aula_3-_sangue_-_10-04-2013

FISIOLOGIA DO GLÓBULO

RUBRO

FISIOLOGIA HUMANA

O eritrócito foi um dos primeiros elementos a ser observado através do microscópio em 1723.

Durante muito tempo foi considerada uma célula sem importância.

Só no fim do séc. XX se compreendeu que a função do eritrócito, para além das trocas de O2 e CO2 incluíam trocas de NO e clearence imune e de outros componentes sanguíneos solúveis tais como as citoquinas

GLÓBULO RUBRO

O eritrócito é uma célula sem núcleo constituída por uma membrana que tem como função principal servir de invólucro para a Hemoglobina e um sistema enzimático que lhe permite sobreviver durante cerca de 120 dias em circulação

GLÓBULO RUBRO •A principal função do eritrócito é o transporte do oxigénio para os tecidos e a eliminação do anidrido carbónico resultante dos processos de catabolismo.

•Esta função é desempenhada pelo constituinte principal do eritrócito – a hemoglobina

GLÓBULO RUBRO Diâmetro – 7.5 - 8.7 µm VGM – 90 fl Área – 136 µm2

Em repouso a célula tem a forma de um disco bicôncavo

GLÓBULO RUBRO

A forma depende de forças múltiplas

•Ambiente da célula

•Estado metabólico

•Idade

GLÓBULO RUBRO Pelo menos 3 conjuntos de circunstâncias resultam numa forma esférica do eritrócito:

Tumefacção osmótica – quando em soluções hipotónicas a célula adquire água fica tumefacta e depois esférica

Transformação discócito-equinócito – quando há deplecção do ATP intracelular, quando há aumento do cálcio intracelular, aumento do pH

Transformação discócito estomatócito – quando os eritrócitos são expostos a diminuição do pH ou fenotiazinas

GLÓBULO RUBRO

GLÓBULO RUBRO – Membrana

Funções da membrana o Manter a forma o Suporte para antigénios o Transporte de iões

A deformabilidade de uma célula depende da membrana e do conteúdo do citoplasma, contudo o citoplasma do eritrócito normal actua como um liquido ideal e em condições fisiológicas tem uma viscosidade muito baixa

A forma e deformabilidade do eritrócito são largamente determinadas pela sua membrana

GLÓBULO RUBRO O glóbulo rubro contém membrana em excesso suficiente para permitir deformabilidade

GLÓBULO RUBRO–Membrana A membrana do glóbulo rubro é constituída por

o Lipideos 40% o Proteínas 52% o Hidratos de Carbono 8%

GLÓBULO RUBRO–Membrana

Os lipideos da membrana têm como função: o Fornecer continuidade física o Servir de suporte às proteínas transmembranares

GLÓBULO RUBRO – Membrana Os lipideos da membrana são de 2 tipos:

o Colesterol não esterificado o Fosfolipideos

GLÓBULO RUBRO–Membrana Os fosfolípideos contendo colina:

Fosfatidilcolina

Esfingomielina

Glicolípideos

estão preferencialmente distribuídos na parte externa da membrana

GLÓBULO RUBRO–Membrana Fosfatidiletanolamina

Fosfatidilserina

Fosfatidilinositol

estão preferencialmente distribuídos na parte interna da membrana

GLÓBULO RUBRO–Membrana A assimetria dos lipideos da membrana é mantida por 2 transportadores:

Flipase – translocase dependente do ATP que rapidamente transporta fosfatidilserina e etalonamina da parte externa para a parte interna

Flopase – move os fosfolipideos mais lentamente no sentido inverso

A interferência com estes transportadores leva a aumento de fosfatidilserina na parte externa com aumento do potencial trombogénico

GLÓBULO RUBRO–Membrana

O colesterol está e equilíbrio com o colesterol não esterificado plasmático.

O conteúdo em colesterol da membrana é influenciado pelos níveis de colesterol plasmático e pela actividade da enzima lecitina colesterol aciltransferase (LCAT) e ácidos biliares.

