Tampões Biológicos e os princípios da Regulação Ácido-Básica

O que são ácidos e bases?

De forma simplificada, ácidos são substâncias que, em solução, são capazes de doar um H+, e as bases são substâncias que, em solução, são capazes de receber um H+.

O pH mede a concentração de H+ em determinada solução. Diz-se que:

Quando o pH = 7, a solução é neutra.

Quando o pH < 7, a solução é ácida.

Quando o pH > 7, a solução é alcalina (ou básica).

Os fluidos corporais têm determinada concentração de H+. A faixa de pH fisiológico encontrada no sangue fica entre 7,35 e 7,45. Dessa forma, quando o pH < 7,35, o indivíduo pode estar em um quadro de acidose metabólica, enquanto pH > 7,45 pode indicar um quadro de alcalose metabólica.

O organismo trabalha com várias faixas de pH de acordo com o seu funcionamento fisiológico. O suco gástrico, lisossomo, suor, urina, citoplasma, plasma sanguíneo, intestino delgado, etc, possuem no entanto seu pH próprio. A alteração nesse pH próprio pode muitas vezes indicar uma patologia.

E qual é a importância da regulação do pH nos sistemas biológicos?

O metabolismo de forma geral produz a todo tempo ácidos e bases, influenciando no pH dos fluidos corporais. Alterações bruscas no pH desse meio modificam as estruturas das proteínas. Como as proteínas são anfóteras, elas podem perder suas funções em um pH que não seja o seu pH ideal, assim como as enzimas. Os tampões biológicos são responsáveis por auxiliar o organismo a resistir a variações no pH, mantendo a homeostasia.

Em resumo, quando se coloca ácido na solução com tampão, a base conjugada reage com o próton, já quando se acrescenta uma base, quem reage é o ácido. Dessa forma, é possível evitar alterações bruscas no pH mantendo a homeostasia e o bom funcionamento do organismo, mas há um limite para o acréscimo dessas substâncias que o tampão pode suportar. Essa reação forma uma curva no gráfico sigmóide.

O organismo utiliza três mecanismos para manter o equilíbrio ácido-básico:

1. Tamponamento químico dos fluidos corporais.

2. Ajuste respiratório da concentração sanguínea de dióxido de carbono (CO2).

3. Excreção renal de íons hidrogênio ou bicarbonato. 

O sistema-tampão impede grandes alterações no pH mesmo que um ácido ou base sejam adicionados à solução. Esse sistema está presente no sangue, líquido intersticial e líquido intracelular. O principal tampão plasmático é o tampão bicarbonato. A produção do ácido carbônico (H2CO3) a partir do CO2 é a maior fonte do H+ do organismo. O processo de tamponamento biológico, no entanto, está acoplado à ventilação pulmonar, que regula a entrada e a saída de CO2.

Quando esse mecanismo não é suficiente para regular a liberação de CO2 e e manter o pH sanguíneo, a eliminação dos compostos ácidos ou básicos também pode ser feito através da urina, pela excreção renal. Nesse mecanismo de regulação, o H+ estará acoplado ao bifosfato de sódio ou à amônia, e ocorre a desaminação de aminoácidos nos rins.

Distúrbios relacionados com o metabolismo ou com as trocas gasosas podem ocasionar tanto uma acidose metabólica quanto uma alcalose. Um aumento da pressão de CO2 faz com que a reação se desloque para a direita, provocando uma acidose respiratória. Para compensar, o indivíduo entra em estado de hiperventilação, para liberar mais rapidamente o CO2 e manter o pH sanguíneo.

Quando há menos CO2, a equação se desloca para a esquerda, provocando uma alcalose metabólica e como mecanismo de compensação, o indivíduo hipoventila, para aumentar a concentração de CO2.

Quando há pouco HCO3-, há uma acidose metabólica e maior reabsorção de bicarbonato pelos rins. Quando a concentração de HCO3- é maior, há uma alcalose metabólica, o rim absorverá menos bicarbonato, realizando o tampão biológico.

