 Fe Fe
Fe Fe
Fe Fe
Fe Fe
CO2
NHCOO-
HCO3-
NHCOO-
CO2
O2
Poumons
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Les autres formes de l’hémoglobine
Méthémoglobine Hémoglobine
Oxyhémoglobine
Carboxyhémoglobine
Fe+++
Fe++
Fe++
O2
CO
Fe++
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A) Généralités
L’Hb fait partie de la superfamille des globines. L’hémoglobine est un tétramère composé de 4 chaînes appelées
globines : 2 chaînes α (141 AA) 2 chaînes β (146 AA)
Chaque chaîne s’organise en hélices α et comportent un hème.
Hème : composé de protoporphyrine IX et d’un atome de Fe.
Structure
![Page 43: Le SANG - unifr.ch · 2010. 5. 18. · Structure 1) Gènes Les gènes de l’Hb sont situés sur les chromosomes 16 (α) et 11 (β). 2) Structure Les AA chargés sont disposés en](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071414/610da5f2a0dae24ea918b10f/html5/thumbnails/43.jpg)
Structure 1) Gènes
Les gènes de l’Hb sont situés sur les chromosomes 16 (α) et 11 (β).
2) Structure Les AA chargés sont disposés en surface. Une crypte apolaire renferme l’hème et le site de liaison a l’O2
La structure primaire de chaque chaîne de globine forme 8 segments hélicoïdaux notés de A à H, et les histidines E7 et F8 interviennent dans la liaison de l’hème
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La structure primaire de chaque chaîne de globine forme 8 segments hélicoïdaux notés de A à H, et les histidines E7 et F8 interviennent dans la liaison de l’hème
![Page 45: Le SANG - unifr.ch · 2010. 5. 18. · Structure 1) Gènes Les gènes de l’Hb sont situés sur les chromosomes 16 (α) et 11 (β). 2) Structure Les AA chargés sont disposés en](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071414/610da5f2a0dae24ea918b10f/html5/thumbnails/45.jpg)
Structure Les interactions entre les AA des différentes chaînes se
font par des liaisons hydrophobes. Il existe aussi deux liaisons covalentes et quelques liaisons ioniques.
Chaque sous-unité est composé de 8 hélices α.
![Page 46: Le SANG - unifr.ch · 2010. 5. 18. · Structure 1) Gènes Les gènes de l’Hb sont situés sur les chromosomes 16 (α) et 11 (β). 2) Structure Les AA chargés sont disposés en](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071414/610da5f2a0dae24ea918b10f/html5/thumbnails/46.jpg)
Repérage des hélices par des lettres: A:Bleu E: Jaune B: Bleu ciel F: Orangé C: Vert G: Rose D: Vert pale H: Rouge (sauf α)
Chaine β Chaine α
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La myoglobine
Histidine F8
Histidine E7
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α2
α1 ß1
ß2
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![Page 50: Le SANG - unifr.ch · 2010. 5. 18. · Structure 1) Gènes Les gènes de l’Hb sont situés sur les chromosomes 16 (α) et 11 (β). 2) Structure Les AA chargés sont disposés en](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071414/610da5f2a0dae24ea918b10f/html5/thumbnails/50.jpg)
Chaînes de Globine de l’hémoglobine adulte alpha (α) beta (β) gamma (γ) delta (δ).
Hb A: α2β2 Hb F: α2γ2 Hb A2: α2δ2
La chaîne alpha est commune aux 3 types de Hb adultes Chaînes alpha: 141 AA Chaînes non-alpha chains: 146 AA.
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Synthèse de la chaine α: provient de 2 α genes, α1 et α2, sur chromosome 16. Les chaînes β & δ: proviennent d’un seul gene sur chromosome 11. Chaine γ: dirigée par 2 genes, γG & γA, sur le chromosome 11.
