Teórico_Glóbulo_Rojo_2023 universidad PDF.pdf

Globulos rojos

1. PROPIEDADES BIOQUÍMICAS DEL
GLÓBULO ROJO
Hematología e Inmunología -UC13 2023
Dr. Nicolás Campolo
Departamento de Bioquímica
Facultad de Medicina -UdelaR

2. INTRODUCCIÓN

3. Glóbulorojo(eritrocito)
oTipo celular más numeroso en la sangre
oOcupan aproximadamente un 40% del
volumen sanguíneo total (hematocrito)
oFunciones principales: transporte de
gases (O
2y CO
2) y regulación del pH del
plasma
oEstructura simple; un 95% de la proteína
intracelular es hemoglobina (Hb)
oPese a esto, NOes una célula inerte desde
el punto de vista metabólico

4. Eritropoyesis
oEl tiempo de vida normal de un eritrocito
es de 120 días
oCerca del 1% de la población de
eritrocitos será reemplazada cada día (~
200 mil millones de células)
oSon producidos constantemente en la
médula ósea a partir de células madre
hematopoyéticas
oLa eritropoyetina estimula la
multiplicación y maduración de los
progenitores eritroides

5. Destruccióndelosglóbulosrojos
oEl bazo es el principal responsable de determinar la viabilidad de los glóbulos rojos
oPara pasar por los sinusoides esplénicos, los glóbulos rojos deben atravesar pasajes de unos 3
µM de diámetro, para lo cual, deben ser altamente deformables
oLos glóbulos rojos dañados o envejecidos pierden su habilidad de deformarse, lo que resulta
en que sean atrapados en los pasajes del bazo y sean destruidos por macrófagos
Rencicet al. N EnglJ Med2017

6. ESTRUCTURA DEL GLÓBULO
ROJO

7. Morfologíacelular
oAl microscopio se ve como un disco rojo con
un centro pálido
oForma de disco bicóncavo: facilita el
intercambio gaseoso a través de la membrana
(mayor relación área/volumen)
oDiámetro aproximado de 7,5 µm
oÁrea superficial de 140 µm
2
, mayor que la
superficie que tendría si fuese una esfera (98
µm
2
)
oCélula altamente deformable
oCarece de organelosintracelulares

8. Membranaplasmática
oComposición lipídica de la bicapa asimétrica
oProteínas integrales: banda 3 (intercambiador aniónico)
y glucoforinas(A, B, C, etc)
oProteínas periféricas: principalmente componentes del
citoesqueletodel eritrocito

9. Citoesqueleto
oEntramado bidimensional que reviste la cara
interna de la bicapa
oPrincipales componentes: espectrina, actina,
proteína 4.1 y 4.2, anquirina
oEspectrina: proteína fibrilar compuesto por
dos polipéptidos, cadena αy cadena β, que
se entrelazan formando un dímero
oDos dímeros interaccionan cabeza-cabeza
formando tetrámeros, forma fisiológica
oLos extremos libres interaccionan con
filamentos cortos de actina
COMPLEJO DE UNIÓN (“NUDOS”)

10. Citoesqueleto
Se conecta a la membrana plasmática de dos
formas:
oPrincipal forma de unión: a través de la
anquirina, la cual se une a la β-espectrinay a la
porción citosólica de la banda 3; la proteína 4.2
estabiliza la unión
oLos nudos espectrina/actina/proteína 4.1 se anclan
a la membrana a través de la interacción con la
glicoforinaC

11. Citoesqueletoydeformacióncelular
oEl citoesqueletode espectrinadesempeña un rol activo en la deformación del eritrocito al ser
sometido a estrés mecánico
oFrente a dichos estímulos, la red de espectrinase rearregla: algunas moléculas de espectrinase
desenrollan y extienden, mientras que otras se comprimen, cambiando así la forma de la célula;
estos procesos utilizan ATP
Li et al. Phil TransR SocA 2014

