Metabolismus erytrocytů

Alice Skoumalová

Erytrocyty

Struktura: bikonkávní tvar (7,7 μm)

nemají nitrobuněčné organely (membrána obklopující roztok hemoglobinu)

Funkce: transport - kyslík do tkání

- odstraňování oxidu uhličitého a protonů

Doba života 120 dní 4,6-6,2 milionů/μl u mužů, 4,2-5,4 milionů/μl u žen

1. Membrána erytrocytů

50% lipidová dvojvrstva (fosfolipidy, cholesterol)

50% proteiny

SDS-PAGE: rozdělení podle migrace (proužek 1-7)

isolace a analysa (10 hlavních bílkovin)

Integrální: Protein vyměňující anionty, glykoforiny A, B, C

Periferní: Spektrin, Ankyrin, Aktin

Dědičná sferocytóza (AD)deficit v množství spektrinu nebo jeho abnormalitypřítomnost sferocytů v periferní krvidestrukce při průchodu slezinou

2. Hemoglobin

4 polypeptidové řetězce + 4 hemové skupiny

Prostorové změny hemu a F-helixu během přechodu mezi T a R-formou hemoglobinu:

Saturační křivka hemoglobinu:

Autooxidace hemoglobinu:

O2 se váže na Fe2+ Hem - Fe2+- O2 Hem - Fe3+ - O2•-

Methemoglobin (Fe3+) není schopen vázat O2

(methemoglobinreduktáza)

Nemají organely

produkce ATP oxidativní fosforylací opravovat poškozené proteiny a lipidy

Jsou vystaveny působení volných radikálů

autooxidace hemoglobinu (uvolňování O2•-)

PUFA v membráně (peroxidace lipidů) deformace v kapilárách, uvolnění katalytických iontů (peroxidace

lipidů)

3. Specifika erytrocytů

Glukóza: energie

Glykolýza: ATP, 2,3-bisfosfoglycerát, NADH

Pentosafosfátová dráha: NADPH

Syntéza glutathionu (antioxidant)

Zánik: globin, Fe2+, tetrapyrol

4. Metabolismus erytrocytů

Glukóza je zdroj energie

Přenašeč pro glukosu

12 transmembránových helikálních úseků

kanál pro průchod glukózy

nezávislý na inzulínu

Glykolýza

1. zdroj ATP

laktát

pouze z glykolýzy

2. dodavatel 2,3-bisfosfoglycerátu (2,3-BPG) (= Rapaport-Luebering shunt)

odklonění glykolýzy (nevzniká ATP)

vazba na deoxyhemoglobin, stabilizace, usnadnění uvolňování kyslíku v tkáních

2,3-bisfosfoglycerát

Allosterický efektor hemoglobinu:

stabilizuje deoxyhemoglobin snižuje afinitu hemoglobinu ke kyslíku

Klinické aspekty:

zvýšená produkce u lidí žijících ve vysoké nadmořské výšce a u kuřáků

neváže se na fetální hemoglobin (HbF α2γ2), větší afinita ke kyslíku, předávání kyslíku plodu přes placentu

Pentosafosfátová dráha

NADPH: redukce oxidovaného glutathionu na redukovaný Glutathion: odstraňuje H2O2 z erytrocytů (za katalýzy

glutathionperoxidázy obsahující selen)

Mutace glukosa-6-fosfátdehydrogenázy

Hemolytická anémie: snížená tvorba NADPH

oxidace hemoglobinu, Heinzova tělíska

peroxidace lipidů, rozpad erytrocytů

Klinika:

požití bobů či různých léčiv (primachin, sulfonamidy)

100 milionů lidí deficit aktivity tohoto enzymu (nejčastější enzymopatie)

V erytrocytech probíhá syntéza glutathionu

Glutathion

Důležitý pro ochranu před volnými radikály

1. Kofaktor glutathionperoxidázy (odstraňování H2O2 v erytrocytech)

2. Součást metabolismu kyseliny askorbové (recyklace)

3. Chrání proteiny před oxidací SH-skupin a tvorbou zkřížených vazeb

Gly

Cys

Glu

Gly

Cys

Glu

Gly

Cys SH

Glu

S S

Oxidovaný glutathion

(dimer)

Redukovaný glutathion

(monomer)

