Biochemia erytrocytów

Dr hab. I.Rahden-Staroń
Katedra i Zakład Biochemii

Co jest wyjątkowego w

metabolizmie

erytrocytów?

Jakie enzymy ochronne są

obecne w erytrocycie i

jaka jest ich funkcja?

Budowa

Erytrocytów

• Błona komórkowa erytrocyta:
Odgrywa ważną rolę w utrzymaniu

kształtu krwinki czerwonej.

Jej odkształcalność jest istotną

cechą, jako że erytrocyt musi

przenikać przez włośniczki

Istnieje ok. 10 głównych białek

błonowych erytrocyta

Budowa Erytrocytów

W błonie znajdują się białka

strukturalne (spektryna i aktyna) oraz

ATPazy transporujące aktywnie jony do

komórki.

Białka te są potrzebne do utrzymania

właściwego wewnątrzkomórkowego

stężenia elektrolitów.

Niezbędna do wytwarzania ATP energia

pochodzi z beztlenowej glikolizy

Budowa Erytrocytów

• Znajdujące się na błonie

komórkowej węglowodany są
związane z białkami lub lipidami.

• Reszty węglowodanowe

glikoprotein tworzą antygeny
grupowe AB0, Rh i innych układów
grupowych krwi.

Funkcje Erytrocytów

• Erytrocyty nie mogą pełnić

normalnych funkcji

komórkowych, nie

mają też mechanizmu, który mógłby
naprawiać powstające w nich z
czasem uszkodzenia, dlatego też giną
po kilku miesiącach (około 120 dni)

- brak mitochondriów i jądra

komórkowego

Erytropoeza

• produkowanych jest 25 bilionów/dobę

– retikulocyty powinny stanowić 1% całej

populacji krążących erytrocytów

– erytrocyty po ~120 dniach są niszczone w

śledzionie

– liczba produkowanych erytrocytów powinna

być równa liczbie niszczonych

Czynniki niezbędne do

erytropoezy

• 1. Erytropoetyna
• 2. Żelazo
• 3. Witamina B

12

(cyjanokobalamina)

• 4. Kwas foliowy (folacyna)

• 5. Kwas askorbinowy (Witamina C)
• 6. Pirydoksyna (Witamina B

6

)

• 7. Aminokwasy

F

i

z

j

o

l

o

g

i

c

z

n

a

r

o

l

a

e

r

y

t

r

o

p

o

e

t

y

n

y

u

o

s

ó

b

z

d

r

o

w

y

c

h

Z

m

n

i

e

j

s

z

o

n

e

d

o

s

t

a

r

c

z

a

n

i

e

t

l

e

n

u

d

o

n

e

r

e

k

W

z

m

o

ż

o

n

e

d

o

j

r

z

e

w

a

n

i

e

p

r

o

e

r

y

t

r

o

b

l

a

s

t

ó

w

w

s

z

p

i

k

u

d

o

s

t

a

d

i

u

m

r

e

t

i

k

u

l

o

c

y

t

a

-

5

d

n

i

W

z

m

o

ż

o

n

a

r

e

t

i

k

u

l

o

c

y

t

o

z

a

w

e

k

r

w

i

Z

w

i

ę

k

s

z

o

n

a

l

i

c

z

b

a

e

r

y

t

r

o

c

y

t

ó

w

w

e

k

r

w

i

P

o

p

r

a

w

a

u

t

l

e

n

o

w

a

n

i

a

t

k

a

n

e

k

i

n

a

r

z

ą

d

ó

w

P

o

w

r

ó

t

d

o

n

o

r

m

a

l

n

e

j

h

o

m

e

o

s

t

a

z

y

w

p

r

z

y

p

a

d

k

u

p

o

p

r

a

w

y

u

t

l

e

n

o

w

a

n

i

a

n

e

r

e

k

E

P

O

W

z

r

o

s

t

s

e

k

r

e

c

j

i

e

r

y

t

r

o

p

o

e

t

y

n

y

d

o

k

r

w

i

Hemoglobina

• Synteza hemoglobiny pojawia się w

proerytroblastach i jest zakończona
w retikulocycie

Biosynteza hemoglobiny

α-mRNA

β-mRNA

łańcuch α

łańcuch β

α, β-dimer

ALA

proto-
porfiryna

HEM

Glicyna

+

Bursztynylo~C
oA

Fe

+2

Hb-tetramer

REGULACJA TRANSLACJI

1) ODWRACALNA

FOSFORYLACJA eIF2

(INICJACJA SYNTEZY).

