L'héparine est un glycosaminoglycane acide, composé d'une famille de chaînes polysaccharidiques de tailles et de structures différentes.

Les héparane sulfates (HS) qui sont des composants de la paroi vasculaire, et les héparines accélèrent l'inhibition des sérines protéases (F. Xa, thrombine) en induisant un changement de conformation de l'antithrombine (AT).

lorsque l'AT entre en contact avec l'héparine ou l'HS, elle change de conformation, et forme rapidement un complexe AT-protéase. L'AT adopte ensuite un état de "faible affinité" pour l'héparine, ce qui lui permet de se libérer de l'héparine ou des HS.

Le changement de conformation de l'AT est dû à la liaison d'un motif particulier (5 résidus = pentasaccharide) de l'héparine ou de l'HS qui se lie à des domaines spécifiques de l'AT en hélice, présents dans la région N terminale.Cette liaison entraîne l'exposition de la boucle réactive de l'AT. Cette boucle qui contient une Arginine sera reconnue par les enzymes cibles (F. Xa, thrombine ...) qui vont cliver le pont Arg 393-Ser394 (P1-P'1).

Après clivage, la boucle s'insère à l'intérieur de l'AT où elle vient former le 6e brin d'une structure en feuillet b (feuillet A). De cette façon l'enzyme est inhibée de façon irréversible.

L'inactivation de la thrombine et du F. Xa se font par des mécanismes un peu différents. L'héparine se lie à la thrombine en se fixant sur un domaine comportant des résidus basiques : l'exosite 2, et se lie aussi à l'AT (bridging mechanism).

En revanche, l'héparine ne se lie pas au F. Xa et l'accélération de l'inhibition est due au changement de conformation de l'AT. De cette façon l'inhibition de la thrombine et du F. Xa par l'AT est accélérée au moins 1 000 fois. Pour réduire certains effets secondaires dus à l'utilisation des héparines à longue chaîne (héparine standard) la recherche clinique a concentré ses efforts sur l'utilisation d'héparines à courtes chaînes (héparine de bas poids moléculaire ou HBPM), comportant le pentasaccharide, catalysant l'interaction AT-F. Xa, mais incapables de se lier à la thrombine et donc n'ayant pas ou peu d'activité antithrombine.