L’anidride carbonica (CO2) è prodotta nei tessuti come sottoprodotto del normale metabolismo. Si dissolve nella soluzione del plasma sanguigno e nei globuli rossi (RBC), dove l’anidrasi carbonica catalizza la sua idratazione in acido carbonico (H2CO3). L’acido carbonico si dissocia poi spontaneamente per formare ioni bicarbonato (HCO3-) e uno ione idrogeno (H+). In risposta alla diminuzione della pCO2 intracellulare, più CO2 si diffonde passivamente nella cellula.
Le membrane cellulari sono generalmente impermeabili agli ioni carichi (cioè H+, HCO3- ) ma le RBC sono in grado di scambiare bicarbonato per cloruro usando la proteina Band 3 dello scambiatore di anioni. Così, l’aumento del bicarbonato intracellulare porta all’esportazione del bicarbonato e all’assunzione di cloruro. Il termine “cloride shift” si riferisce a questo scambio. Di conseguenza, la concentrazione di cloruro è più bassa nel sangue venoso sistemico che nel sangue arterioso sistemico: l’alta pCO2 venosa porta alla produzione di bicarbonato nelle RBC, che poi lascia la RBC in cambio del cloruro in entrata.
Il processo opposto avviene nei capillari polmonari dei polmoni quando la PO2 aumenta e la PCO2 diminuisce, e si verifica l’effetto Haldane (rilascio di CO2 dall’emoglobina durante l’ossigenazione). Questo rilascia ioni idrogeno dall’emoglobina, aumenta la concentrazione di H+ libero all’interno delle RBC e sposta l’equilibrio verso la formazione di CO2 e acqua dal bicarbonato. La successiva diminuzione della concentrazione intracellulare di bicarbonato inverte lo scambio cloruro-bicarbonato: il bicarbonato entra nella cellula in cambio del cloruro che esce. Il movimento verso l’interno del bicarbonato attraverso lo scambiatore Band 3 permette all’anidrasi carbonica di convertirlo in CO2 per l’espirazione.
Lo spostamento del cloruro può anche regolare l’affinità dell’emoglobina per l’ossigeno attraverso lo ione cloruro che agisce come un effettore allosterico.