Ana Hernando Luengo

MORFOLOGIA Y FISIOLOGIAERITROCITARIA

• ERITROPOYESIS

• MEMBRANA ERITROCITARIA

• METABOLISMO ERITROCITARIO

• HEMOGLOBINA

• HIERRO

2

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

3

ERITROPOYESIS

4

ERITROPOYESIS

5

6

• 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

FACTORES ESTIMULANTES

7

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

8

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

9

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

10

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

11

12

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

13

MEMBRANA ERITROCITARIA

14

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

15

• Los sistemas metabólicos del eritrocito son:

1. Glicólisis anaerobia: producción de ATP

2. Sistema oxidorreductor: defensa antioxidante

3. Sistema diaforásico: Protección de la Hb

4. Metabolismo nucleotídico: mantenimiento del ATP

Metabolismo Eritrocitario

16

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:

1. Principal o vía de Embden-Meyerhof (glicólisis anaerobia)

2. Secundaria o vía de las pentosas (aeróbica)

17

La funciones del ATP eritrocitario son:

1. Inicio y mantenimiento de la glucólisis

2. Sintetizar glutatión y otros compuestos de importancia funcional

3. Mantener el hierro de la hemoglobina en estado reducido

4. Mantenimiento de los fosfolípidos de membrana

5. Mantenimiento de la plasticidad de las proteínas del citoesqueleto.

6. Mantener el transporte iónico y el contenido acuoso intraeritrocitario

7. Mediación de reacciones de recuperación de nucleótidos.

Metabolismo Eritrocitario

18

• 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

Glicólisis anaerobia : vía de Embden-Meyerhof

19

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

20

• 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

Sistema diaforásico

21

• 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)

Metabolismo nucleotídico

22

Glucosa

Glucosa 6PGP

IFructosa 6P

Fructosa 1-6P

ATPADP HKMM

gg

DHAP G3P

ALDTP

I

1,3DPG

NAD

NADHG3PD

H

PiPi

PFKMgMgATPADP

Vía Pentosas

Síntesis GSHVIA EMBDEN-MEYERHOFVIA EMBDEN-MEYERHOF

Reducción Meta Hb

23

1,3DPG

PGKADP

ATPMMgg

3PG

2PG

PGM

PEP

PIRUVATO

ENOL

ADP

ATPMMgg PK

LACTATOLDH

Degradación Nucleótidos

y Vías de rescate

2,3DPG

DPGM

DPGP

Shunt Rapoport

Luebering

VIA EMBDEN MEYERHOFVIA EMBDEN MEYERHOF

pH (-)

pH (+)

NADNADH

24

Glucosa

Glucosa 6P

Gliceraldehído 3P

6P-gluconato

Ribulosa 5P + CO2

G6PDH

6PGDH

NADPH

NADP

NADPH

NADP

Fructosa 6P

CICLO DE LAS PENTOSASCICLO DE LAS PENTOSAS

Xilulosa 5P Ribosa 5P

F6P +

G3P

(…)

25

SÍNTESIS y REGENERACIÓN DE SÍNTESIS y REGENERACIÓN DE GLUTATIÓNGLUTATIÓN

Ácido glutámico

CisteínaATP

ADP

GCS

glutamilcisteína

Glicina

ATP

ADP

Glutatión

Sintetasa GSHG6P

6PG

NADP

NADPH GSSG

H2O2

H2O

O2

Stress oxidativ

o

SOD

G6PDG6PD

Glutatión Glutatión PeroxidasPeroxidas

aa

Glutatión Glutatión ReductasReductas

aa

2626

ARN ribosomal

ribonucleasa

nucleótidos

purínicos pirimidínicos

AMP GMP UMP CMP

P5´N

Pi

Uridina Citidina

27

Vías metabólicas eritrocitarias

28

Metabolismo Eritrocitario

29

HEMOGLOBINA

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

30

Estructura de la HEMOGLOBINA

31

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

32

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

33

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

34

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 ←← ↓

35

Grupo hemo

36

MOLECULA DE HEMOGLOBINA

37

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

38

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

39

Síntesis de la Hemoglobina

40

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)

41

• 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

42

• 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

43

• 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

Función de la Hemoglobina

44

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

45

Catabolismo de la Hemoglobina

46

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

47

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:

1. La disminución de la síntesis de Hb (anemia)

2. La sobrecarga de hierro con signos de intoxicación y lesiones en órganos (hemocromatosis)

48

Distribución del hierro1. Hierro hemínico

Hemoglobina Mioglobina (músculo) Enzimas hemínicas:

citocromos catalasa peroxidasa

• Hierro no hemínico Ferritina Hemosiderina Transferrina

49

Distribución del hierro

50

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

51

• 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

52

• 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

Distribución del hierro

53

Metabolismo del hierro

54

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).

55

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

56

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:

1. la del hierro hemínico y2. la del hierro no-hemínico.

Absorción del hierro

57

• 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

58

• 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

59

• La absorción del hierro comporta tres etapas:

1. El paso del hierro a través de la membrana del enterocito

2. El paso del hierro desde el enterocito al plasma

3. Regulación global de estos procesos

Absorción del hierro

60

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

61

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

62

Absorción del hierro

63

• 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,

Absorción del hierro

64

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.

65

• 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

66

• 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

67

Transporte del hierro

diaforasa

Fe++/apoferritina

Fe+++

FE++

68

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

69

• 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)

Depósitos del hierro