METABOLISMO DEL ERITROCITO

Transcripción

1 METABOLISMO DEL ERITROCITO El hematíe es una célula anucleada sin mitocondrias ni ribosomas. Esto le confiere ventajas reológicas para realizar su función de transporte de O2. El eritrocito maduro no tiene capacidad de fosforilación oxidativa (Ciclo de Kreb), ni de síntesis de proteínas o lípidos. Debe conservar su dotación de enzimas y compuestos, durante los 120 días que permanece en circulación. Solo los reticulocitos conservan algo de RNA y ribosomas y pueden sintetizar proteínas, por uno o dos días. El hematíe normal recién formado tiene una alta concentración enzimática, que va disminuyendo paulatinamente a medida que envejece sin tener mayores consecuencias, mientras se mantiene por encima del 50% de su concentración original. Gran parte de éstas enzimas fueron sintetizadas en los progenitores nucleados de la médula ósea. Aunque la fijación, el transporte y la liberación del oxígeno no requieren gasto de energía, se necesita energía para que el hematíe cumpla eficazmente su función. Si el hematíe se ve privado de energía, aumenta el sodio y calcio intracelular, pierde potasio y entra agua a la célula, tomando forma esférica. Esta célula es eliminada de la circulación por los macrófagos del sistema mononuclear fagocítico. VIAS METABÓLICAS DEL GR: 1.METABOLISMO GLUCOLITICO 2.METABOLISMO DEL GLUCOGENO 3.METABOLISMO Y SINTESIS DE GLUTATION (GSH) 4.SINTESIS DE NUCLEOTIDOS 1-METABOLISMO DE LA GLUCOSA: El camino metabólico del eritrocito maduro es esencialmente glucolítico. En un 90 % lo lleva a cabo a través de la vía de Embden Meyerjoff y el 10 % mediante el shunt de las pentosas. La D-glucosa plasmática se incorpora al citoplasma del GR por gradiente de concentración través de una proteína de membrana y si bien el eritrocito posee receptores de insulina no son necesarios para el ingreso de la Glucosa. En el citoplasma es fosforilada a glucosa 6 fosfato (G6P), a partir de la cual, se produce una bifurcación hacia los dos caminos metabólicos. 1

2 a- Via glucolítica de Embden Meyerhof (EM) o glucólisis anaeróbica: mediante la cual produce Adenosin Trifosfato: ATP y Nicotinamida Adenina Dinucleótido reducido: NADH El 90 a 95 % de la D-glucosa se metaboliza por esta vía. Consiste en una sucesión de reacciones consecutivas realizadas por 11 enzimas, localizadas en la parte soluble del citoplasma. (Fig. 1) El grado de utilización de la glucosa está regulado por las reacciones de la hexoquinasa (HK), de la fosfofructoquinasa (PFK) y la piruvato quinasa (PK), llamadas enzimas alostéricas y reguladoras. La energía de degradación de la D- glucosa se transforma en energía de enlace fosfato del ATP. Tanto HK como PFK tienen mayor actividad a ph alto y pierden actividad por debajo de ph:7.la glucólisis es muy sensible al PH, siendo estimulada en ph mayores a 7. El balance general de este metabolismo produce, a partir de una molécula D- glucosa, dos moléculas de piruvato o lactato; dos moléculas de ATP y 2 NADH. La ecuación global es : D- glucosa + 2 Pi + 2 ADP 2 Lactato + 2 ATP + 2 H 2 O 2

3 Fig. 1 : Vía glucolítica de Embden Meyerhoff (EM). El ATP es un componente de alta energía, que el eritrocito utiliza para el mantenimiento de las bombas de la membrana dependientes de ATP (sodio, potasio y calcio), para la síntesis de glutatión (GSH), para la vía de rescate de los nucleótidos de adenina, para mantener su forma bicóncava y para incorporar ácidos grasos a la membrana e iniciar la fosforilación de la glucosa. La reserva fundamental de alta energía está constituida por el pool de nucleótidos de adenina (ATP) y el 2,3 difosfoglicerato (2,3-DPG). El pool de nucleótidos de adenina esta compuesto por ATP, (85 a 90 %), adenina difosfato (ADP), (10 a 15 %) y adenina monofosfato (AMP), (1 a 3 %). La concentración de ATP en el eritrocito es 4,05+/-0,38 um ATP/ g Hb. Desde el Gliceraldehído-3-fosfato, se genera (NADH) necesario para la reacción de la Diaforasa I o Metahemoglobin reductasa I, NADH dependiente, la cual tiene como función mantener el hierro (Fe) del hem en estado reducido o Fe ++, ya que la oxidación a Fe +++ le impide unirse al O2. Como metabolismo colateral a la vía de EM, el hematíe tiene el ciclo de Rappaport- Luebering, por medio del cual, se obtiene el 2,3 difosfoglicerato (2,3-DPG). Este metabolito se encuentra en alta concentración dentro de los eritrocitos (15,36+/-1,98 um 2,3 DPG/ g Hb) y regula la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno. Mediante esta vía, el GR no produce ATP. Se han descripto varias enzimopatías hereditarias asociadas a anemia hemolítica crónica: la más importante es el déficit de piruvato kinasa (PK). En general éstas deficiencias dan lugar a cuadros de anemia hemolítica crónica no esferocítica (AHCNE) con hematíes deficitarios en ATP. El déficit de difosfoglicetato mutasa (DPGM), enzima del ciclo de Rappoport - Luebering que genera el 2,3 DPG, se asocia a anemia hemolítica y/o eritrocitosis. b-vía de las hexosas monofosfato (HM) o shunt de las pentosas: Este mecanismo consume aproximadamente el 5%-10 % de la glucosa. En esta vía, la glucosa es oxidada en la posición 1, liberando CO2 y el NADP es reducido a NADPH. La primera reacción de la ruta, es la deshidrogenación enzimática de la glucosa 6 fosfato(g6p) por la glucosa 6 fosfato deshidrogenasa (G6PD), para formar 6 3

