Fisiologia_do_Glóbulo_Vermelho

FISIOLOGIA HUMANA

ÓFISIOLOGIA DO GLÓBULO

RUBRO

O eritrócito foi um dos primeiros l t b d elementos a ser observado

através do microscópio em 1723

ÓGLÓBULO RUBRO

O eritrócito é uma célula sem núcleo i íd b constituída por uma membrana que tem

como função principal servir de invólucro como função principal servir de invólucro para a Hemoglobina e um sistema p genzimático que lhe permite sobreviver durante cerca de 120 dias em circulação

ÓGLÓBULO RUBRO•A principal função do eritrócito é o transporte do oxigénio para os tecidos e a l d d d bó l eliminação do anidrido carbónico resultante

dos processos de catabolismo dos processos de catabolismo.

•Esta função é desempenhada pelo •Esta função é desempenhada pelo constituinte principal do eritrócito – a const tu nte pr nc pa do er tróc to a hemoglobina

ÓGLÓBULO RUBRO

Em repouso a célula tem a forma de um disco bicôncavo

Diâmetro – 7 5 - 8 7 μmDiâmetro 7.5 8.7 μmVGM – 90 flÁrea – 136 μm2

ÓGLÓBULO RUBRO

A forma depende de forças múltiplas

•Ambiente da célula

E t d t bóli•Estado metabólico

•IdadeIdade

GLÓBULO RUBROGLÓBULO RUBRO

GLÓBULO RUBRO – Membrana

F õ d bFunções da membranaoManter a forma oManter a forma oSuporte para antigéniosoTransporte de iões

A forma e deformabilidade do i ó i é l eritrócito é largamente

determinada pela sua membranap

ÓGLÓBULO RUBROO glóbulo rubro contém membrana em excesso

fi i t iti d f bilid dsuficiente para permitir deformabilidade

GLÓBULO RUBRO–MembranaA membrana do glóbulo rubro é constituída por

o Lipideos 40%o Lipideos 40%o Proteínas 52%

Hid t d C b 8%o Hidratos de Carbono 8%

GLÓBULO RUBRO–Membrana

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

GLÓBULO RUBRO – MembranaOs lipideos da membrana são de 2 tipos:

o Colesterol não esterificadoo Colesterol não esterificadoo Fosfolipideos

GLÓBULO RUBRO MembranaGLÓBULO RUBRO–MembranaOs fosfolípideos contendo colina:Os fosfolípideos contendo colina

Fosfatidilcolina

Esfingomielina

GlicolípideosGlicolípideos

estão preferencialmente distribuídos na parte p pexterna da membrana

GLÓBULO RUBRO MembranaGLÓBULO RUBRO–MembranaFosfatidiletanolaminaFosfatidiletanolamina

Fosfatidilserina

Fosfatidilinositol

tã f i l t di t ib íd t i t estão preferencialmente distribuídos na parte interna da membrana

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

Flipase – translocase dependente do ATP que rapidamente transporta fosfatidilserina e etalonamina 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 A interferência com estes transportadores leva a aumento de fosfatidilserina na parte externa com aumento do potencial trombogénicoum p m g

GLÓBULO RUBRO MembranaGLÓBULO RUBRO–Membrana

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

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

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


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

GLÓBULO RUBRO MembranaGLÓBULO RUBRO–MembranaProteínas da Membrana

A análise das proteínas em anál se das prote nas em electroforese em gel de poliacrilamida após dissolução

D d com SDS mostra a presença de 12 proteínas.

C l ã l l d Com a coloração pelo azul de Coomassie as proteínas são numeradas de 1 a 8numeradas de 1 a 8.

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

GLÓBULO RUBRO–MembranaProteínas da Membrana

o Proteínas Integrais ou Integrinaso Proteínas periféricas


Proteínas IntegraisProteínas Integraiso Proteína Banda 3o Glicoforinas A B C Do Glicoforinas A B C D

Transporte de iões

Suporte de antigénios dos grupos sanguíneosg p g

Ó M bGLÓBULO RUBRO–MembranaProteína Banda 3

Codificada por um gene localizado no Codificada por um gene localizado no cromossoma 17

