Metabolismo y membrana de eritrocito PDF

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Generalidades del metabolismo eritrocitario y membrana del eritrocito...

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El hematíe es, desde el punto de vista biológicos y metabólico, muy peculiar. Tiene forma bicóncava con una doble membrana plasmática. Se observa fácilmente al microscopio. Posee en su superficie una zona más densa y otra menos densa. Un disco presenta una superficie grande respecto a su masa, pero sus

puntos

no

son

equidistantes.

Una

esfera

presenta

sus

puntos

equidistantemente, pero posee muy pocas superficie en relación con su masa. El eritrocito une ambas figuras geométricas, aumentando su superficie de intercambio de oxígeno sin perder, totalmente, una forma circular donde todos los puntos equidistan del centro. El hematíe ha adquirido unas características reológicas importantes. Es capaz de adaptar su forma para atravesar todos los vasos sanguíneos y la microcirculación capilar. Tiene, pues, una elasticidad muy importante. La membrana plasmática del eritrocito es doble y está compuesta por: 50 – 60% de proteínas 40 – 50% de fosfolípidos. Las proteínas pueden ser: 

Proteínas intrínsecas Proteína transportadora de iones: forma canales transmembrana. : facilitan el paso de iones (sodio, potasio, cloro …). Se encuentran en la membrana plasmática externa. Glicoforinas (A, B, C…): también forman canales.



Proteínas extrínsecas: permiten la deformación y recuperación de la forma del hematíe. Se encuentran entre ambas membranas plasmáticas. Fosfolípidos Presentes en la Esfingomielina capa externa Fosfatidilcolina Presentes en la Fosfatidiletanolamina capa interna Fosfatidilserina. También existen glúcidos complejos o modificados del tipo de ácido siálico y hexosaminas (de la familia de los glucosamilglicanos).

Tienen una forma bicóncava, de más o menos 7 a 7,5 μm (micrómetros) de diámetro y de 80 a 100 fL de volumen; para adaptarse a una mayor superficie de intercambio de oxígeno por dióxido de carbono en los tejidos. La vida media de un eritrocito es de unos 120 días, durante los cuales recorre de forma aproximada unos 320 kilómetros.

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La hemoglobina es una proteína que contiene hierro lo que le da el color rojo a la sangre, por ello

el

nombre de glóbulos rojos o eritrocitos: eritro (rojo)

+ citos(células).

Los glóbulos rojos se producen en la médula ósea, a partir de células madre que se multiplican a gran velocidad. La producción de glóbulos rojos está regulada por la eritropoyetina, que es una hormona producida por el riñón. Una disminución de la oxigenación de los tejidos aumenta la producción de eritropoyetina, que actúa en la médula ósea estimulando la producción de glóbulos rojos. Características biológicas

El eritrocito carece de núcleo, ribosomas, mitocondrias, aparato de Golgi… tiene una vida de unos 120 días. Parece ser que sacrifica todos los procesos metabólicos complejos (síntesis de proteínas, metabolismo aerobio…) para ejercer su función. Su metabolismo es muy reducido y totalmente anaerobio, pero imprescindible para realizar su función: transporte de oxígeno. Su citoplasma es muy rico en hemoglobina (95% del peso seco del hematíe). Cada hematíe puede tener 400 millones de moléculas de hemoglobina en su interior y cada una de ellas 4 moléculas de oxígeno. Las necesidades energéticas del eritrocito son necesarias para: Mantener la estructura, la membrana plasmática y la forma celular. Mantener las proteínas transportadoras de iones y las extrínsecas. Sintetizar el 2, 3 – bifosfoglicerato, un metabolito muy importante para la regulación de la hemoglobina. Mantener el hierro de la hemoglobina en estado ferroso (Fe2+) única forma a la que el oxígeno puede unirse. Sintetizar nucleótidos, Sintetizar un tripéptido muy importante desde el punto de vista de regulación metabólica: el glutatión.

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Las etapas de desarrollo morfológico de la célula eritroide incluyen (en orden de madurez creciente) las siguientes etapas:



Proeritroblasto.



Eritroblasto basófilo.



Eritroblasto policromatófilo.



Eritroblasto ortocromático.



Reticulocito.



Eritrocito, finalmente, cuando ya carece de núcleo y mitocondrias.

A medida que la célula madura, la producción de hemoglobina aumenta, lo que genera un cambio en el color del citoplasma en las muestras de sangre teñidas con la tinción de Wright, de azul oscuro a gris rojo y rosáceo. El núcleo paulatinamente se vuelve picnótico, y es expulsado fuera de la célula en la etapa ortocromática.