Doentes com doença hepática, com níveis alterados de LCAT acumulam excesso de lipídeos na membrana eritrocitária resultando em alterações da morfologia (células em alvo) e por vezes diminuição da sobrevida média.

GLÓBULO RUBRO–Membrana

A análise bidimensional mostra a membrana constituída por mais de 100 proteínas diferentes

GLÓBULO RUBRO–Membrana Proteínas da Membrana A análise das proteínas em

electroforese em gel de poliacrilamida após dissolução com SDS mostra a presença de 12 proteínas.

Com a coloração pelo azul de Coomassie as proteínas são numeradas de 1 a 8.

Com a coloração pelo PAS as bandas são numeradas de 1 a 4

GLÓBULO RUBRO–Membrana Proteínas da Membrana o Proteínas transmembranares ou

Integrinas o Proteínas do citoesqueleto ou

periféricas

GLÓBULO RUBRO–Membrana

Proteínas Integrais o Proteína Banda 3 o Glicoforinas A B C D

Transporte de iões

Suporte de antigénios dos grupos sanguíneos

GLÓBULO RUBRO–Membrana Proteína Banda 3

Codificada por um gene localizado no cromossoma 17

Apresenta 3 domínios diferentes: Hidrofilico citoplasmático; Hidrofóbico transmembranar; Acidico terminal

Contem oligonucleotidídeo com actividade atg Ii

GLÓBULO RUBRO–Membrana Proteína Banda 3 tem como funções: o Transporte de aniões

o Ligação física da camada lipidica ao esqueleto da

membrana (proteínas 4.1 e 4.2)

GLÓBULO RUBRO–Membrana Glicoforinas A B C Produtos de genes de cromossomas

diferentes o A e B gene no cromossoma 4 o C gene no cromossoma 2

Domínio extracelular com carga fortemente negativa

GLÓBULO RUBRO–Membrana

o Glicoforina A especificidade atg M N

o Glicoforina B especificidade S s

o Glicoforina C especificidade para o grupo Gerlich

o Glicoforina C interactua com a proteína 4.1 regulando o conteúdo da membrana nesta proteína

GLÓBULO RUBRO–Membrana Proteínas periféricas Situam-se na superfície citoplasmática da camada

lipídica Constituem o esqueleto da membrana Podem ser facilmente libertadas por alteração da força

iónica do meio

GLÓBULO RUBRO–Membrana

Proteínas periféricas Espectrina Actina Proteína 4.1 Aducina Anquirina

GLÓBULO RUBRO–Membrana Espectrina Constituída por 2 subunidades diferentes ο α espectrina gene no cromossoma 1 ο β espectrina gene no cromossoma 14

GLÓBULO RUBRO–Membrana Actina o Filamentos curtos e uniformes modulada

pela tropomiosina e tropomodulina

As terminações dos tetrameros de espectrina associadas aos oligomeros de actina formam uma rede de aspecto hexagonal

GLÓBULO RUBRO–Membrana Proteína 4.1 Codificada por um gene situado no cromossoma 1 o Forma um complexo ternário com a junção actina -

espectrina estabilizando-a

GLÓBULO RUBRO–Membrana Aducina o Proteína que estabiliza a junção actina-espectrina

cuja acção é mediada pelas concentrações de cálcio intracelular

GLÓBULO RUBRO–Membrana Anquirina o Codificada por um gene localizado no cromossoma 8

o Apresenta sítios distintos de ligação à espectrina e

proteína banda 3

GLÓBULO RUBRO–Membrana Deformabilidade da Membrana Papel da espectrina A deformação ocorre com mudança da forma geométrica sem que

haja modificação da área de superfície. Há um rearranjo da rede do esqueleto da membrana

GLÓBULO RUBRO–Membrana Deformabilidade da Membrana

A deformabilidade é influenciada pela

forma e geometria da célula E pela viscosidade citoplasmática (os

componentes lipidicos e as integrinas desempenham uma papel fundamental na manutenção da concentração de hemoglobina na célula)

DOENÇAS DA MEMBRANA

o Defeitos na estrutura vertical da membrana (espectrina, anquirina ou banda 3 ou perda de lípideos) resultam na formação de esferócitos.