![Page 52: Le SANG - unifr.ch · 2010. 5. 18. · Structure 1) Gènes Les gènes de l’Hb sont situés sur les chromosomes 16 (α) et 11 (β). 2) Structure Les AA chargés sont disposés en](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071414/610da5f2a0dae24ea918b10f/html5/thumbnails/52.jpg)
Hémoglobines
• synthèse du stade CFU-E tardive au stade réticulocyte
• Structure: chromoprotéine porphyrinique, 4 sous-unités identiques 2 à 2
• 1 sous-unité: 1 chaîne protéique de globine + un groupement Hème contenant un atome de Fe2+
• Structure et synthèse de la globine:
• chaîne α ( α, ou embryonnaire ζ ) et chaînes non α ( β, δ, ε, γ )
• la composition de chaque hémoglobine est variable mais toujours 2 chaînes α et 2 chaînes non α
• Vie embryonnaire: Hb Gower 1 (ζ2 ε2), Gower 2 (α2 ε2), Portland (ζ2 γ2)
• Vie fœtale: Hb F (α2 γ2)
• Après 6 mois et adulte: Hb A (α2 β2) à 98%, Hb A2 (α2 δ2) 2%
Hb F à l’état de traces
• globines: synthèse classique des protéines
chaînes α 141 aa, et gènes α situés sur chr 16
chaînes non α 146 aa, et gènes non α situés sur chr 11
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Les différentes hémoglobines au cours de l'embryogenèse
ε ζ
γ
β α
12s 24s N 3m 6m 12m 18m
Foie Rate Moelle
δ
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HbF
Les différentes hémoglobines au cours de l'embryogenèse
Foie Rate Moelle
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L’hème L’hème est composé de la protoporphyrine IX (4 noyaux pyroliques)
et d’un atome de fer ferreux Fe 2+. Il permet la liaison de l’02 par l’intermédiaire de son atome de fer L’hème est intégré à la globine pour former l’hémoglobine
Fe
R1
R1
R1
R1
R2
R2 R3
R3
N
N
N N
N NH
CH2 | H3
+N – CH – COO–
O = O:
R1 : – CH3 méthyl R2 : – CH = CH2 vinyl R3 : – (CH2) 2– COOH propionate
His 63 ou F8
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L’hème Liaisons de l’hème dans l’hémoglobine :
Fe
R1
R1
R1
R1
R2
R2 R3
R3
N
N
N N
N NH
CH2 | H3
+N – CH – COO–
O = O:
His 63 ou F8
Le fer se lie aux noyaux pyroliques grâce à des N par des liaisons covalentes (vraies ou datives)
L’hème se lie à la globine par une liaison covalente entre l’His F8 et le fer.
L’O2 se fixera sur le fer par une liaison dative
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L’hème Synthèse
Cette synthèse débute dans la mitochondrie, se poursuit dans le cytosol et s’achève dans la mitochondrie (3 dernières étapes).
Gly+Succinyl CoA Acide δaminolévulinique Protoporphyrine IX
Fer+Protoporphyrine IX
Hème + globine
Hémoglobine
ALAsynthase
Ferrochélatase
Transcription Traduction
Fe
Fer+transferrine
Récepteur à la transferrine
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![Page 61: Le SANG - unifr.ch · 2010. 5. 18. · Structure 1) Gènes Les gènes de l’Hb sont situés sur les chromosomes 16 (α) et 11 (β). 2) Structure Les AA chargés sont disposés en](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071414/610da5f2a0dae24ea918b10f/html5/thumbnails/61.jpg)
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![Page 63: Le SANG - unifr.ch · 2010. 5. 18. · Structure 1) Gènes Les gènes de l’Hb sont situés sur les chromosomes 16 (α) et 11 (β). 2) Structure Les AA chargés sont disposés en](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071414/610da5f2a0dae24ea918b10f/html5/thumbnails/63.jpg)
![Page 64: Le SANG - unifr.ch · 2010. 5. 18. · Structure 1) Gènes Les gènes de l’Hb sont situés sur les chromosomes 16 (α) et 11 (β). 2) Structure Les AA chargés sont disposés en](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071414/610da5f2a0dae24ea918b10f/html5/thumbnails/64.jpg)
Fonctions Lorsque l‘Hb est sous forme deoxygénée (sans O2), le fer est
décalé par rapport au plan de la protoporphyrine. Quand l’Hb est sous forme oxygénée, le fer se retrouve dans
le plan de la P IX.