FOSFORYLACJA MOŻE BYĆ KATALIZOWANA PRZEZ

KINAZĘ

REGULOWANĄ PRZEZ INHIBITOR ZALEŻNY OD HEMU.

KINAZA

JEST AKTYWOWANA PRZEZ AUTOFOSFORYLACJĘ

W

NIEOBECNOŚCI HEMU

.

BRAK SYNTEZY GLOBINY.

2)

SPECYFICZNE GENY:

Dla: FERRYTYNY (TRANSPORT ŻELAZA)
SYNTAZY KWASU δ-AMINOLEWULINOWEGO (ALA) (SYNTEZA HEMU)

TRANSLACJA JEST REGULOWANA PRZEZ 5’ LUB 3’ IRE
(iron-responsive element) OBECNE W ODPOWIEDNICH mRNA.

Zaburzenia syntezy Hb

Wymagana jest ścisła koordynacja syntezy
globiny i syntezy hemu.

Upośledzenie syntezy hemu może być
spowodowane:
- Zaburzeniami w gospodarce żelazem.

- Zaburzeniami w procesie syntezy porfiryn
w szpiku

- Niedobór wit. B12 i/lub kwasu foliowego.

Wchłanianie i metabolizm żelaza

Wchłanianie i metabolizm żelaza

Ok. 3/4 żelaza
wykorzystywanego w
przemianach pochodzi z
rozpadłych krwinek
czerwonych. Pozostała
część pochodzi z żelaza
zapasowego i w znacznie
mniejszym stopniu z
żelaza wchłoniętego.

Pula żelaza w komórce

TRANSFERYNA OSOCZA

(30% WYSYCENIA ŻELAZEM)

RECEPTORY KOMÓRKOWE

RECEPTOSOMY

APOTRANSFERYNA

ŻELAZO

WEWNĄTRZKOMÓRKOWA

MOBILNA PULA ŻELAZA

SYNTEZA ŻELAZOPORFIRYN

FERRYTYNA

Gospodarka żelazem

Gospodarka żelazem

1.

Zawartość żelaza w organizmie mężczyzny

wynosi 50mg/kg, u kobiety 35mg/kg. Około 30%

stanowią magazyny tj. 1g u mężczyzn i 200-

400mg u kobiet.

2.

Codziennie mężczyzna i niemiesiączkująca

kobieta tracą 0,6-1,6mg żelaza, średnio 1mg.

Kobiety tracą od 0,006mg-0,025mg/kg/dzień.

Kobieta w ciąży traci 3,5 razy więcej.

3.

Zwykle w diecie codziennej znajduje się 6mg

żelaza na 1000 kalorii lub od 10-30mg.

Żelazo hemowe i

niehemowe

• Żelazo hemowe jest łatwo

wchłaniane. Obecne w mięśniach
jako część mioglobiny.

• Żelazo niehemowe jest słabo

wchłaniane – stanowi większość
żelaza w diecie.

Najczęstsze przyczyny niedoboru

Najczęstsze przyczyny niedoboru

żelaza

żelaza

•

z macicy, z przewodu pokarmowego, z nerek, nosa, płuc, długotrwała hemodializa, nawracające

krwawienia w przebiegu krwawiączki lub innych skaz krwotocznych, nadmierna eksploatacja
krwiodawców, krwioupusty, umyślne skrwawianie się, pobieranie krwi do badań

Utrata krwi (przewlekłe krwawienia)

Utrata krwi (przewlekłe krwawienia)