o Lesão na rede horizontal de espectrina resulta numa fragmentação mais severa ou em eliptocitose ligeira

DOENÇAS DA MEMBRANA

o Esferocitose hereditária o Eliptocitose hereditária o Estomatocitose hereditária o Piropoiquilocitose hereditária

DOENÇAS DA MEMBRANA

Esferocitose hereditária

É uma doença autossómica dominante em cerca de 75% dos casos e recessiva em 25%

Frequência de 1/2000 na Europa e Estados Unidos

Envolvimento de múltiplos locus de genes por mutações pontuais, delecções e defeitos no processamento do ARN

DOENÇAS DA MEMBRANA

Esferocitose hereditária

A gravidade da doença é muito variável podendo haver casos com hemólise muito ligeira e compensada e casos com hemólise grave e clínica de anemia.

DOENÇAS DA MEMBRANA Esferocitose hereditária

Os esferócitos têm uma área de superfície da membrana reduzida relativamente ao volume e são mais frágeis quando comparados com os glóbulos normais

Esferocitose hereditária

Os defeitos podem estar o Complexo actina- espectrina- banda 3 o Complexo espectrina-proteína 4.1- glicoforina o Conexão entre a dupla camada e a espectrina

Eliptocitose hereditária

oAnomalia estrutural da espectrina

oDeficiência de proteína 4.1

Estomatocitose hereditária

Anomalia da membrana que leva a uma permeabilidade aumentada ao sódio.

Estomatocitose adquirida pode aparecer na doença hepática e em regimes de hiperalimentação (lipideos)

GLÓBULO RUBRO –Hemoglobina

A molécula da hemoglobina é composta por 4 cadeias globinicas e 4 grupos heme

GLÓBULO RUBRO –Hemoglobina Para a síntese da hemoglobina é necessário: o Adequado fornecimento e libertação de ferro o Adequada síntese de protoporfirina o Adequada síntese de globina

SÍNTESE DA HEMOGLOBINA

SÍNTESE DO HEME A síntese do heme ocorre nas mitocôndrias e citoplasma dos percursores dos eritrócitos.

SÍNTESE DA GLOBINA

HEMATOPOIESE

GLÓBULO RUBRO –Hemoglobina

Estrutura primária o Cadeia α 141 aminoácidos o Cadeia β 146 aminoácidos

A substituição de 1 ácido glutâmico por 1 valina na posição 136 da cadeia beta leva à formação de uma hemoglobina anormal HbS

GLÓBULO RUBRO –Hemoglobina

Estrutura secundária o 75% forma uma hélice α o 8 elementos de hélice A-H

GLÓBULO RUBRO –Hemoglobina Estrutura terciária o Grupos polares exteriores o nicho hidrofóbico para o anel

do heme

GLÓBULO RUBRO –Hemoglobina

Estrutura quaternária o cavidade central para o 2,3 DPG o 2 cadeias α e 2 não α unem-se para formar um

tetramero

Para funcionar como meio primário de trocas de O2 e CO2 a Hemoglobina deve preencher 4 critérios: • Ser capaz de transportar grande quantidade de O2

• Ser altamente solúvel

• Captar e libertar O2 a “pressões adequadas”

• Deve ser um bom tampão

oA principal função da hemoglobina é o transporte de O2 para os tecidos e do CO2 para os pulmões

oA mioglobina é uma proteína que contem heme, existente nos músculos esqueléticos e no músculo cardíaco, que apresenta uma afinidade muito maior para o O2

GLÓBULO RUBRO –Hemoglobina

Mioglobina

Hemoglobina

Monómero

Curva de dissociação hiperbólica

Tetramero

Curva sigmoidal

Os grupos heme não sofrem oxigenação e desoxigenação simultânea

GLÓBULO RUBRO –Hemoglobina Curva de dissociação do O2 da hemoglobina tem uma

forma sigmoidal em contraste com a da mioglobina o que vai permitir uma maior libertação de O2 a nível tecidular