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![Page 66: Le SANG - unifr.ch · 2010. 5. 18. · Structure 1) Gènes Les gènes de l’Hb sont situés sur les chromosomes 16 (α) et 11 (β). 2) Structure Les AA chargés sont disposés en](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071414/610da5f2a0dae24ea918b10f/html5/thumbnails/66.jpg)
N N
N N
R1 R1
R2R2
R3
R2 R3
R2
Fe
N
O
NHN
OO
R1: (CH2)2-COOH
R2: CH3
R3: CH=CH2
His63 (F8)
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![Page 68: Le SANG - unifr.ch · 2010. 5. 18. · Structure 1) Gènes Les gènes de l’Hb sont situés sur les chromosomes 16 (α) et 11 (β). 2) Structure Les AA chargés sont disposés en](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071414/610da5f2a0dae24ea918b10f/html5/thumbnails/68.jpg)
N
N
N
N
O O
![Page 69: Le SANG - unifr.ch · 2010. 5. 18. · Structure 1) Gènes Les gènes de l’Hb sont situés sur les chromosomes 16 (α) et 11 (β). 2) Structure Les AA chargés sont disposés en](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071414/610da5f2a0dae24ea918b10f/html5/thumbnails/69.jpg)
H F
![Page 70: Le SANG - unifr.ch · 2010. 5. 18. · Structure 1) Gènes Les gènes de l’Hb sont situés sur les chromosomes 16 (α) et 11 (β). 2) Structure Les AA chargés sont disposés en](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071414/610da5f2a0dae24ea918b10f/html5/thumbnails/70.jpg)
H F
![Page 71: Le SANG - unifr.ch · 2010. 5. 18. · Structure 1) Gènes Les gènes de l’Hb sont situés sur les chromosomes 16 (α) et 11 (β). 2) Structure Les AA chargés sont disposés en](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071414/610da5f2a0dae24ea918b10f/html5/thumbnails/71.jpg)
Désoxyhemoglobine
Oxyhemoglobine
15°
![Page 72: Le SANG - unifr.ch · 2010. 5. 18. · Structure 1) Gènes Les gènes de l’Hb sont situés sur les chromosomes 16 (α) et 11 (β). 2) Structure Les AA chargés sont disposés en](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071414/610da5f2a0dae24ea918b10f/html5/thumbnails/72.jpg)
N
N
N
N
C
C
C
C
Asp94 His146
Arg141 Asp126 Lys40
Lys40 Asp126 Arg141
His146 Asp94
ß
α
![Page 73: Le SANG - unifr.ch · 2010. 5. 18. · Structure 1) Gènes Les gènes de l’Hb sont situés sur les chromosomes 16 (α) et 11 (β). 2) Structure Les AA chargés sont disposés en](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071414/610da5f2a0dae24ea918b10f/html5/thumbnails/73.jpg)
SH
ASP FG1
HIS C3
LYS C5
TYR
VAL FG5
HIS F8
CYS F9
LYS H1
![Page 74: Le SANG - unifr.ch · 2010. 5. 18. · Structure 1) Gènes Les gènes de l’Hb sont situés sur les chromosomes 16 (α) et 11 (β). 2) Structure Les AA chargés sont disposés en](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071414/610da5f2a0dae24ea918b10f/html5/thumbnails/74.jpg)
SH
ASP FG1
HIS C3
LYS C5
TYR
VAL FG5
HIS F8 CYS F9
LYS HC1
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Relaxed state Tense state
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![Page 77: Le SANG - unifr.ch · 2010. 5. 18. · Structure 1) Gènes Les gènes de l’Hb sont situés sur les chromosomes 16 (α) et 11 (β). 2) Structure Les AA chargés sont disposés en](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071414/610da5f2a0dae24ea918b10f/html5/thumbnails/77.jpg)
concerté
concerté
T R
S
S S
S S
S S
S S
S
S
S S
S S
S S
S S
S
S
S S
S S
S
Relation structure/fonction
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Rôles de l’hémoglobine A/ Transport de l’oxygène
Équation de Hill (PO2/P50)n = SO2 / (100-SO2)
Avec n = coefficient de Hill, qui varie avec la pCO2, la pO2, le pH et la température
Cette équation permet de déterminer la Saturation en 02 des hématies en fonction des conditions du milieu.
Myoglobine
Hémoglobine Sat02
Pression 02 (mmHg)
100%
50%
P50 Courbes de saturation
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La P50O2 (pression partielle de O2 à laquelle Hb est demi-saturée) dans sang normal: 27 mmHg.
augmentation de l’affinité pour O2, la courbe est déplacée à gauche: P50 diminue
diminution de l’affinité pour O2, la courbe est déplacée à droite: P50 augmente
Normallement, les échanges de O2 exchange operent entre 95% saturation (sang arteriel) avec tension arterielle O2 de 95 mmHg et 70% saturation (sang veineux) avec tension veineuse moyenne O2 de 40 mmHg.