O transporte de CO2 no organismo é feito, em sua maior parte, através do bicarbonato (HCO3-). O CO2 entra nas hemácias e é hidratado, havendo a formação de ácido carbônico (H2CO3), que rapidamente se dissocia em H+ e HCO3-. O bicarbonato vai para o sangue e o H+ é essencial para a liberação de O2 nos tecidos.

No organismo, duas situações podem gerar um quadro de acidose: diabetes mellitus ou jejum prolongado. Em jejum prolongado, o metabolismo gera corpos cetônicos através da cetogênese, que são compostos ácidos. Também há a acidose proveniente do metabolismo muscular da glicose, que quando ocorre em níveis baixos de oxigenação, gera um excesso de ácido lático (como ocorre durante exercícios físicos intensos, quando o músculo entra em fadiga). 

Hormônios: Natureza Química e Mecanismos de Ação

Mecanismos de ação hormonal e transdução de sinais:
Mecanismos bioquímicos que a célula desencadeia em resposta a um sinalizador.

O que os sinais químicos podem produzir?

- Regulação do metabolismo

- Alterar ou manter o estado de diferenciação celular

- Influenciar no processo de proliferação celular, modulando a proliferação das células

- Indicar a morte celular

Desde o estudo da embriologia já se fala em sinalização celular. No início da formação do indivíduo, a célula ovo (zigoto) começa a se multiplicar e se diferenciar, e esses processos dependem de moléculas sinalizadoras para coordenar o processo desenvolvimento do organismo.

Existem várias formas de uma célula se comunicar com a outra. Uma dessas maneiras é através de junções comunicantes, formadas por proteínas chamadas conexinas, que são hexâmeros. Essas proteínas formam poros na membrana de células adjacentes, criando um "canal" de comunicação entre elas. É mecanismo de sinalização é muito eficiente, mas só funciona em células adjacentes, vizinhas.

Quando as células não são adjacentes/justapostas, são necessárias outras estratégias de comunicação celular entre células distantes, ou até mesmo entre células vizinhas que não sejam justapostas:

1- Liberação de mensageiros químicos de uma célula sinalizadora para o meio extracelular.

2- Transporte do mensageiro químico através do meio extracelular para a célula alvo.

3- Transmissão do sinal para a célula alvo através da ligação da molécula sinalizadora com um receptor específico.

Visão geral da sinalização celular:

- Direta: ocorre através das junções comunicantes, pelas quais o mensageiro químico passa de uma célula para a outra, desencadeando uma resposta na célula alvo.

- Parácrina: o mensageiro químico é secretado e atua numa célula vizinha, se ligando a um receptor e desencadeando um mecanismo de transdução de sinal que reflete a resposta.

- Autócrina: o mensageiro químico secretado atua em um receptor presente na própria célula secretora.

- Endócrina: o mensageiro químico é chamado de hormônio, e pode migrar através da circulação sanguínea para tecidos distantes, atuando em células-alvo distantes do local de secreção. Os hormônios podem atuar em receptores na membrana da célula alvo ou ainda um receptor intracelular, desencadeando uma resposta.

- Neural: o mensageiro químico, chamado de neurotransmissor, é liberado na fenda sináptica para atuar sobre a célula alvo.

Tabela de comparação entre os sistemas de comunicação celular:

Na sinalização exócrina, moléculas sinalizadoras chamadas ferormônios são liberadas para o meio externo (ar, água) e se difundem pelo ambiente até alcançar sua célula alvo (ocorre em demarcação de território, cio etc).

A grande diferença entre os neurotransmissores e os hormônios está em como se dá o transporte desses mensageiros químicos. Enquanto os neurotransmissores são liberados na fenda sináptica (por isso, possuem um local de atuação mais restrito), os hormônios vão para a circulação sanguínea (por isso, ficam muito diluídas no sangue) e se direcionam para suas células-alvo.