•

stany po resekcji żołądka lub gastroenterostomii, żołądkowa przepuklina przeponowa,

achlorhydria, przewlekłe biegunki, zespoły upośledzonego wchłaniania

Nieprawidłowe wchłanianie żelaza pokarmowego

Nieprawidłowe wchłanianie żelaza pokarmowego

•

liczne ciąże i porody, zwłaszcza bliźniacze, karmienie piersią okres szybkiego wzrostu,

krwiodawstwo

Zwiększone zapotrzebowanie na żelazo

Zwiększone zapotrzebowanie na żelazo

•

dieta uboga w żelazo (wcześniaki, noworodki karmione piersią), dieta roślinna, spaczone

łaknienie lub brak łaknienia (anorexia nervosa)

Niedostateczny dowóz żelaza

Niedostateczny dowóz żelaza

•

atranferynemia, przeciwciała przeciw receptorowi transferryny

Zaburzenie transportu żelaza

Zaburzenie transportu żelaza

Zaburzenia syntezy Hb

Wymagana jest ścisła koordynacja syntezy
globiny i syntezy hemu.

Upośledzenie syntezy hemu może być
spowodowane:
- Zaburzeniami w gospodarce żelazem.

- Zaburzeniami w procesie syntezy porfiryn
w szpiku

- Niedobór wit. B12 i/lub kwasu foliowego.

REAKCJE ZALEŻNE OD WITAMINY B

12

I KWASU FOLIOWEGO

N10-

FormyloTHF

N5, N10-Metenylo
THF

N5, N10-

Metyleno
THF

PURYNY

(d)AMP i
(d)GMP

DHF
(Dihydrofolia
n)

THF
(Tetrahydrofolian
)

N5-

Metylo-

THF

Metyl
o-

B

12

OH

-

B

12

syntaza metioninowa

B

12

z diety

reduktaza

dihydrofolianowa

Folian z
diety

Pirymidy
na

d

U

MP

dTMP

syntaza
tymidylanowa

Homo-
cystei
na
-SH

Metylo

-

S-
[Metionin
a]

SAM

-CH3
adenozyna

NADPH

Reduktaza
metyleno THF

PUŁAPKA -CH3
FOLIANOWA

ATP

RNA

DNA

5-FU

Metotreksat

Zużycie glukozy

-

Glukoza jest

jedynym substratem

energetycznym

.

- Energia zużywana jest przede
wszystkim na
utrzymanie gradientu stężeń
elektrolitów.

- Dobowe zużycie glukozy przez
erytrocyty
wynosi ok. 26 g.

- Główną drogą przemiany jest
glikoliza z
mleczanem jako produktem
końcowym.

- Ok.

10% glukozy zostaje zużyte w

cyklu
heksozo-monofosforanowym

.

glukoz
a

glukoza

G6P

ATP

F6P

6-PG

NADP+

Rybulozo-5-
P

NADPH + H+

NADP+

GSSG

GSH

F(1,6)P

3-P-aldehyd glicerynowy

1,3-DPG

2,3-
DPG

DPG-Hb

DPG-Hb

Pi

ATP

PHA

3-PG

ATP

ADP

NADH+H+
NAD+

methemoglobina

Hemoglobina

PEP

pirogronian

mlecza
n

ADP ATP

dehydrogenaza G6P

reduktaz

a

Przemiany energetyczne

-

Beztlenowa glikoliza.

- Wychwytywanie glukozy jest niezależne od
insuliny i
transport nie stanowi czynnika
ograniczającego
metabolizm.

- Charakterystycznym elementem jest
obecność
dużych ilości 2,3-bisfosfoglicerynianu (2,3-
DPG).
4-5 mmol/l krwinek czerwonych, bliskim
stężenia Hb.
Stosunek molowy 2,3-DPG do Hb wynosi ok.
0,8-0,9.

Przemiany energetyczne c.d.

- 2,3-DPG powstaje w nieodwracalnej
reakcji,
katalizowanej przez swoistą mutazę:

1,3-DPG + 3-PG 2,3-DPG + 3-

PG

- fizjologiczne znaczenie 2,3-DPG w
krwinkach
czerwonych dotyczy mechanizmów
kontrolujących transport tlenu

.

