Le dioxyde de carbone (CO2) est produit dans les tissus comme sous-produit du métabolisme normal. Il se dissout dans la solution du plasma sanguin et dans les globules rouges (GR), où l’anhydrase carbonique catalyse son hydratation en acide carbonique (H2CO3). L’acide carbonique se dissocie ensuite spontanément pour former des ions bicarbonate (HCO3-) et un ion hydrogène (H+). En réponse à la diminution de la pCO2 intracellulaire, davantage de CO2 diffuse passivement dans la cellule.
Les membranes cellulaires sont généralement imperméables aux ions chargés (c’est-à-dire H+, HCO3- ) mais les GR sont capables d’échanger le bicarbonate contre du chlorure grâce à la protéine échangeuse d’anions Bande 3. Ainsi, l’augmentation du bicarbonate intracellulaire entraîne une exportation de bicarbonate et un apport de chlorure. Le terme « chloride shift » fait référence à cet échange. Par conséquent, la concentration en chlorure est plus faible dans le sang veineux systémique que dans le sang artériel systémique : une pCO2 veineuse élevée entraîne la production de bicarbonate dans les GR, qui quitte alors le GR en échange du chlorure qui y entre.
Le processus inverse se produit dans les capillaires pulmonaires des poumons lorsque la PO2 augmente et la PCO2 diminue, et que l’effet Haldane se produit (libération de CO2 de l’hémoglobine pendant l’oxygénation). Cela libère les ions hydrogène de l’hémoglobine, augmente la concentration de H+ libre dans les globules rouges et déplace l’équilibre vers la formation de CO2 et d’eau à partir du bicarbonate. La diminution ultérieure de la concentration intracellulaire de bicarbonate inverse l’échange chlorure-bicarbonate : le bicarbonate entre dans la cellule en échange du chlorure qui en sort. Le mouvement vers l’intérieur du bicarbonate via l’échangeur de la bande 3 permet à l’anhydrase carbonique de le convertir en CO2 pour l’expiration.
Le déplacement du chlorure peut également réguler l’affinité de l’hémoglobine pour l’oxygène par l’intermédiaire de l’ion chlorure qui agit comme un effecteur allostérique.