12. Controldelvolumen
oEl manejo del volumen celular es otro factor clave para la deformación de los eritrocitos
frente a estímulos mecánicos
oSistemas de transporte iónico de la membrana del eritrocito:
Kuchel& Shishmarev,
SciAdv2017

13. Modelodecambiodevolumenporestrésmecánico
oEl estímulo mecánico ocasiona la apertura de canales de Ca
2+
mecano-sensibles
oEl ingreso de Ca
2+
desencadena una serie de eventos, como la apertura del canal de K
+
sensible
a Ca
2+
y la formación del complejo Ca
2+
-calmodulina
oResultado: salida de K
+
, Cl
-
y H
2O (disminuye el volumen) y flexibilización del citoesqueleto
Danielczoket al. Front Physiol2017

14. Esferocitosishereditaria
Rencicet al. N EnglJ Med2017

15. METABOLISMO DE LA
GLUCOSA EN EL GLÓBULO
ROJO

16. Panoramageneraldelmetabolismodelaglucosaeritrocitario
oLa glucosa ingresa por difusión facilitada a
través del transportador GLUT1
oGlucólisis: obtención de ATP y NADH (para
reducción de la Hb); producción de lactato
para regenerar NAD
+
oDesvío de Rapoport-Luebering:
producción de 2,3-bifosfoglicerato (2,3-BPG)
para la modulación alostérica de la Hb
oVía de las pentosas fosfato: obtención de
NADPH para sostener los sistemas
antioxidantes

17. Laglucólisis(víadeEmbden-Meyerhof)
FASE PREPARATIVA
oConversión de glucosa (6C) en dos
moléculas de gliceraldehído3-fosfato (3C)
oSe consumen 2 ATP

18. Laglucólisis(víadeEmbden-Meyerhof)
FASE DE PRODUCCIÓN DE ATP
oConversión de las 2 moléculas de
gliceraldehído3-fosfato en
piruvato, con la generación de ATP
y NADH
oSíntesis de ATP a través de dos
reacciones de fosforilacióna nivel
de sustrato
oReducción de NAD
+
a NADH a través
de la oxidación del gliceraldehído
3-fosfato

19. Conversióndelpiruvatoenlactato
oReducción del piruvato en lactato
por acción de la lactato
deshidrogenasa
oRegenera NAD
+
para que siga
estando disponible para participar
en la glucólisis
oEl lactato abandona el glóbulo rojo
y podrá ser captado por el hígado
para su conversión en glucosa

20. DesvíodeRapoport-Luebering:formaciónde2,3-bifosfoglicerato(2,3-BPG)
oConecta la glucólisis con la producción de 2,3-BPG, modulador
alostériconegativo de la Hb
oDos reacciones catalizadas por dos funciones de una misma
enzima: bifosfogliceratomutasay 2,3-bifosfoglicerato fosfatasa
oLa síntesis de cada 2,3-BPG cuesta a la célula 1 ATP
↑pH ↑pH

21. Rutadelaspentosasfosfato
oFase oxidativa: convierte la glucosa 6-fosfato en ribosa
5-fosfato, produciendo 2 NADPH
oFase no oxidativa: se reciclan seis moléculas de pentosa
en cinco moléculas de glucosa 6-fosfato
oEl flujo a través de fase no oxidativa permite la
producción continua de NADPH a través de la fase
oxidativa, convirtiendo la glucosa 6-fosfato en CO
2, a lo
largo de seis ciclos
oFinalidad: producción de NADPH para sostener las
defensas antioxidantes del glóbulo rojo
Glucosa 6-fosfato
deshidrogenasa
(G6PD)