Myoglobine
Hémoglobine Sat02
Pression 02 (mmHg)
100%
50%
P50
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![Page 81: Le SANG - unifr.ch · 2010. 5. 18. · Structure 1) Gènes Les gènes de l’Hb sont situés sur les chromosomes 16 (α) et 11 (β). 2) Structure Les AA chargés sont disposés en](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071414/610da5f2a0dae24ea918b10f/html5/thumbnails/81.jpg)
Hb Fœtale α2ε2
Hb Maternelle α2β2
pO2
Saturation
Hb fœtale - Hb maternelle
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Rôles de l’hémoglobine B/ Transport d’autres molécules par l’Hb
1) le monoxyde de carbone (« carboxyHb »): CO • affinité pour l'hème qui est 200-300 fois supérieure par rapport à
l'oxygène. • Déplace la courbe d’affinité de l’Hb pour l’O2
(=> saturable seulement à pO2 très élevée, ca. 120mmHg) • Déplaçable par un milieu 95%O2/5%CO2 • se lie aussi sur myoglobine
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Rôles de l’hémoglobine B/ Transport d’autres molécules par l’Hb
2) Le dioxyde de carbone (« carbaminoHb »): CO2 Hb ayant lié du CO2 sur un acide α-aminé N-terminal d'une chaîne β, =>
favorise la forme T de l’Hb.
CO2
CO2 Hb - O2 carbamino
Hb
O2
H3O+
H3O+ Hb - O2 Hb – H+ O2
CO2
HCO3– + H3O+
CO2 + H2O
H2CO3
Cl–
hématie
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Rôles de l’hémoglobine B/ Transport d’autres molécules par l’Hb
3) le monoxyde d’azote (NO) molécule vasodilatatrice qui a une forte affinité pour l’Hb, ca. 8000 fois
supérieure à celle de l’O2.
Le NO augmente l’effet Bohr.
O2 O2
O2 O2
O2 O2
O2 O2
4 O2 4 O2
NO
NO
-Cys-NO
XSNO +4 O2
poumon
NO
poumon
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Rôles de l’hémoglobine C) Mécanismes de régulation du transport de l’O2
1) Effet Haldane L’Hb a une affinité plus faible pour l’O2 quand les concentrations
en CO2 augmentent.
SatCO2
PCO2
tissus
poumons
Effet Haldane
tissus
poumons
SatO2
PO2
Effet Bohr
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Effet Haldane:
L’oxygénation modifie l’affinité de l’Hb pour: - H+
- CO2
Sat CO2
pCO2
Poumon Tissus
dOHb
O2Hb
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C) Mécanismes de régulation du transport de l’O2 2) Effet Bohr:
Une baisse de pH diminue l’affinité de l’Hb pour l’O2. L’affinité de l’Hb pour l’O2 diminue proportionnellement à la baisse du pH
Sat O2
pO2 (mmHg) Tissus Poumon
pH=7,6
pH=7,4
pH=7,2
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Rôles de l’hémoglobine C) Mécanismes de régulation du transport de l’O2
3) Régulation par le 2-3 biphosphoglycérate (2,3-BPG) Différent du 1-3 BPG (molécule riche en énergie)
-affinité préférentielle pour la désoxyhémoglobine -favorise la forme T du tétramère diminuant
ainsi l'affinité de l'hémoglobine pour l'oxygène en formant une sorte de liaison entre les chaînes β. - potentialise l'effet Bohr
O O-
C
C
C
H
H
H O
O
PO3-
PO3-
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C
H
2
O
P
O
O
O
O
O
C
H
O
P
O
O
O
N
H
3
+
N
H
3
+
ß1
ß2
Lys 82 His 143
His 2
His 2
His 143
Lys 82
NH3+
NH3+
Le 2-3 BPG se fixe dans une cavité au centre du tétramère entre les sous-unités β
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Rôles de l’hémoglobine Le 2-3 BPG reste lié à l’Hb une fois fixé dessus. L’hypoxie et l’alcalose entraîne une augmentation de la
synthèse de 2-3 BPG.
