Metabolismus erytrocytAlice Skoumalov

Erytrocyty

Struktura:bikonkvn tvar (7,7 m)nemaj nitrobunn organely (membrna obklopujc roztok hemoglobinu)

Funkce:transport - kyslk do tkn - odstraovn oxidu uhliitho a proton

Doba ivota 120 dn4,6-6,2 milion/l u mu, 4,2-5,4 milion/l u en

1. Membrna erytrocyt

50% lipidov dvojvrstva (fosfolipidy, cholesterol)

50% proteiny

SDS-PAGE:rozdlen podle migrace (prouek 1-7)isolace a analysa (10 hlavnch blkovin)Integrln: Protein vymujc anionty, glykoforiny A, B, CPerifern: Spektrin, Ankyrin, Aktin

Ddin sferocytza (AD)deficit v mnostv spektrinu nebo jeho abnormalityptomnost sferocyt v perifern krvidestrukce pi prchodu slezinou

2. Hemoglobin4 polypeptidov etzce + 4 hemov skupiny

Prostorov zmny hemu a F-helixu bhem pechodu mezi T a R-formou hemoglobinu:

Saturan kivka hemoglobinu:

Autooxidace hemoglobinu:

O2 se ve na Fe2+Hem - Fe2+- O2Hem - Fe3+ - O2-

Methemoglobin (Fe3+) nen schopen vzat O2 (methemoglobinreduktza)

Nemaj organelyprodukce ATP oxidativn fosforylacopravovat pokozen proteiny a lipidy

Jsou vystaveny psoben volnch radiklautooxidace hemoglobinu (uvolovn O2-)PUFA v membrn (peroxidace lipid)deformace v kapilrch, uvolnn katalytickch iont (peroxidace lipid)3. Specifika erytrocyt

Glukza: energie

Glykolza: ATP, 2,3-bisfosfoglycert, NADH

Pentosafosftov drha: NADPH

Syntza glutathionu (antioxidant)

Znik: globin, Fe2+, tetrapyrol4. Metabolismus erytrocyt

Glukza je zdroj energiePenae pro glukosu12 transmembrnovch heliklnch sekkanl pro prchod glukzynezvisl na inzulnu

Glykolza1. zdroj ATPlakttpouze z glykolzy

2. dodavatel 2,3-bisfosfoglycertu (2,3-BPG) (= Rapaport-Luebering shunt)odklonn glykolzy (nevznik ATP)vazba na deoxyhemoglobin, stabilizace, usnadnn uvolovn kyslku v tknch

2,3-bisfosfoglycert

Allosterick efektor hemoglobinu:

stabilizuje deoxyhemoglobinsniuje afinitu hemoglobinu ke kyslku

Klinick aspekty:

zven produkce u lid ijcch ve vysok nadmosk vce a u kukneve se na fetln hemoglobin (HbF 22), vt afinita ke kyslku, pedvn kyslku plodu pes placentu

Pentosafosftov drha

NADPH: redukce oxidovanho glutathionu na redukovanGlutathion: odstrauje H2O2 z erytrocyt (za katalzy glutathionperoxidzy obsahujc selen)

Mutace glukosa-6-fosftdehydrogenzyHemolytick anmie: snen tvorba NADPH oxidace hemoglobinu, Heinzova tlska peroxidace lipid, rozpad erytrocytKlinika:poit bob i rznch liv (primachin, sulfonamidy)100 milion lid deficit aktivity tohoto enzymu (nejastj enzymopatie)

V erytrocytech probh syntza glutathionu

GlutathionDleit pro ochranu ped volnmi radikly1. Kofaktor glutathionperoxidzy (odstraovn H2O2 v erytrocytech)2. Soust metabolismu kyseliny askorbov (recyklace)3. Chrn proteiny ped oxidac SH-skupin a tvorbou zkench vazebGly

Cys

GluGly

Cys

GluGly

Cys SH

GluS SOxidovan glutathion(dimer)Redukovan glutathion(monomer)GlutathionperoxidzaGlutathionreduktza

HemoglobinOxyhemoglobinMethemoglobinMethemoglobinreduktzaO2SuperoxidSuperoxiddismutzaH2O2Katalza O2+H2OGlutathionperoxidzaH2OGSHGSSGGlutathionreduktzaNADPHNADP+Pentosofosftov drhaGSH-redukovan glutathion; GSSG-oxidovan glutathion