Synteza 2,3-bisfosforanu

NUKLEOTYDY ADENYLOWE

ISTOTNE ZNACZENIE DLA PRZEMIAN ENERGETYCZNYCH ERYTRO-
CYTÓW MA UTRZYMANIE

STAŁEJ WIELKOŚC

I PULI NUKLEOTYDÓW

ADENYLOWYCH. AMP STANOWI 1-3% PULI NUKLEOTYDÓW KRWI-
NEK, PODLEGA JEDNAK STALE PRZEMIANOM KATABOLICZNYM.

AMP

ADENOZYNA

swoista kinaza Km bardzo niskie

ATP

INOZYNA

deaminaza

IMP

swoista
deaminaza

fosfatazy

nukleotydaz

y

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW
ADENYLOWYCH

AMP

PRPP

RYBOZO 5-
P

RYBOZO 1-P

ADENOZYNA

INOZYN
A

PP

i

fosforybozylotransferaza
adeninowa

ADENINA

HIPOKSANTYNA

P

i

fosforylaza
nukleozydowa

H

2

O

NH

3

deaminaza
adenozynowa

kinaza

adenozynow

a

AMP
ATP

cykl pentozo-
fosforanowy

fosforybomutaza

PP

i

IMP

fosfo-
rybozylo
transferaz
a

ATP

ADP

(2)

ATP

ADP

(glikoliza)

adenylanowa

wolne rodniki tlenowe

utlenienie

hemoglobiny to

methemoglobiny

(erytrocyt jest „pełny“ antyoksydantów)

• Związki drobnocząsteczkowe

(glutation)

• Enzymy

(SOD, GSH-Px, katalaza)

Mechanizmy ochronne

Dehydrogenza G6P

Selen

G6P

6PG

Glutation -

niskocząsteczkowy

antyoksydant

• glutation

(GSH, GSSG)

we wszystkich komórkach ssaków (1-10 mmol/l)
Ważny bufor redox

2 GSH  GSSG + 2e

-

+ 2H

+

Eliminacja ROS, stabilizacja w zredukowanej

formie

(SH- grupy)
substrat dla peroksydazy glutationowej

Peroksydaza glutationowa

eliminacja wodoronadtlenków i H

2

O

2

2 GSH + ROOH



GSSH + H

2

O + ROH

• Selen

  Se = hemoliza erytrocytów, synteza

methemoglobiny

Dysmutaza ponadtlenkowa

Cu

2+

/Zn

2+

SOD (SOD 2)

2O

2. -

+ 2H

+

 H

2

O

2

+ O

2

dimer, Cu =

redox

centrum

erytrocyt

NIEDOKRWISTOŚCI

NIEDOKRWISTOŚCI

N

N

iedokrwistość jest stanem,w którym liczba

iedokrwistość jest stanem,w którym liczba

krwinek czerwonych i stężenie Hb zmniejszają

krwinek czerwonych i stężenie Hb zmniejszają

się poniżej wartości optymalnych dla

się poniżej wartości optymalnych dla

organizmu (poniżej granic normy dla płci i

organizmu (poniżej granic normy dla płci i

wieku ).

wieku ).

Kryteria niedokrwistości mężczyźni

Kryteria niedokrwistości mężczyźni

kobiety

kobiety

Stężenie hemoglobiny

< 13,5 g/dl < 11,5

g/dl

Liczba krwinek czerwonych <4,3 T/l <

3,9 T/l

Wskaźnik hematokrytowy < 40%

<

37,0 %

Podział niedokrwistości wg etiologii:

Podział niedokrwistości wg etiologii:

1.

Zmniejszone wytwarzanie ( RBC i/lub Hb)

•

niedoborowe (Fe, B12, kw. foliowy, EPO)

•

nieefektywna hematopoeza

2.

Wzmożony rozpad erytrocytów - hemoliza

•

defekty wewnątrzkrwinkowe (błony komórkowej,
enzymatyczne, hemoglobinopatie)

•

przeciwciała p-krwinkowe

3.