4) Compensation d’un déséquilibre ionique
H+ 2-3 BPG
Acidose aiguë Normal
Acidose chronique
Alcalose aiguë
Normal
Alcalose chronique
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![Page 96: Le SANG - unifr.ch · 2010. 5. 18. · Structure 1) Gènes Les gènes de l’Hb sont situés sur les chromosomes 16 (α) et 11 (β). 2) Structure Les AA chargés sont disposés en](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071414/610da5f2a0dae24ea918b10f/html5/thumbnails/96.jpg)
La courbe normale de saturation depend de la concentration de 2,3-DPG, ions H+ et CO2 de l’érythrocyte et de la structure de Hb.
De hautes concentrations de 2,3-DPG, H+ or CO2, et presence de certaines haemoglobins (HbS), déplacent la courbe vers la droite
Ceci facilite la libération de l’oxygène de l’érythrocyte.
HbF (incapable de lier 2,3-DPG) & quelques rares Hb anormales (polycythaemies) déplacent la courbe vers la gauche et libèrent ainsi plus facilement O2
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La courbe normale de saturation depend de la concentration de 2,3-DPG, ions H+ et CO2 de l’érythrocyte et de la structure de Hb.
De hautes concentrations de 2,3-DPG, H+ or CO2, et presence de certaines haemoglobins (HbS), déplacent la courbe vers la droite
Ceci facilite la libération de l’oxygène de l’érythrocyte.
HbF (incapable de lier 2,3-DPG) & quelques rares Hb anormales (polycythaemies) déplacent la courbe vers la gauche et libèrent ainsi plus facilement O2
Adaptation à l’Altitude
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Métabolisme de l’Erythrocyte voie de Embden-Meyerhof (EMP)
• Glucose => lactate • produit 2 ATP • ATP nécessaire pour maintenir la balance osmotique • genère NADH nécessaire pour la methaemoglobin
reductase
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![Page 100: Le SANG - unifr.ch · 2010. 5. 18. · Structure 1) Gènes Les gènes de l’Hb sont situés sur les chromosomes 16 (α) et 11 (β). 2) Structure Les AA chargés sont disposés en](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071414/610da5f2a0dae24ea918b10f/html5/thumbnails/100.jpg)
Métabolisme de l’Erythrocyte shunt de Luebering-Rapoport (=shunt de la voie de Emden-Meyerhoff)
• => 2,3-DPG (2-3 diphophosgylcérate) • Change l’affinité de Hb pour O2
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2,3-Diphosphoglycerate (2,3-DPG)
mutase
Phosphatase
Luebering-Rapoport shunt
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![Page 103: Le SANG - unifr.ch · 2010. 5. 18. · Structure 1) Gènes Les gènes de l’Hb sont situés sur les chromosomes 16 (α) et 11 (β). 2) Structure Les AA chargés sont disposés en](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071414/610da5f2a0dae24ea918b10f/html5/thumbnails/103.jpg)
génère NADPH nécesssaire pour GSH-reductase
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• deficience en G6PD est généralement asymptomatique.
Lors de stress oxydant le GR est souvent en forme de spherocytes, schistocytes, and cellules à "blister” - présente des corpuscules de Heinz (Heinz bodies, Hb dénaturée) éliminés par la rate.
• test enzymatique de G6PD montre un taux élevé dans les reticulocytes et jeunes erythrocytes, qui diminue dans les vieux GR.
• Lors d’hemolysis, cellules vieilles sont detruites. De ce fait, l’hemolyse est habituellement limitée.
Glucose-6-phosphate Deshydrogénase
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Pyruvate kinase
• Deficience de Pyruvate kinase = maladie autosomale recessive
• cause de polychromasie, anisocytose, poikilocytose.
• Basse de formation d’ATP provoque rigidité de la membrane du GR, => hémolyse.
• Symptomes habituellement mineurs, car l’augmentation de 2,3-DPG provoque un faible déplacement de la courbe de dissociation.
• Personnes homozygotes avec déficience de PK => anemie sevère, souvent découverte dans l’enfance. Splenomegalie, cholelithiase et jaunnisse sont frequents.