Autooxidace hemoglobinu3% hemoglobinu kad den se oxidujeKonstantn uvolovn O2-Hem - Fe2+- O2Hem - Fe3+ - O2-Hem Fe2+- O2Hem - Fe3+ + O2-

MethemoglobinreduktzaRedukce methemoglobinuFAD, cytochrom b5 a NADH (z glykolzy)

Methemoglobinemie1. Ddin: deficit methemoglobinreduktzy (AR)2. Abnormln hemoglobin HbM (mutace hemoglobinu, nchyln k oxidaci)3. Vyvolan poitm liv i chemikli (sulfonamidy, anilin)Klinika:cyanza (10% Hb ve form metHb)lba podn reduknch inidel (methylenov mod, kyselina askorbov)

Superoxiddismutza (SOD)Konvertuje O2- na H2O2CuZnSOD ve vysok koncentraci v erytrocytech

Odstrann H2O2:1. Katalzahemov skupina s Fe3+katalyzuje dekompozici H2O2 na vodu a kyslk: 2H2O2 2H2O+O22. Glutathionperoxidzaredukuje H2O2 na vodu a zrove oxiduje glutathionH2O2+2GSHGSSG+2H2O

GlutathionreduktzaGSSG+NADPH+H+2GSH+NADP+NADPH z pentosafosftov drhy (glukza-6-fosftdehydrogenza)

-tokoferol (vitamin E)v membrn erytrocytchrn ped peroxidac lipid-TocH+LO2 -Toc+LO2H

Kyselina askorbov (vitamin C)v cytoplasmrecykluje -tokoferolDehydroaskorbtreduktza (GSH dependentn) regeneruje askorbt5. Biologick antioxidanty:

Mutace - abnormln struktury hemoglobinuV dsledku mutac dochz k tvorb srpk, zmn afinity ke kyslku, ztrt hemu i disociaci tetrameruNejznmj jsou hemoglobin M a S, dle thalasemie

Hemoglobin MNhrada His (E8 neboF7) v podjednotce nebo TyrSiln iontov vazba s Tyr stabilizuje elezo ve form Fe3+ (methemoglobin)Methemoglobin neve kyslk

ThalasemieV dsledku genetickch poruch je snen i chyb tvorba i -etzc ( i -thalasemie)

6. Hemoglobinopatie

Hemoglobin S Srpkovit anmie Agregace patologickho hemoglobinu S

Hemoglobin Stzv. lepkav sek na povrchu hemoglobinu (Glu - Val)deoxyhemoglobin - komplementrn msto k lepkavmu seku - polymeraci deoxyhemoglobinu S - vznik dlouhho vlknitho precipittu

Srpkovit anmieerytrocyty zkrouceny do tvaru srpk, blokuj kapilry, zpsobuj znt a bolest; jsou fragiln a maj tendenci se rozpadat, co vede k anemiiv tropech (koincidence s malri): heterozygotn forma hemoglobinu S - vhoda pi nkaze malri, rozpad erytrocyt peru parazitrn cyklus

7. Pepnn hemoglobinu:

Neenzymov glykace na terminln NH2 skupin (Val) -etzceGlykovan frakce asi 5% celkovho mnostv hemoglobinu (mrn koncentraci glukzy v krvi)Menm hladiny HbA1 lze zskat informace o prbhu diabetes mellitus (odr hladinu glukzy za poslednch nkolik tdn);

CukrCHO +NH2CH2Protein

CukrCHNCH2Protein

Cukr CH2NH CH2ProteinSchiffova baseGlykovan proteinAmadoriho pesmyk8. Glykovan hemoglobin (HbA1)

Souhrn: Specifick struktura a funkce erytrocyt Specifika metabolismu (glykolza, PPP) Ochrana ped oxidanm stresem Hemoglobin, hemoglobinopatie

Schmata pouit 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)

Existuj stovky nevznamnch mutac hemoglobinu, pouze nkter z nich maj patologick dopad

V hemoglobinu S je Glu v -etzci (zbytek na povrchu hemoglobinu) nahrazen Val; polrn zbytek je nahrazen nepolrnmVznikne tzv. lepkav sek na povrchu hemoglobinuNa povrchu deoxy (ne vak oxy) hemoglobinu je komplementrn msto k lepkavmu seku, co vede k polymeraci deoxyhemoglobinu S a vzniku dlouhho vlknitho precipittu