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

Contem oligonucleotidídeocom actividade atg Iicom actividade atg Ii

GLÓBULO RUBRO MembranaGLÓBULO RUBRO–MembranaProteína Banda 3 tem como funções:o Transporte de aniõeso Transporte de aniões

o Ligação física da camada lipidica ao esqueleto da o Ligação física da camada lipidica ao esqueleto da membrana (proteínas 4.1 e 4.2)

GLÓBULO RUBRO–MembranaGlicoforinas A B C Produtos de genes de cromossomas

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

Domínio extracelular com carga fortemente negativa


o Glicoforina A especificidade atg M No Glicoforina A especificidade atg M N

o Glicoforina B especificidade S s

o Glicoforina C especificidade para o grupo Gerlich

Gl f í 4 1 o Glicoforina C interactua com a proteína 4.1 regulando o conteúdo da membrana nesta gproteína

GLÓBULO RUBRO MembranaGLÓBULO RUBRO–MembranaProteínas periféricasProteínas periféricas

Situam-se na superfície citoplasmática da camada lipídica

Constituem o esqueleto da membranaPodem ser facilmente libertadas por alteração da força

ió i d iiónica do meio


Proteínas periféricas

EspectrinaActina Proteína 4.1Aducina Anquirinaq

GLÓBULO RUBRO–MembranaEspectrinaConstituída por 2 subunidades diferentesConstituída por 2 subunidades diferentesο α espectrina gene no cromossoma 1ο β espectrina gene no cromossoma 14

GLÓBULO RUBRO–MembranaActina

Filamentos curtos e uniformes modulada o Filamentos curtos e uniformes modulada pela tropomiosina e tropomodulina

As terminações dos tetrameros de çespectrina associadas aos oligomeros de actina formam uma rede de aspecto phexagonal

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

t i t bili despectrina estabilizando-a

GLÓBULO RUBRO–MembranaAducina

o Proteína que estabiliza a junção actina-espectrina cuja acção é mediada pelas concentrações de cálcio intracelular

GLÓBULO RUBRO–MembranaAnquirina

o Codificada por um gene localizado no cromossoma 8

o Apresenta sítios distintos de ligação à espectrina e o Apresenta sítios distintos de ligação à espectrina e proteína banda 3

GLÓBULO RUBRO–MembranaDeformabilidade da Membrana

Papel da espectrina

d f ã d d f é A deformação ocorre com mudança da forma geométrica sem que haja modificação da área de superfície.

Há um rearranjo da rede do esqueleto da membranaHá um rearranjo da rede do esqueleto da membrana

GLÓBULO RUBRO–MembranaDeformabilidade da Membrana

A deformabilidade é influenciada pela A deformabilidade é influenciada pela forma e geometria da célula

E l is sid d it l smáti ( s E pela viscosidade citoplasmática (os componentes lipidicos e as integrinas desempenham uma papel fundamental desempenham uma papel fundamental na manutenção da concentração de hemoglobinana célula)hemoglobinana célula)

DOENÇAS DA MEMBRANADOENÇAS DA MEMBRANA

o Defeitos na estrutura vertical da membrana (espectrina anquirina ou banda 3 ou perda de (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 g çeliptocitose ligeira


o Esferocitose hereditáriaEli t it h ditá io Eliptocitose hereditária

o Estomatocitose hereditáriao Piropoiquilocitose hereditária


Esferocitose hereditária

É uma doença autossómica dominante em cerca de É uma doença autossóm ca dom nante em cerca de 75% dos casos e recessiva em 25%

Frequência de 1/2000 na Europa e Estados UnidosFrequência de 1/2000 na Europa e Estados Unidos

Envolvimento de múltiplos locus de genes por p g pmutações pontuais, delecções e defeitos no processamento do ARN



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



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

Esferocitose hereditáriaEsferocitose hereditária

Os defeitos podem estar

C l ti s t i b d 3o Complexo actina- espectrina- banda 3o Complexo espectrina-proteína 4.1- glicoforinao Conexão entre a dupla camada e a espectrina

Eliptocitose hereditáriaEliptocitose hereditária

oAnomalia estrutural da espectrina

oDeficiência de proteína 4.1

Estomatocitose hereditáriaEstomatocitose hereditária

A li d b l Anomalia da membrana que leva a uma permeabilidade aumentada ao sódioao sódio.