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Pathologies de Hb
Anémies Thalassémies
Drépanocytose Polyglobulies
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Anemies
anemies hémolytiques
Thalassemie anemie Sickle-cell déficience d’Enzyme anemie hemolytique autoimmune anémie microangiopathique (TTP) Malaria
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Anemia deficience d’Enzymes :
Glucose 6-Phosphogluconate
Pyruvate
G-6PD
Pyruvate kinase
Hemolyse: aigue – dommages oxydatifs
(deficience de G-6PD) ou chronique (deficience de PK)
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Anemies anemie hemolytique autoimmune :
- Anticorps contre erythrocytes - Etiologie: idiopathique (primaire), maladie lymphoproliferative, troubles autoimmunes systemiques (SLE), médicaments, infections (viral; bacterial) - Diagnostique: test antiglobuline direct - Therapie: steroides
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C/ Anémies mégaloblastiques par carence vitaminique Folates et/ou B12
• Carence en vit B12:
-troubles de l’absorption (gastrectomie, anomalie du récepteur iléal du Facteur Intrinsèque, lésions inflammatoires intestinales ou pancréatiques)
Maladie de Biermer: MAI avec Auto Ac anti FI
-rarement une carence par apport insuffisant
• Carence en folates:
-très souvent insuffisance d’apport lors accroissement des besoins (grossesse, hémolyse, hémorragie, infections), ou malnutrition
-troubles de l’absorption (maladies inflammatoires intestinales, résection,…)
-défaut d’utilisation des folates: alcoolisme, médicaments antifoliques
Signes cliniques habituels de l'anémie, mais d'installation très progressive (plusieurs mois), associés à glossite, diarrhées, stérilité, et un syndrome neurologique si carence en vit. B12.
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Anemie Absorption de Vitamin B12 :
Absorption diminuée: - pas de facteur intrinsèque (anemie pernicieuse) - pas d’absorption sur ileum terminal - croissance bacterienne importante
Vitamin B12 Intrinsic factor
Absorption
Stomach
Terminal ileum
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Anemie anemie pernicieuse :
- maladie autoimmune - implication hématologique et neurologique - traitement à l’acide folique corrige l’anémie,mais pas les troubles neurologiques
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B-Anémies hémolytiques non corpusculaires: maladies acquises, hémolyse induite par agression externe
B.1-Anémies hémolytiques d’origine immunologique
-post-transfusionnelles, MHNN, par incompatibilité
-AHAI: Auto-Ac (« chauds ou froids ») anti-Ag de gps sanguins apparaissant ds infections virales,MAI,médicaments, tumeurs…
-AH immuno-allergiques origine médicamenteuse
B.2-Anémies hémolytiques d’origine toxique: médicaments, venins, champignons, dérivés benzéniques, arsenic, PLOMB Saturnisme: Pb conduit à inhibition ALA synthétase et Héme synthétase, accumulation ALA ds sang et urines. Diminution capacité fixation du fer, troubles de maturation des réticulocytes
B.3-Anémies hémolytiques d’origine infectieuse: C.perfringens, Plasmodium
B.4-Anémies hémolytiques d’origine mécanique: destruction intra-vasculaire, présence de schizocytes, cas des prothèses valvulaires cardiaques, ou microangiopathies (vaisseaux altérés) de HTA, cancers, purpura thrombotique et thrombocytopénique, et Syndrome hémolytique et urémique de l’enfant
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Anémie inflammatoire
Tout syndrome inflammatoire (infectieux, auto-immun) chronique conduit à une séquestration du fer par les macrophages, avec livraison difficile du fer aux érythroblastes
Syndrome anémique peu intense souvent détecté après la cause inflammatoire.
Anémie modérée (Hb entre 9 et 11g/dl) longtemps normocytaire et normochrome puis discrètement microcytaire (rarement VGM < 75fl) et faiblement hypochrome (rarement TCMH < 24pg).
Anémie arégénérative, avec anomalies légères sur frottis.
Souvent Thrombocytose, et Polynucléose neutrophile.
Anémie hyposidérémique (Fer rarement < 300µg/l).
Transferrine faiblement diminuée
Coefficient de Saturation normal à faiblement diminué (rarement < 20%).
Ferritine plasmatique normale, parfois augmentée.