Embora a hemoglobina e a mioglobina fiquem saturadas com O2 à pressão parcial existente nos pulmões, apenas a hemoglobina liberta O2 à pressão parcial a nível tecidular

A curva de saturação da hemoglobina é sigmoidal; é um composto de uma curva de baixa afinidade e alta afinidade

-Inicialmente a Hb está num estado T de baixa afinidade

-A ligação de O2 converte-a num estado R de alta afinidade

GLÓBULO RUBRO –Hemoglobina

o P50 do O2 = 26 mm Hg

o Interacção heme - heme

o estado T da forma deoxi o estado R da forma oxi

Perutz traça uma analogia com o apetite

O apetite do heme cresce com a “comida” (O2) e reciprocamente, a perda de oxigénio pelo heme diminui a afinidade para o oxigénio dos restantes grupos heme.

oA hemoglobina é uma molécula alostérica, isto é a sua função e estrutura são influenciadas por outras moléculas

oO 2,3-DPG é o principal controlador da afinidade O2-Hb nos eritrócitos humanos

oO aumento de 2-3-DPG leva a uma diminuição da afinidade para o O2

o O óxido nítrico NO é outro efector alostérico da Hb. Aperda de O2 a nível tecidular resulta na transição da Hb para o estado T e libertação de NO

GLÓBULO RUBRO-Hemoglobina

A transição da forma T (deoxi) para a forma R (oxi) é acompanhada pela rotação dos dimeros αβ ao longo da região de contacto α1β1

A estrutura T é estabilizada por pontes salinas que são quebradas à medida que a molécula passa para a forma R

T R

GLÓBULO RUBRO –Hemoglobina

A ligação de O2 roda as cadeias de globina

Movimento respiratório da hemoglobina

Algumas hemoglobinas de alta afinidade para o O2 ou P50 baixa aparecem por substituição de um aminoácido que leva à perda de ligações que estabilizam o tetrâmero na conformação T

A hemoglobina F liga mal o 2,3-DPG e por isso tem alta afinidade para o O2

O sangue armazenado com níveis mais baixos de 2,3DPG tem maior afinidade para o O2

GLÓBULO RUBRO –Hemoglobina Modificações Fisiológicas da

Afinidade da Hb para o Oxigénio

o Aumento de H+, CO2, Cl- , 2,3DPG e temperatura diminuem a afinidade da Hb para o oxigénio fortalecendo as pontes salinas e deslocam a curva para a direita

GLÓBULO RUBRO –Hemoglobina Efeito de Bohr O aumento dos hidrogeniões a nível

dos tecidos leva a uma diminuição do pH e da afinidade da hemoglobina para o O2 com libertação do O2 para os tecidos

Este efeito é instantâneo e pode ser localizado a um sítio específico

CO2+H2O HCO3-+H+

Nos pulmões os hidrogeniões são perdidos à medida que a hemoglobina se liga ao oxigénio e o CO2 é eliminado

GLÓBULO RUBRO –Hemoglobina Num adulto normal estão presentes as

seguintes hemoglobinas o Hb A (α2 β2) – 97% o Hb A2 (α2 δ2) –2-3% o Hb F (α2 γ2) –<1%

HEMOGLOBINOPATIAS-

Drepanocitose

Drepanocitose

Drepanocitose

Talassémias

Variação regional

HEMOGLOBINOPATIAS- Modelos de doenças moleculares

HEMOGLOBINOPATIAS- Modelos de doenças moleculares

HEMOGLOBINOPATIAS- Modelos de doenças moleculares

HEMOGLOBINOPATIAS- Modelos de doenças moleculares

HEMOGLOBINOPATIAS- Modelos de doenças moleculares

GLOBULO RUBRO–Metabolismo O Glóbulo rubro necessita de energia para: Manter o ferro da Hb numa forma divalente Manter conc intracelulares elevadas de K Manter conc baixas de Na e Ca Manter os grupos sulfidrilicos das enzimas na

forma reduzida Manter a forma bicôncava da célula

GLOBULO RUBRO–Metabolismo o Se o eritrócito é privado de energia o sódio e o

cálcio intracelular aumentam, o eritrócito adquire a forma esférica e é rapidamente removido da circulação.

o As enzimas existentes no eritrócito maduro são formadas durante a eritropoiese pelas células nucleadas e em menor quantidade pelo reticulócito.