4 fosfogluconato (6PG). La enzima, que no se encuentra en mitocondrias, requiere NADP como aceptor electrónico. Realiza la deshidrogenación del átomo1 de la forma piranosa de la G6P y la transforma en 6 fosfogluconato- - lactona. Una Lactonasa específica cataliza la reacción a 6PG. El equilibrio global se halla desplazado hacia la formación de NADPH. En la etapa siguiente el 6PG sufre una descarboxilación oxidativa por acción de la 6 fosfogluconato deshidrogenasa (6PGD), formándose la D-ribulosa 5 fosfato (oxopentosa) y en ésta reacción se produce la segunda molécula de NADPH. Fig. Nº 2 : Vía del shunt de las pentosas o de las hexosas monofosfato. La acción de una fosfopentosa epimerasa lo transforma reversiblemente en D- xilulosa 5 fosfato, epímero en el carbono 3. Por la acción de la fosfopentosa isomerasa la D - ribulosa 5 fosfato se puede convertir reversiblemente en su isómero 4

5 D- ribosa 5 fosfato. El fosfato de pentosa formado, puede, bajo una serie de rearreglos moleculares, volver a la formación de triosa, gliceraldehido 3 fosfato y fructosa 6 fosfato, y estos, al ser intermediarios de la glicólisis anaerobia, pueden ingresar de nuevo al metabolismo glucolítico. La ecuación global para este mecanismo es la siguiente: Glucosa-6-fosfato + 2 NADP + + H 2 O D-ribosa-5-fosfato +CO 2 + 2NADPH+2 H + La G6PD es la enzima reguladora de este mecanismo. Su deficiencia produce la eritroenzimopatía más frecuente en el mundo y se asocia a procesos de anemia hemolítica aguda (AHA), ictericia neonatal (IN) y en menor proporción anemia hemolítica crónica no esferocítica (AHCNE). METABOLISMO DEL GLUCOGENO: El contenido de glucógeno en el eritrocito es muy pequeño y no se conoce bien su función. Sin embargo el GR es capaz de sintetizar glucógeno mediante la enzima: UDPG glucógeno glucosil transferasa y alfa 1,4 glucan glicosil transferasa a partir de la glucosa 1-fosfato. Por otro lado posee fosforilasa y amilo 1-6 glucosidasa con las cuales puede producir la degradación del glucógeno. METABOLISMO DEL GLUTATION: GSH El GSH es un tripéptido cuya concentración en el GR es de aproximadamente 2 mm. El GSH tiene un turnover celular rápido con un T ½ de 4 días. El eritrocito sintetiza GSH mediante la siguiente reacción: Ac Glutámico + Cisteína + ATP glutamil cisteína + ADP +Pi Glutamil cisteína + glicina + ATP GSH + ADP + Pi La síntesis requiere la acción de 2 enzimas: (1) glutamil-cisteinsintetasa ( GC-S) y (2) glutatión sintetasa (GSH-S). El GSH es de vital importancia en todas las células, ya que preserva y previene la oxidación de los grupos sulfidrilos de muchas proteínas celulares (estructurales y enzimáticas) y previene el daño oxidativo general y principalmente la oxidación de la hemoglobina. Muchas reacciones biológicas producen radicales superóxidos (O2-), que se transforman en peróxido de hidrógeno por acción de la superóxido dismutasa (SDM). 5