Syndrome biologique inflammatoire : VS augmentée, Protéines plasmatiques de l'inflammation élevées (CRP, Fibrinogène, Haptoglobine …), γglobulines sériques et α2globulines augmentées…
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Anemies Sickle-cell anemie: Drépanocytose (HbS)
mutation du gene β-globine
état héterozygote– protection de la malaria? état homozygous – forme grave: - hémolyse - crises douloureuses - crises respiratoires - priapisme - déficience multiorganes
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A.2.2-Anomalies qualitatives constitutionnelles de la structure de la globine
appelées aussi Hémoglobinoses, il existe plus de 400 types d'Hb mutées, toutes n'ayant pas une signification clinique.
La Drépanocytose (HbS)
Maladie constitutionnelle de l'Hb caractérisée par une anomalie de structure de la chaîne β de globine aboutissant à la production d'une hémoglobine anormale l'HbS. C'est la plus fréquente des Hémoglobinopathies.
Population: sujets noirs de l'Afrique centrale et occidentale (40% dans certaines ethnies), Amérique du Nord et du Sud, Antilles. Plus rare chez les sujets blancs du pourtour méditerranéen (Sicile, Grèce, Turquie) et au Moyen Orient, Inde.
Mécanismes génétiques: l'HbS, tétramère α2β2, chaînes β de globine anormales par remplacement de l'acide glutamique n°6 par une valine, résultat d'une mutation d'un codon GAG en GTG. Transmission de mode autosomique récessif.
Conséquence de l'HbS sur l'hématie: modification de la configuration spatiale de l'Hb, et formation de polymères d'Hb en situation de désoxygénation. La polymérisation est responsable d'une déformation du globule rouge en faucille (falciformation) et d'altérations membranaires à l'origine d'une augmentation d'activité procoagulante. et d'une déshydratation cellulaire par déséquilibre des perméabilités au Na+/K+.
Drépanocytose (HbS)
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Drépanocytose (HbS)
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Drépanocytose (HbS)
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Erythrocytes d’Anemies S
OXY-STATE DEOXY-STATE
• Deoxygenation de erythrocytes SS entraîne une polymerisation intracellulaire de l’hémoglobine, avec changements de la morphologie de la cellule cell
Drépanocytose (HbS)
![Page 120: Le SANG - unifr.ch · 2010. 5. 18. · Structure 1) Gènes Les gènes de l’Hb sont situés sur les chromosomes 16 (α) et 11 (β). 2) Structure Les AA chargés sont disposés en](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071414/610da5f2a0dae24ea918b10f/html5/thumbnails/120.jpg)
Deoxyhemoglobin S Polymer Structure A) Deoxyhemoglobin S 14-stranded polymer (electron micrograph)
D) Charge and size prevent 6β Glu from binding.
C) Hydrophobic pocket for 6β Val
B) Paired strands of deoxyhemoglobin S (crystal structure)
Dykes, Nature 1978; JMB 1979 Crepeau, PNAS 1981 Wishner, JMB 1975
Drépanocytose (HbS)
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Drépanocytose homozygote HbS/HbS Diagnostic vers 6 mois-1an quand HbF disparaît: l'HbF inhibe la polymérisation de l'HbS dans le GR, et chez les drépanocytaires le taux d'HbF à 2-3 mois peut être augmenté jusqu'à 40%.
Anémie ± sévère (7-9 g/dl) normochrome normocytaire, très régénérative.
Anomalies sur frottis : poïkylocytose, quelques drépanocytes spontanés, corps de Jolly, érythroblastose. Hyperleucocytose (15-20.103 /mm3avec polynucléose neutrophile.
Hypersidérémie sauf carence associée.
Hyperbilirubinémie.
Myélogramme montrant une érythroblastose massive.
Examens complémentaires de certitude: Electrophorèse de l'Hb:
HbA absente, HbS 75 à 95%, HbA2 2 à 4%, HbF 1à 15%.
Test de falciformation (ou d'Emmel) au métabisulfite de Na
Le globule rouge drépanocytaire perd ses propriétés de déformabilité ce qui conduit à une hémolyse prématurée, et la présence de drépanocytes dans la circulation augmente la viscosité, et provoque des accidents vaso-occlusifs.
Drépanocytose (HbS)
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ANEMIES liées à des MALADIES CHRONIQUES
• Trouble de la Thyroide • Maladie vasculaire du Collagène
– Arthritis rheumatoid – Lupus Erythematosus Systemique – Polymyositis – Polyarteritis Nodosa
• Maladie Inflammatoire intestinale – Colitis Ulcerative – Maladie de Crohn’s
• Tumeur • Maladie infectieuse chronique
– Osteomyelitis – Tuberculosis
• Insuffisance rénale
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Anomalies quantitatives constitutionnelles de la synthèse de globine
• Syndromes Thalassémiques: diminution ou absence de synthèse d'une ou plusieurs chaînes de globine : α-Thalassémies et β-Thalassémies.