22. Panoramageneraldelmetabolismodelaglucosaeritrocitario
Glucosa
Glucosa 6-fosfato Ribosa 5-fosfato
Ruta de las
pentosas fosfato
(~10% de la
glucosa)
NADP
+ NADPH
1,3-bifosfoglicerato
3-fosfoglicerato
2,3-bifosfoglicerato
Desvío de Rapoport-
Luebering
(~25% de la glucosa)
Piruvato Lactato
Glucólisis hasta
piruvato/lactato
(~65% de la glucosa)
NAD
+
NADH
ADP
ATP
ADP
ATP

23. DAÑO OXIDATIVO Y
SISTEMAS ANTIOXIDANTES
DEL GLÓBULO ROJO

24. Losglóbulosrojosestáncontinuamenteexpuestosaespeciesoxidantes
Mölleret al. ACS Omega 2023
oEl glóbulo rojo se encuentra constantemente expuesto a oxidantes tanto endógenos como
exógenos, capaces de modificar distintas moléculas celulares, como proteínas y lípidos
oDistintos sistemas antioxidantes, sustentados por la actividad metabólica de la célula, la
protegen de este daño

25. AutooxidacióndelaHb:generaciónendógenadeoxidantes
oConsecuencias: formación de MetHb(no transporta O
2) y de una especie oxidante, el O
2
•-
Hb(Fe
2+
)-O
2→ Hb(Fe
3+
) + O
2
•-
Oxihemoglobina MetahemoglobinaRadical anión superóxido
oEfectos deletéreos de la formación de O
2
•-
:
•Puede oxidar a la Hb
•Formación de oxidantes secundarios más fuertes
O
2
•-
+ O
2
•-
+ 2H
+
→ H
2O
2+ O
2
Peróxido de hidrógeno
oDentro del eritrocito, la dismutacióndel O
2
•-
a H
2O
2es catalizada por la enzima superóxido
dismutasa(SOD)

26. AutooxidacióndelaHb:generaciónendógenadeoxidantes
oReacción del H
2O
2con el hemo: generación de MetHb
Hb(Fe
2+
)-O
2+ H
2O
2→ Hb(Fe
4+
=O) + H
2O+ O
2
oReacción del H
2O
2con Fe
2+
lábil: formación de
•
OH
(reacción de Fenton)
Hb(Fe
4+
=O) + H
2O
2→ Hb(Fe
3+
) + H
2O + O
2
•-
Ferrilhemoglobina
Metahemoglobina
oReacción del H
2O
2con las globinas: desnaturalización de la Hb, formación de precipitados
(cuerpos de Heinz)
Fe
2+
X + H
2O
2→ Fe
3+
X+
•
OH + OH
-
Radical hidroxilo

27. Exposiciónaoxidantesexógenos
oEl
•
NO producido por las células endoteliales puede
difundir hacia el glóbulo rojo y oxidar a la HbO
2
Hb(Fe
2+
)-O
2+
•
NO→ Hb(Fe
3+
) + NO
3
-
Piacenza et al. PhysiolRev2022
oAdemás, el
•
NO puede reaccionar con el O
2
•-
dentro
del eritrocito para formar peroxinitrito(ONOO
-
), un
oxidante fuerte
•
NO+ O
2
•-
→ ONOO
-
oOtros oxidantes exógenos que alcanzan el glóbulo
rojo: O
2
•-
, H
2O
2, NO
2
-
, HOCl, ONOO
-
oSi bien no suele reaccionar como oxidante, el NO
2
-
es
un importante oxidante de la HbO
2a MetHb

28. Defensasantioxidantesdelglóbulorojo
oDetoxificación del O
2
•-
: superóxido dismutasade cobre/zinc (SOD1)
oDetoxificación del H
2O
2: tres sistemas enzimáticos principales
1.Peroxirredoxina(Prx)/ tiorredoxina(Trx)/ tiorredoxinareductasa(TR)
2.Glutatión peroxidasa(GPx)/ glutatión (GSH)/ glutatión reductasa(GR)
3.Catalasa
O
2
•-
+ O
2
•-
+ 2H
+
Hb(Fe
2+
)-O
2
Hb(Fe
3+
)
H
2O
2+ O
2
SOD
oLa actividad de los sistemas redutoresPrx/Trx/TR y GPx/GSH/GR se sostiene en base al
poder reductor del NADPH: dependen de la actividad metabólica (vía pentosas fosfato)
oAntioxidantes de bajo peso molecular: glutatión, ácido ascórbico (vitamina C), α-tocoferol
(vitamina E) y ácido úrico