Glutathionperoxidáza

Glutathionreduktáza

Hemoglobin

Oxyhemoglobin

MethemoglobinMethemoglobinreduktáza

O2

SuperoxidSuperoxiddismutáza

H2O2

Kataláza

½ O2+H2O

Glutathionperoxidáza

H2O

GSH

GSSG

Glutathionreduktáza

NADPH

NADP+Pentosofosfátová

dráha

GSH-redukovaný glutathion; GSSG-oxidovaný glutathion

Autooxidace hemoglobinu3% hemoglobinu každý den se oxiduje

Konstantní uvolňování O2•-

Hem - Fe2+- O2 Hem - Fe3+ - O2•-

Hem – Fe2+- O2 Hem - Fe3+ + O2•-

MethemoglobinreduktázaRedukce methemoglobinu

FAD, cytochrom b5 a NADH (z glykolýzy)

Methemoglobinemie1. Dědičná: deficit methemoglobinreduktázy (AR)2. Abnormální hemoglobin HbM (mutace hemoglobinu, náchylný k oxidaci)3. Vyvolaná požitím léčiv či chemikálií (sulfonamidy, anilin)

Klinika: cyanóza (10% Hb ve formě metHb)léčba podání redukčních činidel (methylenová modř, kyselina askorbová)

Superoxiddismutáza (SOD)

Konvertuje O2•- na H2O2

CuZnSOD ve vysoké koncentraci v erytrocytech

Odstranění H2O2:

1. Kataláza

hemová skupina s Fe3+

katalyzuje dekompozici H2O2 na vodu a kyslík:

2H2O2 2H2O+O2

2. Glutathionperoxidáza

redukuje H2O2 na vodu a zároveň oxiduje glutathion

H2O2+2GSH GSSG+2H2O

Glutathionreduktáza

GSSG+NADPH+H+ 2GSH+NADP+

NADPH z pentosafosfátové dráhy (glukóza-6-fosfátdehydrogenáza)

α-tokoferol (vitamin E)

v membráně erytrocytů

chrání před peroxidací lipidů

α-TocH+LO2• α-Toc•+LO2H

Kyselina askorbová (vitamin C)

v cytoplasmě

recykluje α-tokoferol

Dehydroaskorbátreduktáza (GSH dependentní) regeneruje askorbát

5. Biologické antioxidanty:

Mutace - abnormální struktury hemoglobinu

V důsledku mutací dochází k tvorbě srpků, změně afinity ke kyslíku, ztrátě hemu či disociaci tetrameru

Nejznámější jsou hemoglobin M a S, dále thalasemie

Hemoglobin M

Náhrada His (E8 neboF7) v podjednotce α nebo β Tyr

Silná iontová vazba s Tyr stabilizuje železo ve formě Fe3+ (methemoglobin)

Methemoglobin neváže kyslík

Thalasemie

V důsledku genetických poruch je snížená či chybí tvorba α či β-řetězců (α či β-thalasemie)

6. Hemoglobinopatie

Hemoglobin S Srpkovitá anémie Agregace patologického hemoglobinu S

Hemoglobin S tzv. lepkavý úsek na povrchu hemoglobinu (Glu - Val) deoxyhemoglobin - komplementární místo k lepkavému úseku - polymeraci

deoxyhemoglobinu S - vznik dlouhého vláknitého precipitátu

Srpkovitá anémie erytrocyty zkrouceny do tvaru srpků, blokují kapiláry, způsobují zánět a bolest;

jsou fragilní a mají tendenci se rozpadat, což vede k anemii v tropech (koincidence s malárií): heterozygotní forma hemoglobinu S -

výhoda při nákaze malárií, rozpad erytrocytů přeruší parazitární cyklus

7. “Přepínání“ hemoglobinu:

Neenzymová glykace na terminální NH2 skupině (Val) β-řetězce

Glykovaná frakce asi 5% celkového množství hemoglobinu (úměrná koncentraci glukózy v krvi)

Měřením hladiny HbA1 lze získat informace o průběhu diabetes mellitus (odráží hladinu glukózy za posledních několik týdnů);

Cukr CHO + NH2 CH2 Protein

Cukr CH N CH2 Protein

Cukr CH2 NH CH2 Protein

Schiffova base

Glykovaný protein

Amadoriho přesmyk

8. Glykovaný hemoglobin (HbA1)

Souhrn:

Specifická struktura a funkce erytrocytů

Specifika metabolismu (glykolýza, PPP)

Ochrana před oxidačním stresem

Hemoglobin, hemoglobinopatie

Schémata použitá v prezentaci:

Marks´ Basic Medical Biochemistry, A Clinical Approach, third edition, 2009 (M. Lieberman, A.D. Marks)

Principles of Biochemistry, 2008, (Voet D, Voet J.G., and Pratt C.W)

Color Atlas of Biochemistry, second edition, 2005 (J. Koolman and K.H. Roehm)