MEMBRANA ERITROCITARIA Debido a su fácil accesibilidad, la membrana eritrocitaria es la más estudiada de las membranas biológicas. Compuesta por una bicapa lipídica (los lípidos son del 50-60 % de la masa de la membrana) y un esqueleto subyacente, provee al eritrocito de la estabilidad y deformabilidad requeridas para viajar a través de la circulación. La función de la membrana eritrocitaria incluye el ensamblaje y organización de las proteínas de la bicapa lipídica con las del esqueleto, proporciona a la célula la estabilidad y deformabilidad necesarias, participa en la biogénesis y el envejecimiento, y provee de una barrera entre el citoplasma y el medio externo con una permeabilidad selectiva.

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 Bicapa Lipídica Está constituida fundamentalmente por fosfolípidos y colesterol, con pequeñas cantidades de glicolípidos. Los fosfolípidos primarios son: fosfatidilcolina, PC, (28 % del total de fosfolípidos), fosfatidiletanolamina, PE,

(27 %),

esfingomielina, SM, (26 %), fosfatidilserina, PS, (13 %) y en menor cuantía, fosfatidilinositol. Estos fosfolípidos están distribuidos de forma asimétrica, lo que es importante para mantener la homeostasis. Fosfatidilcolinas (PC) y esfingomielinas (SM) predominan en el exterior respecto a Fosfatidilserinas (PS) y fosfatidiletanolaminas (PE) que se encuentran en el interior. Hay una tendencia a que los fosfolípidos para cambiar de ubicación a pesar de la dificultad para las cabezas polares para cruzar el núcleo hidrofóbico de la bicapa. Sin embargo, la asimetría se mantiene estable durante la vida útil de los glóbulos rojos. Esto es tarea de las translocasas o flipasas enzimas dependientes de ATP, los, que aseguran una molécula de fosfolípido que habría a la capa externa retornarla a la capa interna. Los scramblases juegan un papel contrario. La escramblasa-1de glóbulos rojos o escramblasa dependiente de Ca2+ se desencadena por una fosforilación catalizada por protein quinasa C. Los glicolípidos y el colesterol están intercalados entre los fosfolípidos.  Proteínas La membrana del eritrocito contiene alrededor de 15 proteínas mayores y cientos de menores. En estudios proteómicos del eritrocito se ha encontrado que de 527 proteínas alrededor de 340 están asociadas con la membrana.

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Tradicionalmente, estas proteínas se clasifican de acuerdo con la facilidad con la que pueden ser eliminadas totalmente de la membrana. - Proteínas integrales: son aquellas que están arraigadas firmemente y distribuidas a través de la bicapa lipídica e interactúan con los lípidos hidrofóbicos (glicoforinas, las proteínas Rh, los antígenos Kell y Duffy, proteínas transportadoras como la Banda 3); - Proteínas periféricas: que están asociadas de manera más lábil, por lo que su extracción es más fácil. Estas interactúan (por uniones covalentes y no covalentes) con las proteínas integrales o los lípidos que recubren la membrana, pero no penetran dentro de la bicapa y solo se relacionan con la cara citoplasmática (proteínas estructurales del esqueleto: espectrinas, anquirina, actina, proteína 4.1 y proteína 4.2). o Proteínas integrales Banda 3 (intercambiador de aniones) Band 3 es un miembro de la familia de proteínas de intercambio aniónico de bicarbonato y es importante para muchos procesos fisiológicos, incluyendo el transporte de CO2 en la sangre, propiedades mecanoestructural de los eritrocitos, el mantenimiento del pH intracelular y la secreción de equivalentes acido-base. Band 3 (Intercambiador de aniones 1; (Anion Exchanger 1, AE1) es una proteína de transporte que atraviesa la membrana plasmática y lleva a cabo el intercambio de bicarbonato-cloruro en el eritrocito. El dominio N-terminal citoplasmática (aminoácidos 1-359) de la banda 3 se une proteínas de membrana periféricas y es el sitio de anclaje de membrana para el citoesqueleto de células rojas. Este dominio se une anquirina, proteínas 4.1, 4.2 y proteínas adducina. La región citoplásmica Nterminal de la banda 3 es también el sitio para la unión de desoxihemoglobina y varias enzimas glucolíticas competitivos. El dominio Cterminal (aminoácidos 360-911) lleva a cabo intercambio aniónico y