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

GLÓBULO RUBRO HemoglobinaGLÓBULO RUBRO –Hemoglobina

A molécula da hemoglobina é t 4 d i composta por 4 cadeias

Globinicas e 4 grupos hemeG o n cas grupos h m

GLÓBULO RUBRO –HemoglobinaPara a síntese da hemoglobina é necessário:

o Adequado fornecimento e libertação de ferroqo Adequada síntese de protoporfirinao Adequada síntese de globinao Adequada síntese de globina

SÍNTESE DA HEMOGLOBINASÍNTESE DA HEMOGLOBINA

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

SÍNTESE DA GLOBINASÍNTESE DA GLOBINA

HEMATOPOIESEHEMATOPOIESE

GLÓBULO RUBRO –HemoglobinaNum adulto normal estão presentes as

i t h l biseguintes hemoglobinas

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

ÓGLÓBULO RUBRO –Hemoglobina

Estrutura primáriao Cadeia α 141 aminoácidoso Cadeia α 141 aminoácidoso Cadeia β 146 aminoácidos

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

GLÓBULO RUBRO –Hemoglobina

Estrutura secundáriao 75% forma uma hélice αo 8 elementos de hélice A-H

GLÓBULO RUBRO –HemoglobinaEstrutura terciária

Grupos polares exterioreso Grupos polares exterioreso nicho hidrofóbico para o anel

d hdo heme


Estrutura quaternáriacavidade central para o 2 3 DPGo cavidade central para o 2,3 DPG

o 2 cadeias α e 2 não α unem-se para formar um t ttetramero

G Ó O O H l biGLÓBULO RUBRO –Hemoglobina

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

oA mioglobina é uma proteína que contem heme, i t t ú l léti existente nos músculos esqueléticos e no

músculo cardíaco, que apresenta uma afinidade muito maior para o O2

GLÓBULO RUBRO HemoglobinaGLÓBULO RUBRO –HemoglobinaCurva de dissociação do O2 da hemoglobina tem uma ç 2 g

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

Embora a hemoglobina e a mioglobina fiquem s t d s O2 à ssã i l ist t saturadas com O2 à pressão parcial existente nos pulmões, apenas a hemoglobina liberta O2 à

ípressão parcial a nível tecidular

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

-Inicialmente a Hb está num estado T de baixa afinidadeaf n a

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


o P50 do O2 = 26 mm Hg

I t ã h ho Interacção heme - heme o estado T da forma deoxi

t d R d f io estado R da forma oxi

Ó H l biGLÓBULO RUBRO-Hemoglobina

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

outras moléculas

oO 2,3-DPG é o principal controlador da fi id d O Hb i ó i hafinidade O2-Hb nos eritrócitos humanos

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


As ligações entre as cadeias α e β formam um plano de clivagem natural importante para a ligação e libertaçãoclivagem natural importante para a ligação e libertação do O2.

Quando a clivagem está aberta [estado relaxado R] o O2 pode ligar-se (alta afinidade) Quando as interfacesO2 pode ligar se (alta afinidade). Quando as interfaces estão intimamente ligadas [estado tenso T] a molécula tem baixa afinidade para o Otem baixa afinidade para o O2

T R

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

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

GLÓBULO RUBRO –HemoglobinaModificações Fisiológicas da

Afi id d d Hb Afinidade da Hb para o Oxigénio

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

GLÓBULO RUBRO –HemoglobinagEfeito de BohrO aumento dos hidrogeniões a

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

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

CO2+H2O HCO3-+H+

A ligação de O2 roda as cadeias de globinag ç 2 g

Movimento respiratório da hemoglobinag

HEMOGLOBINOPATIASHEMOGLOBINOPATIAS-Modelos de doenças molecularesModelos de doenças moleculares

DrepanocitoseDrepanocitose

D iDrepanocitose

Talassémias

Variação regionalVariação regional

111 1 911914

18 40

1715

3926

23 17

C D 6 ( - A )ß º 3 9

21 36

I V S - 1 - 1I V S - 1 - 6I V S - 1 - 1 1 0I V S 1 1 1 0I V S - 2 - 1O t h e r s

HEMOGLOBINOPATIAS- Modelos de doenças moleculares

HEMOGLOBINOPATIASHEMOGLOBINOPATIAS-Modelos de doenças molecularesModelos de doenças moleculares

GLOBULO RUBRO–Metabolismo

O Glóbulo rubro necessita de energia para:

Manter o ferro da Hb numa forma divalenteManter o ferro da Hb numa forma divalenteManter conc intracelulares elevadas de KManter conc baixas de Na e CaManter conc baixas de Na e CaManter os grupos sulfidrilicos das enzimas na f m d idforma reduzidaManter a forma bicôncava da célula


o Se o eritrócito é privado de energia o sódio e o cálcio intracelular aumentam o eritrócito cálcio intracelular aumentam, o eritrócito adquire a forma esférica e é rapidamente removido da circulaçãoremovido da circulação.