Em condições normais 90% da glicose é consumida na glicólise e 10% no shunt das pentoses

Em condições de stress a contribuição do shunt das pentoses pode ser significativamente aumentada

A energia é conseguida pela metabolização da glicose através de duas vias principais a anaeróbia - Glicólise e a aeróbia – a via das pentoses.

Estas vias geram 4 metabolitos intermediários importantes NADH, NADPH, 2,3 DPG e ATP

Para fornecer oxigénio aos tecidos o eritrócito deve manter:

1 – Uma razão alta entre NADH/NAD para reduzir continuamente a metahemoglobina para hemoglobina reduzida

2 –Uma razão alta entre NADPH/NADP para reduzir o glutatião e proteger o eritrócito contra lesões oxidativas

3 – Manter uma concentração elevada de 2,3 DPG para assegurar um fornecimento óptimo de O2 aos tecidos

4 – Manter a flexibilidade e integridade do eritrócito usando o ATP da glicólise.

GLOBULO RUBRO–Metabolismo A estabilidade da membrana do eritrócito e a

solubilidade da hemoglobina dependem de 4 vias metabólicas dependentes da glicose

Via de EMBDEN-MEYERHOFF (glicólise) VIA DA REDUTASE DA METAHEMOGLOBINA VIA DO FOSFOGLUCONATO (shunt das

pentoses) VIA DE RAPAPORT LUEBERING

GLOBULO RUBRO –Metabolismo o A principal fonte de energia é a glicose A velocidade a que a glicose é metabolizada em

piruvato ou lactato, a que o potássio é bombeado para dentro da célula e a que a metahemoglobina ou o glutatião oxidado é reduzido depende das propriedades das enzimas que catalisam cada reacção, do número de moléculas existente, da temperatura e concentração dos substratos, cofactores, activadores, inibidores e iões de hidrogénio dentro da célula.

GLOBULO RUBRO –Metabolismo o A principal fonte de energia é a glicose que é

metabolizada com ganho de 2 moléculas de ATP

GLOBULO RUBRO–Metabolismo

o A via da reductase da metahemoglobina

Usa o NADH gerado pela glicólise para manter o ferro na sua forma ferrosa.

Formas severas de défice de enzima redutase da metahemoglobina levam a cianose e atraso mental

GLOBULO RUBRO–Metabolismo o A via das pentoses ou shunt HM não gera energia, mas

fornece um pool de glutatião reduzido para combater agressões oxidantes do eritrócito

GLOBULO RUBRO–Metabolismo

o A via de Rapoport-Luebering fornece 2,3 DPG

GLÓBULO RUBRO

A concentração de 2,3 DPG é de 15 mmol/g Hb,

mas pode variar rapidamente em caso de

hipoxémia fisiológica (esforço prolongado ou

estadia em altitude) ou estados patológicos

Anomalias nas enzimas podem causar anemia hemolitica, policitemias e metahemoglobinemia

Deficiência de G6PD

oCausa mais comum de hemólise por deficiência enzimática

oLigada ao sexo

oHemólise induzida por: drogas, favas, infecções

oHemólise autolimitada

O GSH evita a oxidação das membranas e Hemoglobina. Na DG6PD a Hb desnaturada precipita na superfície interna da membrana do eritrócito levando à hemólise

Deficiência de Piruvato-quinase

oA formação reduzida de ATP leva a rigidez da membrana e hemólise

oOs sintomas são geralmente ligeiros porque o aumento de 2,3-DPG leva a desvio da curva de dissociação do O2 da Hb para a direita

GLÓBULO RUBRO

Eritrócitos senescentes o 90% são destruídos por hemólise

extravascular Ferro liga-se à transferrina e é reutilizado Globina separada nos vários aminoácidos Anel de protoporfirina – biliverdina – bilirrubina

o 5 - 10% hemólise intravascular