• Les β-Thalassémies
Populations : Bassin méditerranéen (Grèce, Italie du Sud, Sicile, Sardaigne, Afrique du Nord), Asie du Sud-Est, Moyen Orient, Afrique noire, Antilles, Noirs américains.
Altérations génétiques : 150 mutations ponctuelles connues (délétions plus rares), affectant le promoteur des gènes β, les mécanismes d'excision-épissage, ou le signal de terminaison de traduction.
∅β thalassémie majeure ou maladie de Cooley
Anémie n'apparaissant pas à la naissance car synthèse HbF restant majoritaire, donc diagnostic établi entre 3 mois et 18 mois.
Anémie sévère (Hb entre 4 et 7g/dl), microcytaire et hypochrome, peu régénérative.
Anomalies sur le frottis caractéristiques : microcytose, poïkylocytose, elliptocytes, hypochromie, annulocytes et hématies cibles, ponctuations basophiles, et érythroblastose sanguine (imposant la correction de la numération leucocytaire).
Thalassémies
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Thalassémies
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β-Thalassémie hétérozygote
Forme mineure : Anémie modérée microcytaire et hypochrome, peu régénérative. Hb A2 > 3%, et HbF 1 à 5%. Forme clinique très atténuée de la maladie de Cooley.
Forme minime : Pseudopolyglobulie microcytaire et hypochrome sans anémie, HbA2 > 3%. Porteur inapparent de la maladie, cliniquement asymptomatique, diagnostic au hasard à un âge avancé, parfois au cours d'une enquête familiale après dépistage d'un enfant atteint de la maladie de Cooley
β-Thalassémies homozygotes
Mutation portant sur les 2 gènes β : β0-Thalassémie si aucune chaînes β produites ou β+-Thalassémie si seulement diminution de production des chaînes β.
β-Thalassémie intermédiaire
Forme atténuée de la maladie de Cooley, définition strictement clinique représentant 10% des β-Thalassémies homozygotes.
Anémie modérée, bien supportée, sans déglobulisation rapide, HbF augmentée. Croissance normale, mais retard pubertaire.
Thalassémies
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• Synthèse de la chaine α: par 2 genes α: α1 et α2, sur chromosome 16. • Les chaînes β & δ: proviennent d’un seul gene sur chromosome 11. • Chaine γ: dirigée par 2 genes, γG & γA, sur le chromosome 11.
Thalassémies
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β-Thalassémies
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- Hémoglobinose H : délétions de 3 gènes (--/-α). Anémie microcytaire hypochrome, régénérative, et hémolytique, avec corps de Heinz. HbA 70%, HbH 10 à 30 %, traces Hb Bart's. Croissance normale, retard pubertaire.
- α-thalassémies mineures :
délétion de 2 gènes en cis (--/αα) : α0-thalassémie hétérozygote
délétion de 2 gènes en trans (-α/-α) : α+-thalassémie homozygote
Microcytose sans anémie, ou pseudopolyglobulie microcytaire et hypochrome. Electrophorèse de l'Hb normale chez l'adulte, parfois HbA2 < 2,5%. Naissance Hb Bart's 5%. Cliniquement asymptomatique.
- α-thalassémie silencieuse: délétion d'un gène (-α/αα), α+-thalassémie hétérozygote. Electrophorèse de l'Hb: à la naissance Hb Bart's 1%, normale chez l'adulte. Cliniquement et biologiquement asymptomatique.
• Les α-Thalassémies
Altérations génétiques: délétions, (rarement mutations), d'un ou plusieurs des 4 gènes α.
Populations: Sud-Est asiatique (Thaïlande, Laos, Vietnam), Afrique noire, Bassin méditerranéen, Moyen-Orient.
- Délétions des 4 gènes : létale, mort in utero ou à la naissance
- Anémie sévère macrocytaire, Hb Bart's (γ4)80%, HbH (β4)10%, Hb Portland (ζ2γ2) 10%
Thalassémies
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• α-Thalassémies
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