metabolismus erytrocytů
DESCRIPTION
Metabolismus erytrocytů. Alice Skoumalová. Erytrocyty Struktura: bikonkávní tvar (7,7 μ m ) nemají nitrobuněčné organely (membrána obklopující roztok hemoglobinu) Funkce: transport - kyslík do tkání - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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)