6 El peróxido de hidrógeno resultante podría actuar oxidando los grupos sulfidrilos (SH-) de todas las proteínas celulares, de la Hb y de los ácidos grasos insaturados. Para evitar estas reacciones, el GSH utiliza su energía de reducción, oxidándose a GS-SG. En esta reacción de protección, (Fig Nº4) interviene la enzima glutatión peroxidasa (GSH-px), parcialmente ligada a la membrana y de alto contenido en selenio, que desempeña un papel importante en la eliminación de los peróxidos de hidrógeno, cuando se encuentran en baja concentración, transformándolos en agua. Si la concentración de peróxidos es muy alta, la responsable de neutralizarlos, es la catalasa. Fig Nº4 En estos procesos la GSH-px requiere al GSH como sustrato, para transformarlo en glutatión oxidado (GS-SG), o formar disulfuros mixtos. La producción de GSSG en altas concentraciones produce inhibición de la hexoquinasa, y estimula la producción de NADPH, activando la vía de las HMP. G6P NADP GSH H202 G6PD catalasa 6PG GSH px NADPH GSSG red GSSG H20 Fig. Nº 4 : Metabolismo del Glutatión. El NADPH actúa como sustrato de la reacción en donde la enzima glutatión reductasa (GSH-Red) cataliza la conversión de GSSG a GSH y también la reducción de los disulfuros producidos entre la hemoglobina y el GSH. El NADP también interviene uniéndose fuertemente a la catalasa y tiene efectos sobre su actividad. El glutatión oxidado (GS-SG) es reconvertido enzimáticamente a GSH, mediante la acción de la glutatión reductasa (GSH-red) flavin dependiente, la cual emplea NADPH como cofactor y de ésta manera se reincorpora al ciclo de oxido reducción. En la Fig Nº5 se destaca la función del NADPH en la conversión del GSSG a GSH por acción de la GSH.red. 6

7 Fig. Nº 5 : Función del NADPH en el metabolismo del Glutatión. Entre las causas de AHCNE figuran los déficits de las enzimas de la vía sintética de GSH. Se han detectado deficiencias de GSH-S, autosómicas recesivas, que no siempre se asocian a anemia hemolítica. REDUCCIÓN DE LA METAHEMOGLOBINA: La reducción de la metahemoglobina en el eritrocito normal se realiza por acción enzimática de la Metahemoglobin reductasa NADH dependiente, también llamada Diaforasa I, NADH Diaforasa o Citocromo b5 reductasa. Esta enzima utiliza el NADH que se produce en la reacción de la gliceraldehído fosfato deshidrogenasa y reduce el citocromo b5, el cual reduce al Fe +++ de la metahemoglobina. Existe también otro sistema de reducción ligado al NADPH, Metahemoglobin reductasa NADPH dependiente, que funciona solo en presencia de un transportador de electrones artificial, como el azul de metileno, y actúa solo en situaciones de stress oxidativo. GLUCOSA 6 FOSFATO DESHIDROGENASA: G6PD ESTRUCTURA DE LA G6PD. La G6PD B humana es un homotetrámero, pero la forma dimérica es la molécula más pequeña con actividad enzimática. La secuencia de su estructura primaria a sido altamente conservada durante la evolución ENZIMA NORMAL: se la designa G6PD-B. Predomina en la raza blanca 7

8 VARIANTE NORMAL: G6PD-A. Predomina en la raza negra Posee una mutación puntual en el nucleótido 376 A G (Asn Asp), conserva su actividad enzimática normal, pero le confiere una movilidad electroforética rápida. 1-DETERMINACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA: Se utiliza la reacción enzimática específica sobre un hemolizado de los GR del paciente Glucosa-6-fosfato + 2 NADP + + H 2 O D-ribosa-5-fosfato +CO 2 + 2NADPH+2 H +. Se lee aumento de absorbancia a 340 nm dado por la aparición de NADPH. Se grafica DO en función del tiempo y se calcula el promedio de DO/min En función del coeficiente de extinción del NADPH y la concentración de Hb del hemolizado se calcula la actividad enzimática VALORES NORMALES: REFERENCIA T C UI de G6PD / g de Hb WHO 37 Adultos: 13,55 +/- 2,45 ( 11,10-16,00 ) 25 Adultos: 6,63 +/- 1,10 ( 5,50-7,73 ) Eritropatología.Hospital 37 Adultos: 7,80 +/- 2,10 ( 5,70-9,90 ) Clínic. Ténica de Glock y McLean 37 Adultos: 8,87 +/- 1,59 ( 7,28-10,46 ) 8

9 Catedra de Hematología. U.N.R 37 Adultos: /- 1,40 ( 6,74 9,54 ) Neonatos: 12,59 +/- 3,55 ( 9,04 16,14 ) Niños: 11,18 +/- 3,13 ( 8,05-14,30 ) 2- ELECTROFORESIS DE LA ENZIMA: Permite determinar si la variante tiene movilidad de tipo G6PD-B, o si es una variante rápida Tipo G6PD-A. En el caso de pacientes heterocigotas, puede detectarse la presencia de 2 bandas de movilidad diferente. 9