2. Il sangue

METABOLISMO GLUCIDICO DELL’ERITROCITA

I globuli rossi ricavano tutto l’ATP di cui necessitano dalla glicolisi anaerobica ed il potere

riducente dalla via dell’esoso monofosfato. Il glucosio, composto di partenza di entrambe

queste vie metaboliche, costituisce quindi il substrato unico ed indispensabile per tutte le

funzioni energetiche dell’eritrocita.

L’ATP formato con la glicolisi (4 x molecola di glucosio) viene usato quasi interamente per

✓ far funzionare la pompa Na /K e la pompa Ca ATP-dip. La pompa Na /K trasferisce

+ + 2+ + +

contro gradiente 3 Na fuori dalla cellula e 2 K dentro, generando una differenza di cariche

+ +

con un’azione elettrogenica; questo sbilanciamento di cariche fa si che non entri troppa

acqua all’interno della cellula evitando l’emolisi e la perdita di flessibilità. L’attività della

pompa per il calcio è fondamentale perché un aumento delle concentrazioni di calcio è

percepito dalla cellula come un segnale di stress ed avvia l’apoptosi.

Il processo fornisce anche 2,3-bisP-glicerato, necessario per il rilascio dell’O

✓ 2

dall’emoglobina (Via di Rapoport Luberin)

Il lattato, che si produce con la fermentazione lattica, esce dai globuli rossi e viene

✓ utilizzato soprattuto dal fegato come substrato per la gluconeogenesi.

Gli equivalenti riducenti, in forma di NADPH e NADH, sono necessari per il

✓ 15

mantenimento del ferro emoglobinico allo stato ridotto (Fe ) e del glutatione allo stato

2+ 16

ridotto (GSH). Essendo l’eritrocita un ambiente fortemente ossidante (ricco di ossigeno),

parte del ferro ossidato (Fe3+) si legherà all’emoglobina con formazione della

metaemoglobina che non è in grado di legare l’ossigeno. Per evitare la formazione di

metaemoglobina, il globulo rosso riesce a ridurre il ferro ossidato attraverso la

metaemoglobina reduttasi o citocromo b5 reduttasi che sfrutta prevalentemente il potere

riducene del NADH (che si forma nella glicolisi per azione della gliceraldeide-3P-

domanda esame: quale via permette la riduzione del glutatione? La via dei pentosi-P

15 gamma-glutammil-cistein-glicina: acido glutammico + cisteina (-SH) + glicina

16 16

deidrogenasi). Per la riduzione del glutatione è utilizzato i NADPH derivato dallo shunt; il

GSH è importante per contrastare lo stress ossidativo a cui è facilmente soggetto

l’eritrocita.

In sintesi: Glucosio → glicolisi anaerobica+ shunt

Glicolisi anaerobica → Lattato + ATP + intermedi (2,3-bisP-glicerato) + NADH

Shunt → NADPH

Lattato → fegato

ATP → pompe Na /K e Ca

+ + 2+

2,3-bisP-glicerato → rilascio O da emoglobina

2

NADPH → GSH e Fe

2+

NADH → riduzione del piruvato a lattato 17

Sapere le formule di tutta la via!

Ottenuto il piruvato dalla glicolisi, quest’ultimo, non essendo presenti i mitocondri, non può

essere convertito in AcetilCoA (mediante il complesso della piruvato deidrogenasi) quindi

non può entrare nel ciclo di Krebs. In queste condizioni il piruvato va incontro alla

fermentazione lattica: il piruvato viene ridotto a lattato mediante l’enzima lattato-

deidrogenasi (nel fegato lattato → piruvato → gluconeogenesi). Gli elettroni necessari alla

riduzione del piruvato in lattato sono forniti dal NADH, in questo modo rigenero il NAD che

+

può essere utilizzato come accettore di elettroni nella tappa 6 della glicolisi (gliceraldeide-3-P

→ 1,3-bisP-glicerato). Il lattato non è quindi il principale prodotto di questa reazione,

possiamo considerarlo un prodotto secondario, ciò che ci interessa è rigenerare il NAD +

necessario per la via glicolitica.