Niedokrwistość pokrwotoczna

Anemia: zmniejszona ilość

hemoglobiny

Anemia związana z niedoborem żelaza

jest:

- wtórnym efektem anemii krwotocznej

- skutkiem spożywania żywności zawierającej

nieodpowiednie ilości żelaza

- skutkiem nieprawidłowego wchłaniania

żelaza

Anemia złośliwa jest wynikiem

:

- niedoboru witaminy B12

- braku „czynnika wewnętrznego”

niezbędnego do wchłaniania B12

Przyczyny niedokrwistości

Przyczyny niedokrwistości

hemolitycznych

hemolitycznych

1. Przyczyny wewnątrzkrwinkowe

•

defekty błony komórkowej: sferocytoza

•

defekty enzymatyczne

:

dehydrogenazy G6P

- różne mutacje w

genie dehydrogenazy G6P (związane z chromosomem X)

•

kinazy pirogronianowej

- różne mutacje w genie izoenzymu R (Red

cell)

•

reduktazy methemoglobinowej

– nieprawidłowa budowa (HbM)

•

hemoglobinopatie (anemia sierpowata, talasemie)

Anemia sierpowata

– wynik uszkodzonego genu kodującego HbS

- HbS ma jeden zmieniony aminokwas w łańcuchu 

(Wal Glu)

- ta zmiana powoduje odkształcenie erytrocyta w warunkach niskiego

stężenia tlenu

Talasemie:

nieobecność lub nieprawidłowy łańcuch globiny

w Hb
- erytrocyty są cienkie, delikatne i mają zbyt mało Hb

 -TALASEMIE - mutacje w genie -globiny

 -TALASEMIE - mutacje w genie -globiny

Enzymopatie krwinkowe

- Wada dotyczy jednego z enzymów glikolitycznych lub enzymów

katalizujących pierwsze etapy w cyklu heksozo-monofosforanowym.

- Nie mają one żadnego znaczenia dla ogólnoustrojowej gospodarki

węglowodanowej. Powodują jednak istotne zaburzenia w obrębie erytrocytów.

- Blok przemiany glikolitycznej powoduje niedobór ATP.

- Blok pierwszych etapów cyklu heksozo-monofosforanowego

powoduje niedobór zredukowanego NADP (NADPH).

- Oba te czynniki mają istotne znaczenie w utrzymaniu prawidłowej

struktury i czynności błony erytrocytów.

- Objawy: niedokrwistość typu hemolitycznego.

Przyczyny niedokrwistości

Przyczyny niedokrwistości

hemolitycznych

hemolitycznych

2. Przyczyny zewnątrzkrwinkowe
• poprzetoczeniowa, konflikt Rh
• polekowe - powstaje HbM – nitroprusydek

sodu, fenacetyna, sulfonamidy, lidokaina,
paracetamol

• wywołane czynnikami fizycznymi lub

chemicznymi (sztuczne zastawki, oparzenia,
jad żmiji, azotany, azotyny, anilina, chloryny)

• infekcje - malaria (Plasmodiumm species),

Mykoplazma

• zatrucie ołowiem

Przyczyny niedokrwistości makrocytowych

Przyczyny niedokrwistości makrocytowych

(megaloblastycznych)

(megaloblastycznych)

Grup

Grup

a

a

Przyczyna

Przyczyna

Niedobór kobalaminy

Niedobór kobalaminy

(witaminy B

(witaminy B

12

12

)

)

Niedobór kwasu

Niedobór kwasu

foliowego

foliowego

(kw.

(kw.

pteroiloglutaminowego)

pteroiloglutaminowego)

I

Niedobory
pokarmowe

1.

Wegetarianizm

2.

Brak lub niedobór pokarmów pochodzenia zwierzęcego

3.

Zespoły wieloniedoborowe

1.

Brak świezych, surowych

pokarmów roślinnych

2.

Długotrwałe gotowanie

3.

Zespoły wieloniedoborowe

II

Zaburzenia
wchłaniania

1.

Choroba Addisona-Biermera

2.

Stan po gastrektomii

3.

Zapalenie żołądka z alkaliczną treścią (zanikowy,
histaminooporny nieżyt żołądka)

4.

Nowotwory przewodu pokarmowego (rak żołądka)

5.

Przewlekła niewydolność zewnątrzwydzielnicza trzustki

6.

