MORFOLOGIA Y FISIOLOGIA ERITROCITARIA ERITROPOYESIS MEMBRANA ERITROCITARIA METABOLISMO ERITROCITARIO HEMOGLOBINA HIERRO Ana Hernando Luengo

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

ERITROPOYESIS

ERITROPOYESIS

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

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

HEMATIES:CARACTERISTICAS 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

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

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

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

MEMBRANA ERITROCITARIA

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

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

Metabolismo Eritrocitario Para que el hematíe cumpla todas sus funciones necesita la energía proveniente de la degradación de la glucosa (glicólisis) en forma de 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)

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.

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

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

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

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)

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

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

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

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

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

Vías metabólicas eritrocitarias

Metabolismo Eritrocitario

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

Estructura de la HEMOGLOBINA

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

Configuración de las globinas 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

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

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 ←← ↓

Grupo hemo

MOLECULA DE HEMOGLOBINA

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 (α2 β2 ) ……….>90% del total Hemoglobina A2 (α2 δ2 )……… 2,5 ± 0,5 % del total Hemoglobina F(α2 γ2) …………indicios

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

Síntesis de la Hemoglobina

Función de la Hemoglobina La principal función es el transporte de O2 desde 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)

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)

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)

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

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 bilirrubina que 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

Catabolismo de la Hemoglobina

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

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)

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

Distribución del hierro

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.

Distribución del hierro El hierro se almacena principalmente en células del hígado y en los macrófagos del sistema mononuclear fagocítico. Éstos macrófagos proporcionan la mayoría del hierro que es reutilizable para la síntesis de hemoglobina en la médula ósea

Distribución del hierro Los compartimentos con mayor contenido de hierro son : El funcional: eritrocitos (Hb) y músculo (mioglobina) El de reserva: apoferritina (ferritina) y hemosiderina (macrófagos de médula,bazo e hígado y hepatocitos) El de transporte : transferrina , es el que tiene un menor contenido en hierro

Metabolismo del hierro

Absorción del hierro La absorción del hierro ocurre principalmente en el duodeno y parte superior del yeyuno. La membrana de la mucosa intestinal tiene la facilidad de atrapar al hierro y permitir su paso al interior de la célula, debido a la existencia de un receptor específico en la membrana (DMT1).

Absorción del hierro La absorción de hierro es afectada por : la edad y el nivel de Fe en el cuerpo, las condiciones del tracto gastrointestinal, particularmente en el duodeno, la cantidad y forma química del hierro ingerido la cantidad y proporción en la dieta de otros metales y compuestos con los que el hierro interactúa

Absorción del hierro Dentro de éstos factores, es de gran importancia el tipo de compuesto químico de hierro presente en la dieta, en dependencia de lo cual van a existir 2 formas diferentes de absorción: la del hierro hemínico y la del hierro no-hemínico.

Absorción del hierro El hemínico : Ésta forma química de hierro está presente en la carne ,vísceras, yema de huevo, pescado. Es soluble y se absorbe muy fácilmente entrando en la célula intestinal sin alterarse El hierro no-hemínico lo encontramos en vegetales, productos lácteos ,legumbres, cereales, frutos secos; se absorbe en forma ferrosa (Fe++), ya que en forma férrica interacciona con otros componentes disminuyendo su absorción.

Absorción del hierro Dentro de los potenciadores de la absorción, tenemos el ácido ascórbico, el ácido cítrico, los cuales forman quelatos de hierro de bajo peso molecular, facilitando así la absorción del metal en el duodeno. Inversamente, la absorción de hierro es inhibida por fitatos y taninos. Los fitatos están presentes principalmente en el trigo y otros cereales, mientras que los taninos son frecuentes en el té.

Absorción del hierro La absorción del hierro comporta tres etapas: El paso del hierro a través de la membrana del enterocito El paso del hierro desde el enterocito al plasma Regulación global de estos procesos

Absorción del hierro Paso del hierro a través de la membrana del enterocito 1º Interviene el citocromo b duodenal, que reduce el hierro de la forma férrica (oxidada) a ferrosa (reducida) para poder ser absorbido. 2º interviene una proteína transportadora denominada DMT1 que internaliza el hierro,almacenandolo en forma de ferritina o transportandolo hacia el plasma a través de la membrana basal del enterocito (esta proteina tambien está en los eritroblastos)

Absorción del hierro Intervienen dos proteínas: Paso del hierro a través de la membrana al plasma Intervienen dos proteínas: 1º la hefaestina : transforma el hierro ferroso (fe2+)a férrico (fe3+) 2º el férrico se une a la ferroportina que transporta el hierro hacia el plasma donde se une a la transferrina

Absorción del hierro

Absorción del hierro La absorción de hierro puede ser ajustada dentro de ciertos límites para cubrir los requerimientos de este metal. De este modo, condiciones como la deficiencia de hierro, la anemia, la hipoxia, la menstruación, o cualquier accidente que provoque pérdida de sangre, conllevan un aumento en la absorción y capacidad de transporte,

Transporte del hierro El hierro es transportado por la transferrina, que es una glicoproteína sintetizada en el hígado y transporta el hierro en estado férrico (Fe+3). Esta proteína toma el hierro liberado por los macrófagos producto de la degradación de los glóbulos rojos o el procedente de la mucosa intestinal proveniente de la dieta. Se ocupa de transportarlo y hacerlo disponible a los tejidos que lo requieren.

Transporte del hierro Se le denomina apotransferrina a la proteína que no contiene hierro, transferrina monoférrica cuando contiene un átomo de Fe y diférrica cuando contiene dos átomos. Cuando todos los sitios de transporte están ocupados se habla de transferrina saturada En el caso de que toda la transferrina este saturada, el hierro que se absorbe no es fijado y se deposita en el hígado.

Transporte del hierro Del total de hierro transportado por la transferrina, entre el 70 y 80% es captado por las células eritropoyéticas y el resto es captado por lo tejidos para la síntesis de citocromos, mioglobina, peroxidasas, y otras enzimas y proteínas

Transporte del hierro diaforasa Fe+++ FE++ Fe++/apoferritina

Depósitos del hierro Hierro hemínico: el que está unido al grupo hemo; se utiliza para la formación de Hemoglobina Depósitos de reserva: Ferritina: se acumula sobre todo en células del hígado y del músculo y macrófagos de MO y bazo Hemosiderina es otro complejo de almacenaje de hierro. Es un compuesto insoluble con mayor contenido en hierro que la ferritina pero de recambio metabólico mucho más lento. Fe plasmático o sideremia

Depósitos del hierro La hemosiderina en el microscopio se puede observar mediante una tinción especial (tinción de Perls),apareciendo como agregados alrededor del núcleo en los eritroblastos (sideroblastos) o en el centro del hematie (siderocitos).Estos acúmulos se les denomina (cuerpos de Pappenheimer)