La fermentazione lattica avviene anche nelle fibre muscolari bianche (bianche perché poco vascolarizzate, poco

ossigeno e pochi mitocondri).

Nel globulo rosso è presente l’esochinasi di tipo I (HK I) che ha una Km molto bassa

(=0,01mM) quindi ha un’elevata affinità per il glucosio. In condizioni fisiologiche il glucosio

è presente in circolo alla concentrazione di 5mM, quindi HK I lavora alla sua Vmax; questo è

di fondamentale importanza per la produzione di ATP necessario all’attività delle pompe

quindi dell’eritrocita stesso. 4 diverse isoforme di HK:

I, II, III - Km 0,01 0,1 mM

• IV o glucocinasi - Km 10 mM (con una concentrazione di

• glucosio 10mM l’enzima lavora alla metà della sua Vmax);

isoforma epatica: più glucosio è presente in circolo, più ne

entrerà nel fegato e verrà convertito in G6P, in questo modo

l’enzima non si satura mai ed è in grado di partecipare al

mantenimento dell’omeostasi glucidica.

Il 2,3-BPG è un modulatore allosterico dell’Hb che interagisce con i gruppi -R carichi

positivamente dell sub.beta stabilizzando la conformazione T (stato a bassa affinità per

17

l’ossigeno) quindi favorendo il rilascio di O dall’ossiemoglobina ai tessuti. Il 2,3-BPG si

2

forma in tracce in tutte le cellule che fanno la glicolisi, nella reazione di conversione del 3-

fosfoglicerato a 2-fosfoglicerato . Nel Globulo rosso è presente una via metabolica specifica,

18

L’emoglobina è formata da 2 sub alpha + 2 sub beta; all’interno di ognuna è presente un gruppo EME (anello

17

tetrapirrolico contenente il ferro all’interno). Il 2,3-BPG è carico negativamente per la presenza di due gruppi -P

ed un gruppo -COOH.

L’enzima mutasi attivo è fosforilata a livello di un residui di His del suo sito attivo ed anziché spostare il

18

gruppo fosforico del glicerato dalla posizione 3 alla posizione 2, agisce attacando il gruppo -P del suo sito attivo

nella posizione 2 del fosfoglicerato con formazione dell’intermedio 2,3-BPG; l’enzima poi si riprende il gruppo

-P dalla posizione 3. Domanda esame: il 2,3-BPG si forma solo nel globulo rosso? 18

la VIA DI RAPAPORT-LUBERIN, la cui funzione principale è quella di formare 2,3-bisP-

glicerato partendo da 1,3-BPG (prodotto dalla glicolisi) per azione di una mutasi che catalizza

il trasferimento di un gruppo fosforico da una

posizione all’altra. In seguito il gruppo

fosforico in posizione 2 viene eliminato ad

opera di una fosfatasi con formazione di 3-

fosfoglicerato che può proseguire la via

glicolitica. Tuttavia in questo modo viene

bypassata la reazione catalizzata dalla

Fosfoglicerato chinasi nella quale il gruppo

fosforico staccato dall’1,3-BPG va a formare

una molecola di ATP. Questo porta ad un calo

della resa della glicolisi in termini di

produzione di ATP, tuttavia l’ATP che si forma

per azione della piruvato chinasi (e anche da qui

perché parte del BPG segue la via glicolitica

‘classica’) è più che sufficiente per il fabisogno

energetico della cellula.

Quindi: nei globuli rossi il ciclo di Rapaport Luberin serve a mantenere elevati i livelli di 2,3-

BPG a discapito della produzione di ATP.

