MORFOLOGIA Y FISIOLOGIA ERITROCITARIA

1. MORFOLOGIA Y FISIOLOGIAERITROCITARIA • ERITROPOYESIS • MEMBRANA ERITROCITARIA • METABOLISMO ERITROCITARIO • HEMOGLOBINA • HIERRO Ana Hernando Luengo

2. ERITROPOYESIS • La eritropoyesis es el conjunto de procesos que dan lugar - gracias a las diversas divisiones, diferenciaciones y maduración - a la formación de los hematíes

3. ERITROPOYESIS

4. ERITROPOYESIS

6. FACTORES ESTIMULANTES • ERITROPOYETINA (EPO) Producción: • Riñón: células intersticiales peritubulares • Hígado, útero, cerebro, endotelio vascular • CITOCINAS • Producción: • Linfocitos T • Algunas otras células del estroma medular • Hormonas, vitaminas, Fe

7. Lodish y cols.: ”Molecular Cell Biology”.5º Ed. W.H. Freeman 2004

8. Se denomina normocito al eritrocito con características estandar normales Tiene unas 7-8 μ de diámetro Posee una forma biconcava Estructuralmente, el eritrocito consta de: Membrana Hemoglobina Enzimas HEMATIES:CARACTERISTICAS

9. MEMBRANA ERITROCITARIA • La membrana es responsable de la forma discoide del eritrocito y contribuye a mantener su deformabilidad y elasticidad • Está formada por : • lípidos, • proteínas e • hidratos de carbono • Los lípidos forman doble capa en la que se sumergen las proteínas integrales. • Las denominadas proteínas del esqueleto carecen de contacto directo con los lípidos de la membrana

10. MEMBRANA ERITROCITARIA • La interacción entre lípidos, proteínas integrales y proteínas del esqueleto condiciona la característica forma bicóncava del eritrocito • Los glicolípidos están concentrados en la parte externa (glucocálix) y transportan los determinantes antigénicos que definen los grupos sanguíneos • La elevada capacidad para deformarse, les permite atravesar espacios de diámetro muy inferior al suyo propio. • Cualquier trastorno capaz de disminuir esta deformabilidad causará en mayor o menor grado la supervivencia del hematíe

12. Proteínas de la membrana • INTEGRALES Proteína 3 Glucoforinas A,B,C ATPasa (transporte) • ESQUELETO Espectrina: cadenas α y β (la más dominante) Actina Proteínas 4.1 y 4.9 Ankirina

13. MEMBRANA ERITROCITARIA

14. Metabolismo Eritrocitario LOS SISTEMAS NECESARIOS PARA LA SUPERVIVENCIA DEL ERITROCITO SON: 1) Una Membrana intacta 2) Una Vía Glucolítica que funcione 3) El Metabolismo de los nucleótidos

15. Metabolismo Eritrocitario • Los sistemas metabólicos del eritrocito son: • Glicólisis anaerobia: producción de ATP • Sistema oxidorreductor: defensa antioxidante • Sistema diaforásico: Protección de la Hb • Metabolismo nucleotídico: mantenimiento del ATP

16. Metabolismo Eritrocitario • Para que el hematíe cumpla todas sus funciones necesita la energía proveniente de la degradación de la glucosa (glicólisis) en formade ATP. • En esta glicólisis, se formarán 2 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa oxidada • La glicólisis eritrocitaria puede realizarse por dos vías metabólicas: • Principal o vía de Embden-Meyerhof (glicólisis anaerobia) • Secundaria o vía de las pentosas (aeróbica)

17. Metabolismo Eritrocitario La funciones del ATP eritrocitario son: • Inicio y mantenimiento de la glucólisis • Sintetizar glutatión y otros compuestos de importancia funcional • Mantener el hierro de la hemoglobina en estado reducido • Mantenimiento de los fosfolípidos de membrana • Mantenimiento de la plasticidad de las proteínas del citoesqueleto. • Mantener el transporte iónico y el contenido acuoso intraeritrocitario • Mediación de reacciones de recuperación de nucleótidos.

18. Glicólisis anaerobia : vía de Embden-Meyerhof • La glucosa que difunde hacia el interior del eritrocito a partir del plasma es oxidada a piruvato mediante un proceso de glicólisis sin consumo de oxígeno (anaerobio) y con formación de 2 moléculas de ATP • Las tres enzimas de esta vía son: • Hexocinasa (HK) • Fosfofructocinasa (PFK) • Piruvatocinasa (PK) • El déficit de cualquiera de estas enzimas puede ser causa de una anemia hemolítica

19. Metabolismo Oxidorreductor :vía de las pentosas • Esta vía funciona mediante consumo de oxígeno. • La enzima principal es : glucosa -6- fosfatodeshidrogenasa (G6PD) • Esta vía se encarga de eliminar los peróxidos de hidrógeno (H2O 2) que se producen y que impedirían al eritrocito su función reductora • Esta vía consume ATP procedente de la glicólisis anaerobia • El déficit congénito de G6PD comporta una gran disminución del poder reductor eritrocitario

