Le gaz carbonique et l'eau constituent les principaux produits terminaux du métabolisme énergétique. Le CO2 produit dans les cellules de l'organisme est physiquement dissous et diffuse dans les capillaires sanguins. Dans le sang, le CO2 reste pour une faible part dissous et, pour une part plus importante, il est sous forme combinée . Ainsi chargé en CO2, le sang véhiculé dans les vaisseaux parvient jusqu'aux capillaires pulmonaires par l'intermédiaire du cœur droit. Là, le CO2 est à nouveau dissocié (A. flèches rouges) et il diffuse dans les alvéoles avant d'être rejeté dans l'air libre.
Le CO2 diffuse hors des cellules si bien que la PCO2 du sang artériel est de 5.33 kPa environ ou 40 mmHg et celle du sang veineux est de 6,27 kPa environ ou 47 mmHg. De ce fait, le CO2 dissous dans le plasma augmente aussi. La majeure partie du CO2 parvient aux érythrocytes où il augmente ainsi la concentration de CO2 dissous et où il est en outre combiné. Il se forme du HCO3 ainsi qu'un composé carbaminé avec l'hémoglobine Hb. Les trois quarts environ du HCO3- quittent à nouveau les érythrocytes : ils sont échangés contre des ions Cl- [échange anionique (courbe d'Hamburger-Shift)].
Lors de la formation de HCO3 à partir du CO2 dans les érythrocytes, l'anhydrase carbonique joue un rôle déterminant : en effet, cette enzyme permet une accélération de la réaction qui est relativement lente normalement, si bien que le court laps de temps ( < 1 s), durant lequel les érythrocytes et les capillaires sont en contact, est suffisant pour que le CO2 se transforme en HCO3-. (Le HCO3 formé directement dans le plasma sans aucune intervention de l'AC ne joue quantitativement aucun rôle. Il en est de même de la liaison carbaminée du CO2 aux protéines plasmatiques).
Lors de la combinaison du CO2, les ions H+ sont libérés dans l'érythrocyte :
Formation de bicarbonate :
CO2 + H2O U HCO3- + H+.
Liaison carbaminée :
Hb - NH2 + CO2 U Hb-NH-COO- + H+
Les ions H+ ainsi libérés sont tamponnés. L'hémoglobine constitue le principal tampon dans l'érythrocyte, l'hémoglobine réduite (Hb) pouvant capter davantage d'ions H+ que l'hémoglobine oxygénée. Ceci permet d'expliquer le phénomène suivant : la libération d'O2, autrement dit la transformation de l'oxy-Hb en Hb, dans les capillaires des tissus périphériques augmente la capacité de liaison du CO2 (effet Haldane). car une augmentation du pouvoir tampon des ions H+ par l'Hb augmente les possibilités de combinaisons du CO2, aussi bien sous la forme de HCO3- que sous la forme de composé carbaminé.
Dans les capillaires pulmonaires, toutes ces réactions se produisent à l'inverse : le HCO3- diffuse à nouveau dans les érythrocytes, capte les ions H+ et est transformé en CO2. L'oxygénation de l'Hb en oxy-Hb renforce ce processus par augmentation de la libération des ions H+ (effet Haldane). Le CO2 issu du composé carbaminé est également à nouveau dissous. Il diffuse enfin dans les alvéoles, car, à ce niveau, la PCO2 est plus basse que dans le sang veineux.