Choroby jelita cienkiego
a) sprue (psilosis)
b) celiakia
c) przewlekłe zapalenia przewodu pokarmowego
d) ileitis terminalis
e) stany po radioterapii w zakresie jamy brzusznej
f) nowotwory
g) przetoki

7.

Niepełnowartościowy czynnik wewnętrzny (IF)

8.

Brak receptora jelitowego dla IF/kobalaminy (np. choroba
Imerslund-Grasbecka)

1.

Choroby jelita cienkiego ze złym

wchłanianiem kwasu foliowego
a) sprue (psilosis)
b) celiakia
c) stany po zabiegach
chirurgicznych
d) zespół ślepej pętli

2.

Alkoholizm

Przyczyny niedokrwistości makrocytowych

Przyczyny niedokrwistości makrocytowych

(megaloblastycznych)

(megaloblastycznych)

1.

Metotreksat

2.

Trimetoprim

3.

Fenobarbital i jego pochodne

(niekiedy)

4.

Doustne środki antykoncepcyjne

5.

Sulfonamidy

6.

Antagoniści puryn

1.

Pochodne guanidyny, tzw. Biguanidy

2.

Neomycyna

3.

Kolchicyna

4.

Nadtlenek azotu

B. Wady metaboliczne

A. Zaburzenia polekowe

(w przypadkach równoczesnego stosowania leków)

Niedostateczne
wykorzystanie

III

1.

Niedobór enzymów związanych z

metabolizmem kwasu foliowego

2.

Działanie tzw. antymetabolitów

kwasu foliowego

1.

Niedobór transkobalaminy II (TcII)

2.

Niedobór enzymów zależnych od witaminy
B

12

Niedobór kwasu foliowego

Niedobór kwasu foliowego

(kw. pteroiloglutaminowego)

(kw. pteroiloglutaminowego)

Niedobór kobalaminy

Niedobór kobalaminy

(witaminy B

(witaminy B

12

12

)

)

Przyczyna

Przyczyna

Grup

Grup

a

a

Przyczyny niedokrwistości makrocytowych

Przyczyny niedokrwistości makrocytowych

(megaloblastycznych)

(megaloblastycznych)

1.

Zespoły mieloproliferacyjne

2.

Zespoły limfoproliferacyjne

3.

Niedokrwistości hemolityczne

4.

Ciąża

5.

Intensywny wzrost

6.

Nadczynność gruczołu
tarczowego

7.

Nowotwory złośliwe (tzw. „lite”) z
przerzutami

8.

Nadmierna hemoliza

1.

Zespoły mieloproliferacyjne

2.

Szpiczak mnogi

3.

Zużycie przez bakterie jelitowe lub

pasożyty
a) bruzdogłowiec szeroki

4.

Karmienie długotrwałe piersią przez matki

z niedokrwistością Addisona-Biermera

Zwiększone
zapotrze-
bowanie

IV

Niedobór kwasu

Niedobór kwasu

foliowego

foliowego

(kw.

(kw.

pteroiloglutaminowego)

pteroiloglutaminowego)

Niedobór kobalaminy

Niedobór kobalaminy

(witaminy B

(witaminy B

12

12

)

)

Przyczyna

Przyczyna

Grup

Grup

a

a

Przyczyny niedokrwistości makrocytowych

Przyczyny niedokrwistości makrocytowych

(megaloblastycznych)

(megaloblastycznych)

Wzmożona wybitnie odnowa z hiperretykulocytozą:

- po krwotoku
- w przełomie hemolitycznym

Wzmożon
a
erytropoe
za

V

1.

Niedoczynność gruczołu tarczowego

2.

Przewlekłe choroby wątroby z zaburzonym metabolizmem wit. B

12

3.

Czynniki mielotoksyczne (powodujące aplazję szpiku kostnego)

Inne

VI

Niedobór kwasu

Niedobór kwasu

foliowego

foliowego

(kw.

(kw.

pteroiloglutaminowego)

pteroiloglutaminowego)

Niedobór kobalaminy

Niedobór kobalaminy

(witaminy B

(witaminy B

12

12

)

)

Przyczyna

Przyczyna

Grup

Grup

a

a