20. Sistema diaforásico • El mantenimiento de la función respiratoria de la hemoglobina (Hb) requiere que el hierro hemínico se halle en estado reducido • Para ello necesita la enzima diafórasa o metahemoglobina reductasa (citocromo β5-reductasa) • El eritrocito tiene dos sistemas diaforásicos: 1º Utiliza el NADH generado en la glicólisis 2ª Utiliza el NADPH generado en la vía de las pentosas

21. Metabolismo nucleotídico • Junto con las enzimas glicolíticas, el eritrocito dispone de otras enzimas que contribuyen al mantenimiento del ATP. Entre ellas destacan: • Adenilatocinasa (AK) • ATPasa • Adenosina desaminasa (ADA) • Pirimidina 5´-nucleotidasa (P5´N)

22. Síntesis GSH ATP HK Mg ADP Vía Pentosas GPI ATP PFK Mg ADP ALD TPI DHAP G3P NAD Pi G3PDH NADH VIA EMBDEN-MEYERHOF Glucosa Glucosa 6P Fructosa 6P Fructosa 1-6P Reducción Meta Hb 1,3DPG

23. pH (-) DPGM ADP Mg ATP DPGP pH (+) ADP Mg ATP NADH NAD VIA EMBDEN MEYERHOF 1,3DPG Shunt Rapoport Luebering PGK 2,3DPG 3PG PGM Degradación Nucleótidos y Vías de rescate 2PG ENOL PEP PK LDH PIRUVATO LACTATO

24. CICLO DE LAS PENTOSAS Glucosa NADP NADPH 6P-gluconato Glucosa 6P G6PDH NADP 6PGDH NADPH Ribulosa 5P + CO2 Xilulosa 5P Ribosa 5P Fructosa 6P F6P + G3P Gliceraldehído 3P (…)

25. SÍNTESIS y REGENERACIÓN DE GLUTATIÓN Ácido glutámico Cisteína ATP g GCS ADP gglutamilcisteína Glicina Stress oxidativo ATP Glutatión Sintetasa ADP G6PD G6P NADP GSH H2O2 O2 SOD 6PG NADPH GSSG H2O Glutatión Reductasa Glutatión Peroxidasa

26. ARN ribosomal ribonucleasa nucleótidos purínicos pirimidínicos AMP GMP UMP CMP P5´N Pi Uridina Citidina

27. Vías metabólicas eritrocitarias

28. Metabolismo Eritrocitario

29. HEMOGLOBINA • La hemoglobina es una proteína formada por cuatro subunidades proteicas denominadas globinas, con un grupo hemo (no proteico) en cada una de ellas

30. Estructura de la HEMOGLOBINA

31. Globinas • Existen seis tipos de cadenas globínicas: Alfa :α Beta:β Gamma:γ Delta:δ Epsilon:ε Zeta:ζ • Cada molécula de Hb posee cuatro cadenas de globinas iguales dos a dos

32. Las subunidades proteicas, al unirse entre ellas, forman una estructura globular conocida como estructura cuaternaria de la hemoglobina Esta estructura dispone de cavidades en las que se alojan los grupos hemo, y en su región central delimitan un espacio para que el 2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG)* pueda realizar su función reguladora del transporte de oxígeno *metabolito que resulta del metabolismo celular en los tejidos Configuración de las globinas

33. Grupo Hemo • Es el componente no proteico • Se compone de una porfirina que contiene cuatro pirroles y 1 átomo de Fe en estado reducido (Fe++) en su centro • La porfirina se sintetiza en las mitocondrias del eritroblasto,siendo necesaria par su síntesis las Vit B6 • Se inserta en las cavidades de las globinas

34. Formación del grupo Hemo GLICINA----------↓------------ACIDO SUCCINICO ↓←ALA-sintetasa + Vit B6 ALA ( acido delta-aminolevulínico) ↓ Porfobilinogeno........................UROPORFIRINA ↓ Uroporfirinogeno III..................COPROPORFIRINA ↓ Coproporfirinogéno III ↓ Protoporfirninogeno III ↓ PROTOPORFIRINA IX + Fe ++ ↓ ↓ ↓→→ HEMO ←← ↓

35. Grupo hemo

36. MOLECULA DE HEMOGLOBINA

37. Tipos de hemoglobina • La Hb varía desde el desarrollo embrionario hasta el nacimiento y la edad adulta. • Estas diferencias son debidas a los distintos tipos de cadenas existentes de globina • En el embrión: Hemoglobinas de Gowers • En el feto : Hemoglobina F(α2 γ2) • En el nacimiento • Hemoglobina F(α2 γ2) ………….. 60-90% • En el adulto: • Hemoglobina A1 (α2β2 ) ……….>90% del total • Hemoglobina A2 (α2δ2 )……… 2,5 ± 0,5 % del total • Hemoglobina F(α2 γ2) …………indicios