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comprende

12-14

segmentos

transmembrana

(TM)

con

una

cola

citoplasmática corto (33 aminoácidos). La cola C-terminal alberga un sitio de unión para la anhidrasa carbónica II. En los eritrocitos, banda 3 existe como oligómeros como dímeros (60%), tetrámeros (40%) y agregados más grandes. El complejo tetramérico de banda 3 humana, denotado originalmente como el complejo de la banda 3, consistía en un tetrámero de la banda 3 unido a anquirina-1 y la proteína 4,2, junto con Glicoforina A. Por lo tanto la banda 3 contiene importantes sitios de unión para interactuar con otras proteínas de la membrana, tales como la anquirina, la proteína 4.1 y la proteína 4.2. La unión a Anquirina / banda 4.2 facilita la asociación a la espectrina. La unión del dominio citoplasmático con la anquirina es uno de los mecanismos críticos para anexar el esqueleto a la membrana plasmática, lo que es determinante en la flexibilidad o rigidez del eritrocito.

o Proteínas periféricas Espectrina Es la proteína más abundante y larga de las que conforman el esqueleto de membrana. Está formada por subunidades alfa y beta, que aunque tienen semejanzas, son estructuralmente diferentes y están codificadas por genes separados. Ambas subunidades contienen 106 aminoácidos homólogos que están situados en segmentos helicoidales. La presencia de estas repeticiones sugiere que las 2 cadenas de la espectrina se desarrollaron a partir de la duplicación de un solo gen ancestral. La estructura de triple hélice de la molécula de espectrina está dada por heterodímeros  y , que se alínean y entrelazan entre sí de modo

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antiparalelo

con

respecto

a

sus

terminales

NH2,

para

formar

heterotetrámeros. Estos tetrámeros compuestos de las repeticiones múltiples, suministran un filamento fuerte y elástico que interviene de manera decisiva en la forma y resistencia de la membrana. Además, la espectrina regula la movilidad lateral de las proteínas de membrana, garantiza el soporte estructural para la bicapa lipídica y se une a la actina y a la proteína 4.1 mediante secuencias repetitivas. Otras secuencias no repetitivas en la espectrina proveen de sitios para el reconocimiento y unión de otros moduladores como quinasas y calmodulina. Aunque los miembros de la familia de las espectrinas adoptan un pliegue helicoidal repetitivo, las interacciones muy específicas de las espectrinas con otras proteínas indican que las repeticiones han evolucionado para proveer una función especializada mientras se mantiene la estructura terciaria.

Anquirina En los humanos existen 3 isoformas: anquirina 1 o R, que se encuentra en el eritrocito; anquirina 2 o B, localizada primariamente en el cerebro; y la anquirina 3 o G, con una expresión más general. Esta proteína puede ser separada en 3 dominios funcionales: uno NH2 terminal de unión a la membrana que contiene sitios para la banda 3 y otros ligandos; un dominio central que contiene sitios para las espectrinas; y uno COOH terminal regulador, que influye en la interacción con otras proteínas. El dominio de unión a la membrana contiene 24 repeticiones en tándem, las que contienen múltiples sitios de unión con proteínas. Las repeticiones de la

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anquirina son altamente conservadas y se han encontrado en otras proteínas con gran variedad de funciones. La anquirina garantiza la unión al esqueleto de membrana mediante su relación con la espectrina y a la bicapa lipídica a través de la banda 3. Las interrupciones de alguna de estas vías de unión provocan inestabilidad en la membrana. Proteína 4.2 Pertenece a la familia de las transglutaminasas; sin embargo, la proteína 4.2 no posee actividad de transglutaminasa porque carece de un residuo crítico en su sitio activo. Se han descrito al menos 4 isoformas de la proteína, aunque la trascendencia funcional de las isoformas no está esclarecida. La proteína 4.2 une diferentes proteínas: la banda 3, la proteína 4.1 y la anquirina. Su principal función es estabilizar la asociación del complejo espectrina-actina-anquirina con la banda 3. También protege el esqueleto de la membrana del envejecimiento prematuro mediante la unión del calcio y otros cofactores que normalmente activan las transglutaminasas en el hematíe.

METABOLISMO El metabolismo de

los

de núcleo, mitocondria y

eritrocitos

es

limitado,

debido

otros orgánulos subcelulares.

a

la

Aunque

la

ausencia unión,

el

transporte y la liberación de oxígeno y dióxido de carbono es un proceso pasivo que no requiere energía, existe una variedad de procesos metabólicos dependientes de energía que son esenciales para la viabilidad de la célula.

Las vías metabólicas más importantes para el eritrocito maduro necesitan glucosa como sustrato. Estas vías se refieren a:

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

Glucólisis: Es la vía metabólica encargada de oxidar la glucosa con la finalidad de obtener energía para la célula.