29. Peroxirredoxina2(Prx2)
oPeroxidasadependiente de tiol; actúa de manera
concertada con Trxy TR a partir de electrones del NADPH
oPrimera línea de defensa del glóbulo rojo contra el H
2O
2
por su reactividad y elevada concentración

30. Glutatiónperoxidasa(GPx)
oEnzima que contiene selenio (Se); reduce H
2O
2y otros hidroperóxidos (ROOH)
oActúa de manera concertada con glutatión (GSH) y glutatión reductasa(GR) a partir del
aporte de electrones del NADPH
Glutatión
reducido
(GSH)
Glutatión
oxidado
(GSSG)
glutamato
cisteína
glicina

31. Catalasa
oHemoproteínaque cataliza la descomposición del H
2O
2a H
2O y O
2; no requiere de sustrato
reductor (no utiliza NADPH)
oEn cada ciclo catalítico descompone dos moléculas de H
2O
2: la primera es reducida a H
2O y la
segunda es oxidada a O
2, devolviendo al grupo hemode la enzima a su estado inicial
Cat(Fe
3+
) + H
2O
2→ Cat
•
(Fe
4+
=O) + H
2O
Cat
•
(Fe
4+
=O) + H
2O
2→ Cat(Fe
3+
)+ O
2 + H
2O
2 H
2O
2→ 2 H
2O +O
2
Reacción neta:
oSu actividad sería particularmente
relevante cuando la capacidad
antioxidante de la Prx2 se ve abrumada

32. Sistemasdereparación:metahemoglobinareductasa
oEntre un 0,5-3% de la HbO
2se autooxidadiariamente; no obstante, menos del 1% de la Hbse
encuentra como MetHben condiciones normales
oEsto se debe a que el glóbulo rojo cuenta con un sistema enzimático responsable de catalizar
la reducción de la MetHb: la metahemoglobina reductasa(NADH-citocromo b
5metHb
reductasa), que usa los electrones del NADH (¡no NADPH!) para reducir el Fe
3+

33. Metabolismodelaglucosaysuconexiónconsistemasantioxidantes
Metabolismo de la glucosa en el eritrocito: Exposición a oxidantes y mecanismos de defensa:

34. Deficienciadeglucosa6-fosfatodeshidrogenasa

35. Bibliografía
HarperBioquímica Ilustrada(Capítulo 52) -Murray, R.K., Bender, D.A., Botham, K.M., Kennelly, P.J., Rodwell,
V.W. & Weil, P.A. 29ª Edición, Ed. McGraw-Hill, 2013.
Mark’sBasic Medical Biochemistry(Capítulo 44) -Smith, C.M., Marks, A.D., & Lieberman, M.A. 2ª Edición, Ed.
LippincottWilliams & Wilkins, 2005.
Hematología clínica (Capítulo 4) -Sans-Sabrafen, J., BessesRaebel, C. & Vives Corrons, J.L. 5ª Edición, Ed. Elsevier
España, 2006.
Möller, M., Orrico, F., Villar, S.F., López, A.C., Silva, N., Donzé, M., Thomson, L. & Denicola, A. “Oxidantsand
Antioxidantsin theRedoxBiochemistryof Human Red BloodCells”, ACS Omega, 8, 147-168, 2023.
Huisjes, R., Bogdanova, A., van Solinge, W.W., Schiffelers, R.M., Kaestner, L. & van Wijk, R. “SqueezingforLife-
Propertiesof Red BloodCellDeformability”, Frontiersin Physiology, 9:656, 2018