 

Devido à diluição dos hormônios na circulação sanguínea, acaba que o receptor para um neurotransmissor possui uma afinidade para esse sinalizador químico muito menor do que a afinidade dos receptores para hormônios, pois estes precisam ter afinidade muito maior para que o hormônio consiga se ligar à ele. Boa parte dos sinalizadores químicos hormonais são carreados por proteínas transportadoras específicas, e a especificidade/mecanismo de ação hormonal é dado pela presença ou não de um receptor específico na célula alvo, enquanto que a especificidade dos neurotransmissores é dada pela própria sinapse. 

Dependendo da estrutura química do mensageiro, o mecanismo de ação desempenhado para que a célula dê a resposta será diferente. Sinalizadores químicos polares e apolares atuam através de diferentes mecanismos de sinalização. Isso ocorre porque as células estão separadas do meio extracelular pela membrana plasmática composta por uma bicamada de fosfolipídeos.

Dessa forma, moléculas polares terão mais dificuldade para atravessar a membrana, necessitando de receptores presentes na membrana. Já as moléculas apolares, por possuírem as mesmas propriedades da membrana celular, se difundem com mais facilidade.

Distinguem-se então dois mecanismos gerais de ação hormonal:

1. Hormônios hidrossolúveis: resposta rápida e curta.

2. Hormônios lipossolúveis: resposta lenta e duradoura.

Quando o hormônio se liga à membrana produzindo segundos mensageiros, como AMPc, isso desencadeia a modificação da atividade de enzimas pré-existentes, que já estão na célula. Isso gera uma resposta rápida e ao mesmo tempo curta, pois a alteração da atividade também pode ser modulada rapidamente. 

Os sinalizadores que atuam através da modificação da quantidade de proteínas na célula designam uma resposta mais lenta e, em contrapartida, mais duradoura.

Para compreender melhor os mecanismos de ação hormonal, é interessante classificar os mensageiros quanto à sua natureza química. Exitem dois grandes grupos: os hormônios nitrogenados e os hormônios esteroides. 

Dentre os hormônios nitrogenados, existem os hormônios amina, derivados do aminoácido tirosina. São compostos de pequeno peso molecular. Nesse grupo se incluem a adrenalina e a noradrenalina da medula adrenal, que são hidrossolúveis (polares), e os hormônios tireoidianos, menos solúveis em água (parcialmente apolares). Por serem parcialmente apolares, esses hormônios conseguem atravessar a membrana da célula e atuar em receptores intra-celulares, a nível de transcrição gênica.

No grupo de hormônios nitrogenados existem também os hormônios peptídeos, que são compostos maiores (podem ter 3 a 200 aminoácidos) e incluem todos os hormônios do hipotálamo e da hipófise e os hormônios pancreáticos insulina, glucagon e somatostatina. Devido à sua natureza peptídica (proteica), esses hormônios são muito solúveis em água.

Hormônios de origem proteica podem ser armazenados dentro da célula em vesículas para serem secretados em determinada ocasião, diferente dos hormônios esteróides.

Os hormônios esteroides, diferente dos hormônios proteicos, são lipossolúveis, derivados do colesterol. Incluem os hormônios do córtex da adrenal (glicocorticóides e mineralcorticóides), as formas hormonais da vitamina D e os hormônios sexuais (andrógenos e estrógenos). Eles movimentam-se na corrente sanguínea ligados à proteínas específicas.

Mecanismos de transdução de sinal pelos quais os hormônios nitrogenados (polares - catecolaminas e proteínas) desencadeiam seus efeitos: Pela natureza proteica, esses hormônios necessitam de receptores na membrana da célula.

Existem três tipos principais de receptores de membrana:

1. Canais iônicos abertos por ligantes

2. Receptores associados à proteína G

3. Receptores de atividade enzimática (ex: receptor tirosina-quinase, que é o receptor para insulina, fatores de crescimento etc).

A maioria dos hormônios peptídicos têm seu mecanismo efetor através de receptores acoplados à proteína G, que quando ativada, se associa à uma enzima (proteína efetora) ou promove a abertura de um canal.

Receptores acoplados à proteína G (ou metabotrópicos):

Possuem um domínio extracelular que se associará ao mensageiro químico específico e um domínio citosólico com regiões associadas à proteína G e regiões que serão fosforiladas durante a dessensibilização do receptor.