Tramite questa via il 2,3-BPG è mantenuto all’interno dell’eritrocita a concentrazioni

importanti (4-5 mM), in rapporto stechiometrico 1:1 con l’Hb. In condizioni di scarsità di

ossigeno (ad esempio ad alta quota), aumenta l’eritropoiesi e la concentrazione di 2,3-BPG

(da 4-5mM a 7-8mM) in modo da favorire il rilascio ai tessuti del poco ossigeno presente.

La concentrazione di 2,3-BPG risulta ridotta in condizioni di deficit degli enzimi glicolitici

dovuti ad anemie genetiche, tra questi ricordiamo:

HK I deficienza, patologia rara che si manifesta come un’anemia emolitica; la glicolisi va

• poco perché è deficitario il primo enzima ne conseguono ridotti livelli di ATP e di 2,3-BPG.

In queste condizioni gli Er vanno incontro ad emolisi e degradazione ed anche quelli che

non vengono degradati non rilasciano l’ossigeno in maniera efficiente,

PK deficienza , patologia meno grave della precedente, meno rara e compatibile con la

19

• vita; il deficit di PK comporta una riduzione dei livelli di ATP con conseguente alterazione

dell’attività delle pompe, ridotta flessibilità cellulare ed aumentata rigidità (il potassio che

non entra richiama acqua ed all’interno l’Hb si concentra) quindi aumentata degradazione.

Tuttavia gli eritrociti che non vengono degradati accumulano intermedi glicolitici a monte

Fosfoenolpiravato + ADP —> piruvato + ATP

19 19

(il blocco è all’ultima tappa) quindi accumulano elevate quantità di 2,3-BPG e rilasciano

più ossigeno.

Problema 2,3-BPG nelle trasfusioni: nelle sacche trasfusionali sono inseriti anticoagulanti

(spesso citrato) e destrosio (per glicolisi), tuttavia il glucosio finisce e la via glicolitica

rallenta ed a 48h dal prelievo il 2,3-BPG è 1/10 di quello presente al momento iniziale. Con

un livello così basso di 2,3-BPG l’Hb trasfusa non è performante in quanto non rilascia

ossigeno. Per ovviare a questa problematica viengono aggiunte inosina ed adenosina . La

20

membrana degli Er è permeabile ai nucleosidi. All’interno degli eritrociti è presente l’enzima

Inosina fosforilasi (idrolizza inserendo un gruppo -P) che scinde l’inosina in Ipoxantina +

Ribosio-1-P, quest’ultimo viene convertito in Ribosio-5-P, ad opera di una mutasi presente

negli eritrociti. Il Rib5P viene metabolizzato nella fase non ossidativa del ciclo dei pentoso

fosfati: interagisce con lo xilulosio per dare gliceraldeide-3-P (transchetolasi) che a sua volta

(ad opera di transaldolasi) andrà a formare Fru-6-P quindi Glu-6-P che entra nella via

glicolitica.

nucleosidi = base + ribosio. La base dell’adenosina è l’adenina mentre quella dell’inosina e l’ipoxantina,

20

entrambe sono costituite da un anello purinico e differiscono per la sola presenza di un gruppo amminico in più

sull’adenina. Negli eritrociti è presente l’enzima adenosina-deaminasi che converte l’adenosina in inosina 20

SCAMBI RESPIRATORI

Nell’immagine vediamo la curva di saturazione dell’emoglobina con l’ossigeno che segue un

andamento sigmoide per l’instaurarsi dell’effetto cooperativo tra le subunità dell’Hb.

A livello degli alveoli polmonari si ha un’elevata ppO e l’Hb è satura al 100%.

2

Nei tessuti periferici la ppO scende al di sotto dei 40mmHg e si

2

ha un brusco calo della % di saturazione; ciò significa che l’Hb

riduce rapidamente la sua affinità per l’ossigeno rilasciandolo ai

tessuti. Oltre al 2,3-BPG l’affinità dell’Hb per l’ossigeno è

influenzata anche dalla temperatura e dal pH (effetto Bohr).

La curva A rappresenta la normale c