A i i t t it ó it d o As enzimas existentes no eritrócito maduro são formadas durante a eritropoiese pelas él l l d tid d l células nucleadas e em menor quantidade pelo

reticulócito.


A estabilidade da membrana do eritrócito e a s lubilid d d h m l bin d p nd m d 4 solubilidade da hemoglobina dependem de 4 vias metabólicas dependentes da glicose

Via de EMBDEN-MEYERHOFFVIA DA REDUTASE DA METAHEMOGLOBINAVIA DO FOSFOGLUCONATOVIA DO FOSFOGLUCONATOVIA DE RAPAPORT LUEBERING

GLOBULO RUBRO MetabolismoGLOBULO RUBRO –Metabolismoo A principal fonte de energia é a glicoseo 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 p , q ppara dentro da célula e a que a metahemoglobina ou o glutatião oxidado é reduzido depende das ou o glutatião oxidado é reduzido depende das propriedades das enzimas que catalisam cada reacção do número de moléculas existente da reacção, do número de moléculas existente, da temperatura e concentração dos substratos, cofactores activadores inibidores e iões de cofactores, activadores, inibidores e iões de hidrogénio dentro da célula.

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

metabolizada com ganho de 2 moléculas de ATP

GLOBULO RUBRO MetabolismoGLOBULO 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 de enzima redutase da metahemoglobina levam a cianose e atraso mental

GLOBULO RUBRO–Metabolismoo A via do fosfogluconato ou shunt HM não gera energia,

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

GLOBULO RUBRO MetabolismoGLOBULO RUBRO–Metabolismo

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


A concentração de 2,3 DPG é de 15 mmol/gHb, mas

pode variar rapidamente em caso de hipoxémia

fisiológica (esforço prolongado ou estadia em

l i d ) d ló ialtitude) ou estados patológicos

Deficiência de G6PDDeficiência de G6PD O GSH evita a oxidação das membranas e Hemoglobina. Na

d d DG6PD a Hb desnaturada precipita na superfície interna d b d it ó it da membrana do eritrócito levando à hemólise

oCausa mais comum de hemólise por deficiência enzimática

oLigada ao sexo

H óli i d id d f i f õoHemólise induzida por: drogas, favas, infecções

oHemólise autolimitadaH m u m

Deficiência de Piruvato-quinaseDeficiência de Piruvato-quinase

oA formação reduzida de ATP leva a rigidez d b h ólida membrana e hemólise

oOs sintomas são geralmente ligeiros porque 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 direitade dissociação do O2 da Hb para a direita

GLÓBULO RUBROGLÓBULO RUBRO

Eritrócitos senescentes

o 90% são destruídos por hemólise o 90% são destruídos por hemólise extravascular

F li à f i é ili dFerro liga-se à transferrina e é reutilizadoGlobina separada nos vários aminoácidosAnel de protoporfirina – biliverdina – bilirrubina

o 5 - 10% hemólise intravascularo 5 10% hemólise intravascular

ÓGLÓBULO RUBRO –Hemoglobina

2 3 DPG2,3 DPGLiga-se fortemente à Hb desoxigenadao Na estrutura T a cavidade central da Hb é feita à

medida para o 2,3DPG carregado negativamentemedida para o 2,3DPG carregado negativamenteo Na estrutura R as paredes da cavidade

i 2 3DPG é l d id daproximam-se e o 2,3DPG é expulso da cavidade central


l d d PG l d à Regulação da taxa de 2,3 DPG ligada à actividade do shunt Rapoport Lueberingp p g

D d d ti id d d i li liti d H Depende da actividade da via glicolitica, do pH intra eritrocitário e da idade da célula

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