38. Síntesis de la hemoglobina • Empieza a sintetizarse en el eritroblasto policromatófilo • El Fe++ transportado por la transferrina llega al eritroblasto, donde en la mitocondria se unirá a la protoporfirina IX formando el grupo Hemo • Las cadenas de globinas ,formadas previamente en los ribosomas del eritroblasto, se unirán al grupo hemo en el citoplasma celular formándose la molécula de hemoglobina • La síntesis del hem estimula síntesis de globina

39. Síntesis de la Hemoglobina

40. Función de la Hemoglobina • La principal función es el transporte de O2desde los alveolos pulmonares hasta las células de los tejidos y participa en el transporte de dióxido de carbono (CO2) en sentido inverso • También interviene en la regulación del pH sanguíneo • Cada molécula de Hb puede transportar un máximo de 4 moléculas de O2 :: Hb saturada • Cuando la Hb va saturada : oxihemoglobina • Cuando la Hb está libre de O2: desoxihemoglobina o Hb reducida • Cuando la Hb contiene Fe+++ : metahemoblobina (cianosis) • Cuando la Hb lleva CO2 :carbaminohemoglobina • Cuandola Hb lleva CO : carboxihemoglobina (color rojo vivo)

41. Función de la Hemoglobina • El grado de saturación de la Hb depende de la PO2 del medio. • Pulmones═ PO2 de 100mmHg saturación de O2 ═ 95-98% (arterial) • Tejidos═ PO2 de 20-40 mmHg saturación de O2 ═ 30% (venosa)

42. Función de la Hemoglobina • La afinidad de la Hb por el O2 es baja y está regulada por diversos factores intraeritrocitarios: • Temperatura • pH • Concentración de 2,3-difosfoglicerato (2,3DPG)

43. Función de la Hemoglobina • La unión del O2 a la Hb disminuye al aumentar la temperatura. En estados febriles, las células aumentan su metabolismo y, por tanto, su consumo de O2, por lo que la Hb lo libera con mayor facilidad • Cambios en el pH modifican la capacidad de la Hb para unirse al O2 .Si disminuye el pH, menor afinidad de la Hb por el O2 y éste se libera para unirse a los hidrogeniones ( H+) libres y neutralizar el pH. El efecto del pH sobre el equilibrio O2 – Hb recibe el nombre de EFECTO BOHR • Algunos fosfatos orgánicos aumentan la estabilidad de la desoxi-Hb. En los eritrocitos el más importante es el 2,3-DPG. Una molécula de 2,3-DPG se introduce en la cavidad central que forman las cuatro subunidades de desoxi-Hb, dificultando la entrada del O2 Sólo cuando la PO2 es elevada el O2 desplaza al metabolito

44. CATABOLISMO DE LA HEMOGLOBINA • Cuando los hematíes envejecen (120 días) degradan sus componentes estructurales siendo fagocitados por macrófagos de la MO y del bazo. • La Hb se libera y se metaboliza • La globina se degrada en a.a que pasarán a la reserva del organismo • El grupo hemo pierde el Fe, que es transferido al plasma y de ahí irá de nuevo a la MO donde se incorporará a los eritroblastos para una nueva síntesis de Hb • El hem sin hierro se transforma en bilirrubinaque pasa al hígado en forma libre unida a la albúmina (bilirrubina indirecta) • En el hígado se conjuga con el ácido glucorónico (conjugada o directa) • Será eliminada por las heces en forma de estercobilina o por via renal en forma de urobilina

45. Catabolismo de la Hemoglobina

46. HIERRO • El hierro es un metal que ingresa en el organismo con los alimentos e interviene no sólo en el transporte de O2 (Hb) y electrones (citocromos) sino también como catalizador de muchas reacciones necesarias para el desarrollo, diferenciación y proliferación celulares

47. Estudio del hierro • La absorción del hierro está regulada por las células del epitelio intestinal. • La alteración del balance del hierro en el organismo puede tener dos consecuencias diferentes: • La disminución de la síntesis de Hb (anemia) • La sobrecarga de hierro con signos de intoxicación y lesiones en órganos (hemocromatosis)

48. Distribución del hierro • Hierro hemínico • Hemoglobina • Mioglobina (músculo) • Enzimas hemínicas: • citocromos • catalasa • peroxidasa • Hierro no hemínico • Ferritina • Hemosiderina • Transferrina

49. Distribución del hierro

50. Distribución del hierro La circulación del hierro, entre esencial y de reserva, se produce a través de un ciclo prácticamente cerrado y muy eficiente. Del total del hierro que se moviliza diariamente, sólo se pierde una pequeña proporción a través de las heces, la orina y el sudor.