Existem diferentes tipos de Receptores acoplados à proteína G:

1. Proteína G associada à Adenilil Ciclase (Gs)

2. Proteína G associada à Fosfolipase C (Gq)

3. Proteína G inibitória

4. Proteína G associada à Fosfodiesterase do GMPc

5. Proteína G estimulante de canais de potássio

6. Proteína G de neurônios olfatórios sensoriais

Esquema da Proteína G e seu ciclo de acordo com seu estado fisiológico:

A formação do complexo hormônio-receptor ativa a proteína G, trocando o GDP pelo GTP. Nesse momento a subunidade alfa da proteína G se desliga das subunidades beta e gama, e migra até sua proteína efetora, para então desencadear uma resposta.

Proteína Gs associada à ADENIL CICLASE:

Ativação da proteína quinase A (PKA):

A proteína quinase A é formada por duas subunidades reguladoras e duas subunidades catalíticas. O cAMP se liga às subunidades reguladoras, promovendo uma mudança de conformação e liberando as subunidades catalíticas da proteína. A subunidade catalítica é a que possui atividade quinase, ou seja, fosforila outras proteínas.

A fosforilação das outras proteínas celulares pela proteína quinase leva à resposta celular. Esse processo sofre amplificação, gerando uma cascata de fosforilação. A Adenil Ciclase produz o AMPc a partir do ATP. Para cada sinalizador químico que se liga ao receptor, uma molécula de Adenil Ciclase é ativada, produzindo 100 moléculas de AMPc, e cada AMPc ativa uma unidade catalítica da PKA. Cada PKA ativada pode fosforilar 100 unidades da PK (fosforilase quinase), tornando essa enzima mais ativa. A PK, por sua vez, fosforila cerca de 100 unidades da fosforilase do glicogênio, que consegue fosforilar cerca de 100 unidades do glicogênio liberando a glicose-1-fosfato. Ao final da cascata, então, há liberação de em torno de 100.000.000 de moléculas de glicose-1-fosfato a partir da ligação de um sinalizador químico ao seu receptor, caracterizando o processo de "amplificação de sinal".

Proteína Gq associada à FOSFOLIPASE C:

Exemplos de hormônios que atuam por esse mecanismo: TRH, LHRH, Ocitocina.

Receptores enzimáticos ou associados à enzimas:

Subdivididos em cinco classes:

1. Serina Treonina Quinases

2. Guanilato (ou Guanilil) Ciclase

3. Tirosina Quinases

4. Associados à tirosina quinases

5. Tirosina fosfatases

Receptor Guanilato ciclase:

Existem dois tipos de Guanilato Ciclase (isoenzimas) envolvidas na transdução de sinais: os de membrana, que são ativadas por seus ligantes celulares, e os solúveis, ativados pelo óxido nítrico intracelular (NO).

O primeiro (de membrana) tipo existe em duas formas semelhantes de posicionamento que são ativados por seus ligantes celulares: ANF e a endotoxina bacteriana. Esses receptores são isoenzimas envolvidas na transdução de sinal que envolve a síntese de GMPc.

Receptores Tirosina Quinase:

Existem 6 subfamílias dos receptores tirosina quinase, aos quais se ligam fatores de crescimento, insulina e outras moléculas.

Receptor de insulina:

Consiste em duas cadeias alfa localizadas na superfície externa da membrana plasmática e duas cadeias beta que atravessam a membrana e se estendem na face citosólica. A ligação da insulina nas cadeias alfa desencadeia a autofosforilação dos resíduos de Tirosina (Tyr) no domínio carboxiterminal das subunidades beta, que permite ao domínio da tirosina-quinase catalisar a fosforilação de outras proteínas-alvo.

Receptores Intracelulares:

Os hormônios apolares entram na célula alvo e encontram seu receptor no citoplasma, na membrana nuclear ou ainda dentro do núcleo, e ao se associarem aos seus receptores, estes têm sua conformação alterada, e passam a ter uma associação com algum gene, alterando o padrão da expressão gênica da célula. A transcrição e a tradução são alteradas, gerando como resposta a síntese (ou a inibição da síntese) de novas proteínas na célula.