Ruta de

la pentosa

fosfato: Es una ruta metabólica estrechamente

relacionada con la glucólisis, durante la cual se utiliza la glucosa para generar ribosa, que es necesaria para la biosíntesis de nucleótidos y ácidos nucleicos.



Vía de la hemoglobina reductasa: Se trata de una vía alterna a la vía Embden–Meyerhof, esencial para mantener al hierro hem en el estado reducido Fe++.



Ciclo de Rapoport–Luebering: Tiene por finalidad evitar la formación de 3–fosfoglicerato y ATP. El DPG (2,3-bifosfoglicerato) está presente en el eritrocito en una concentración de un mol BPG/mol de hemoglobina, y se une con fuerza a la desoxihemoglobina, con lo que la hemoglobina se mantiene en estado desoxigenado y se facilita la liberación de oxígeno. El incremento en la concentración de difosfoglicerato facilita la liberación de oxígeno a los tejidos mediante la disminución en la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno. De esta manera, el eritrocito cuenta con un mecanismo interno para la regulación del aporte de oxígeno a los tejidos.

La glucosa entra al hematíe a través del GLUT-1. Esa glucosa se degrada por la vía glucolítica hasta 1,3-bifosfoglicerato que pasa a 3-fosfoglicerato con liberación de ATP. Sin embargo, una mutasa transporta el 1,3-bifosfoglicerato a 2,3bifosfoglicerato y a la inversa. La unión de la Hemoglobina está regulada por el 2,3-BPG (BiFosfatoGlicerato). El BPG es un regulador alostérico negativo que reduce de manera considerable la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno. Se una a la hemoglobina sin oxígeno.

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El hecho de que exista el BPG hace que la curva de afinidad por el oxígeno de la hemoglobina se desplace a la derecha y sea menos afín por el oxígeno cuando el BPG está unido a su sitio alostérico. Otros factores que influyen son la pérdida de afinidad de la hemoglobina por el oxígeno son: 

Si disminuye el pH



El aumento de la temperatura



El aumento de la concentración parcial de CO2

Estos factores son característicos del medio tisular de los tejidos periféricos. Cuando el hematíe llega a los tejidos, el O2 difunde a las células. Cuando regresa a los pulmones se encuentra con la situación opuesta, con lo que se recarga de oxígeno. Estas vías contribuyen con energía, al mantener:



El potasio intracelular alto, el sodio intracelular bajo y un calcio intracelular muy bajo (bomba de cationes).



Hemoglobina en forma oxidada.



Elevados niveles de glutatión reducido.



Integridad y deformabilidad de la membrana.

FACTORES NECESARIOS PARA SU PRODUCCIÓN

Dada la necesidad constante de reponer los eritrocitos, las células eritropoyéticas de la médula ósea se cuentan entre las de crecimiento y reproducción más rápidas de todo el cuerpo. Por tanto, como cabría esperar, su maduración y producción resultan muy afectadas en casos de deficiencias nutricionales importantes. Para una correcta producción se precisa:

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

La vitamina B12: Es un factor necesario para la síntesis y la multiplicación de las células. Puesto que las células madre de la médula ósea deben multiplicarse muy rápidamente para producir glóbulos rojos, la falta de vitamina B12 origina anemia. La anemia por falta de vitamina B12 se denomina anemia perniciosa. Para la absorción de la vitamina B12, es necesario que se una a un factor intrínseco, producido en la pared del estómago. Una alteración en la pared gástrica puede producir anemia perniciosa por falta de absorción de la vitamina B12.



El ácido fólico: También es necesario para la síntesis de glóbulos rojos, y su falta en la dieta también puede producir anemia.



El hierro: Es necesario para la producción de hemoglobina. En todo el organismo hay entre 4 y 5 gramos de hierro, la mayor parte se encuentra en la hemoglobina. En el hombre las necesidades de hierro son de 0.6 miligramos al día para compensar la cantidad que se pierde por las heces. En la mujer las necesidades de hierro son aproximadamente el doble que en el hombre, debido a las pérdidas en la regla o menstruación.

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

 https://www.anatolandia.com/2014/08/globulos-rojos.html  https://ocw.unican.es/mod/page/view.php?id=545  http://www.rdnattural.es/blog/globulos-rojos/  http://mural.uv.es/monavi/disco/primero/bioquimica/Tema43.pdf  https://qbpatologica.files.wordpress.com/2016/10/citoesqueletoeritrocitario.doc

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