Synthèse de l'hémoglobine

dans la lignée érythrocytaire
1èreS
Le globule rouge (érythrocyte, hématie) mature, circulant, des mammifères (eucaryotes), ne possède pas de noyau. Chez l'homme, cette cellule vit en moyenne 120 jours dans le sang périphérique, période pendant laquelle, elle assure ses fonctions de transporteur de gaz respiratoires. L'hémoglobine, hétéroprotéine responsable de la coloration rouge du cytoplasme assure l'essentiel du transport du dioxygène et participe également à celui du dioxyde de carbone. D'autres protéines érythrocytaires sont impliquées dans le métabolisme énergétique (enzymes), d'autres encore (protéines de structure) maintiennent la forme de la cellule (disque biconcave) tout en lui permettant de se déformer. La cellule ne disposant pas d'information génétique, elle ne peut donc pas synthétiser de protéines. Il faut envisager une biosynthèse de ces protéines indispensables et en particulier de l'hémoglobine pendant l'érythropoïèse, dans les cellules précurseurs de l'hématie. La biosynthèse de l'hémoglobine dans les cellules de la lignée rouge sert de support à l'étude proposée ici qui envisage quelques pistes pour l'organisation de TP en 1èreS.

Objectifs
Situer la biosynthèse de l'hémoglobine dans l'érythropoïèse et retrouver des indices cytologiques et moléculaires de cette activité dans les cellules qui en sont le siège.
Cette étude permet de contrôler certains acquis concernant "les étapes de l'expression de l'information génétique" (notions de gène, transcription, ARNm, traduction) et d'en préciser les modalités (ARN pré-messager, épissage...) par l'exploitation de données et la réalisation de quelques séquences pratiques dans différents domaines : cytologie, biologie moléculaire.

Pré-requis
Connaissance des étapes de l'expression des gènes et des organites cellulaires mis en jeu, du principe de la PCR, de la structure de la molécule d'hémoglobine.

Activités proposées
1°/ Etablir que l'hématie est une cellule dépourvue d'information génétique, chargée d'hémoglobine.
- Observer des globules rouges: constater l'absence de noyau et la présence de Hb
Frottis du commerce, suspension préparée à partir de sang de lapin, éventuellement passage dans milieu hypotonique.
- Evaluer le nombre de molécules d'hémoglobine par hématie
Utiliser les résultats d'un hémogramme
- Evaluer le volume représenté par les molécules d'hémoglobine par rapport à celui d'une hématie.
Combiner les mesures faites sur une préparation d'hématies (ou sur doc. fourni) avec celles réalisées sur un modèle moléculaire (fichier 2hhb.pdb).
Voir résultats

2°/ Identifier, dans la lignée cellulaire (érythropoïétique) qui conduit à l'hématie, les cellules qui synthétisent l'hémoglobine.
- Repérer dans un frottis de moëlle osseuse (MGG) au moins deux types de cellules précurseurs de la lignée érythropoïétique.
- Repérer dans un frottis de sang coloré par le bleu de crésyl brillant un réticulocyte et des érythrocytes.
- Utiliser les observations cytologiques et les données biochimiques extraites de l'analyse du document fourni pour remplir le tableau proposé.
Voir résultats

3°/ Exploiter des données de biologie moléculaire (PCR) pour confirmer la présence d'ARNm des globines dans les réticulocytes.
Les données cytologiques et biochimiques montrent que les réticulocytes, globules rouges immatures synthétisent de l'hémoglobine bien qu'ils soient dépourvus de noyau. Ils possèdent encore des ribosomes. Ils doivent donc traduire des ARNm de globines a et b.
Les élèves suivent une démarche logique, (guidée) qui les conduit à confirmer la présence de molécules d'ARNm codant la globine b dans les réticulocytes. Ils sont amenés à manipuler des séquences d'ADN génomique, d'ARNm, d'ADNc et d'amorces PCR ce qui permet une approche des notions d'intron, d'exon et d' ARN pré-messager.
Voir résultats

4°/ Réaliser un schéma synthétique montrant les principales étapes de la synthèse des molécules d'hémoglobine (chaînes a et b) dans un précurseur très actif comme l'érythroblaste basophile et dans le réticulocyte. Pour obtenir les informations concernant la structure du gène qui code la globine a, consulter le NCBI Map Viewer.
Voir résultats.

Auteur, professeur de SVT : Auclair Jean Jacques
Les pages ne sont libres de droits qu'à la condition d'être utilisées dans le cadre d'une classe.