Quando o hormônio se liga ao receptor em seu sítio de ligação, o receptor altera sua conformação. Nesse momento, um complexo proteico inibidor que estava obstruindo a região do receptor que se liga ao DNA se desassocia, e a região que se liga ao DNA fica exposta, podendo então interagir com o DNA.

Hemostasia

O conceito de Hemostasia diz respeito aos mecanismos bioquímicos e fisiológicos que tentam preservar o sangue fluido em volume adequado dentro dos vasos. O processo de homeostasia é auto-regulado por meio de sinalizações químicas, de forma que haja um equilíbrio entre forças anti-coagulantes e forças pró-coagulantes, mantendo a fluidez do sangue em condições ideais.

Uma condição de desequilíbrio em que haja predominância de fatores pró-coagulantes pode provocar a formação de trombos, enquanto a predominância de fatores anti-coagulantes leva o indivíduo a uma tendência a hemorragias.

Esses desequilíbrios são regidos pelas concentrações de determinadas substâncias e pelos estímulos dados por lesões endoteliais.

Conceitos/mecanismos relacionados com a hemostasia:

- Coagulação (ou fibrinogênese): transformação de proteínas que estavam solúveis no plasma em proteínas pegajosas, para que haja precipitação e formação de um tampão. Depois, deve haver a degradação da fibrina formada (fibrinólise).

- Hemorragia: extravasamento de sangue para fora do vaso.

- Coágulo: transformação do fibrinogênio em fibrina, uma proteína muito pegajosa que consegue se aderir e formar um tampão. Eventualmente, quando se forma muito coágulo, esse coágulo pode se desprender formando um trombo.

- Trombo: basicamente é um coágulo que se desprendeu. O coágulo é um processo natural, já o trombo faz parte de um processo patológico, que pode gerar uma tromboembolia.

- Trombose (hipercoagulabilidade): tendência exagerada à formação de coágulos.

- Hemofilia: tendência à hemorragias gerada pela falta ou má formação de fatores plasmáticos da coagulação (algumas proteínas plasmáticas, globulinas etc).

Três fatores principais que influenciam na hemostasia:

ENDOTÉLIO VASCULAR

PLAQUETAS

FATORES DA COAGULAÇÃO

> Uma lesão do endotélio vascular é o principal estímulo para a coagulação. Quando íntegro, o endotélio secreta substâncias anti-coagulantes que evitam a coagulação sanguínea (principalmente óxido nítrico, que inibe a ativação plaquetária e causa vasodilatação, e a prostaciclina, que é a principal inibidora da ativação plaquetária). Por isso, a integridade do endotélio é essencial para que a hemostasia funcione adequadamente.

> Plaquetas em número adequado e bem formadas, funcionais, também são essenciais na hemostasia. Uma diminuição grande do número de plaquetas no sangue (como ocorre na trombocitonia) induz à hemorragias.

> Fatores plasmáticos da coagulação: são cerca de 20 fatores já presentes no sangue porém em sua forma inativa, pois são pró-enzimas, zimogênios. Com exceção do cálcio, todos os outros fatores são proteínas.

No momento da ativação plaquetária, há uma metamorfose viscosa das plaquetas, promovida pela detecção de colágeno, fosfolipídeos e o próprio conteúdo intracitoplasmático liberado quando há uma lesão no endotélio. Os fosfolipídeos e o colágeno são altamente estimuladores dessa ativação. A plaqueta ativada tem uma forma estrelada e se torna muito pegajosa (devido à expressão da proteína alfa-2-beta-3), para ocluir a lesão.

O aumento de cálcio intracelular promove a liberação de grânulos de várias substâncias para o meio, entre elas ADP (recruta outras plaquetas), tromboxanos (ativadores plaquetários), polifosfatos (ativadores dos fatores da coagulação) e Ca++.

No momento em que a plaqueta detecta a lesão ela se ativa, culminando na presença de tromboxano e de ADP. Quando ativadas, elas normalmente não voltam mais à sua forma de repouso (a forma mais oval).

*O ácido acetilsalicílico (AS) é uma droga anti-agregante plaquetária, usada quando o indivíduo tem tendência à formação de trombos.

Ao usar a droga AS, apesar de haver a lesão endotelial e formar até certo ponto um agregado plaquetário, muitas plaquetas terão uma resistência maior a serem ativadas. Desse modo, só forma o agregado necessário para vedar a lesão, pois em indivíduos que têm tendência a formar trombos, muitas vezes uma lesão pequena acaba culminando em um agregado plaquetário muito grande, determinando a oclusão de vasos.

Estímulos para a ativação e agregação plaquetária:

"A ativação plaquetária é modulada por agonistas que ao se ligarem em seus receptores desencadeiam a liberação de constituintes dos grânulos plaquetários e a síntese de novos agonistas, amplificando o fenômeno de ativação. Os principais agonistas fisiológicos da ativação plaquetária são representados pelo colágeno, ADP, tromboxano A2, trombina, epinefrina, serotonina, vasopressina e o fator de ativação plaquetária."

Tanto o tromboxano (Thr) quanto a prostaciclina (PGI2) são eicoisanóides, substâncias que vêm do ácido aracdônico, que é um ácido graxo. A prostaciclina é formada pelo endotélio, e o tromboxano é produzido e degranulado pelas plaquetas. Eles possuem ações contrárias: o PGI2 têm ação anti-plaquetária e o Thr têm ação de ativação plaquetárias.

Então, o que ocorre após uma lesão endotelial?

1. Detecção da lesão pelas plaquetas (devido à exposição do colágeno) e adesão plaquetária, feita com o auxílio com uma proteína chamada Fator de Von Willebrand.
2. Ateração da forma da plaqueta, que fica mais amorfa.
3. Liberação dos grânulos (ADP, TXA2)
4. Recrutamento de mais plaquetas
5. Formação do tampão plaquetário primário

O agregado plaquetário primário, entretanto, é muito instável. A proteína fibrina é essencial para manter a adesão entre as plaquetas e dar estabilidade ao tampão primário, formando o tampão secundário. Para que se forme a fibrina, há uma série de transformações de proteínas plasmáticas, formando cascatas (ou vias) de ativação, reações em cadeia. De pequenas quantidades de proteínas iniciais que serão estimuladas, uma grande quantidade de proteínas será formada, ocasionando na transformação do fibrinogênio em fibrina.

Pela via intrínseca de ativação, mesmo sem haver lesão completa do endotélio, o próprio sangue se coagula. Pequenas lesões no endotélio determinam o surgimento de superfícies aniônicas, carregadas negativamente, e isto culmina na ativação do fator XII em XIIa. A partir dessa ativação, se inicia uma via que culmina na ativação da pró-trombina em trombina, que é a responsável pela ativação do fibrinogênio em fibrina.

A via extrínseca requer um rompimento completo do vaso, de todas as túnicas. Quando o fator tecidual entra em contato com o fator VII, do sangue, um complexo enzimático capaz de ativar o fator X é formado. É uma via mais rápida (até porque a lesão é mais grave).

Com exceção do cálcio, todos os outros fatores são proteínas produzidas pelo fígado. Por isso, patologias hepáticas influenciam na hemostasia. Os fatores II, VII, IX e X dependem da vitamina K para que sejam produzidos adequadamente pelo fígado.

Algumas drogas, como a Varfarina e a Dicumarina, inibem a formação de fibrina.

* Varfarina e Dicumarina = agem no ator de coagulação.

* Aspirina = age na plaqueta inibindo a degranulação. 

O endotélio já regenerado libera uma substância chamada de ativador do plasmogênio tecidual. Esta substância ativa o plasmogênio em plasmina, que é capaz de destruir a fibrina em uma proteína solúvel.

Bioquímica do Eritrócito - Metabolismo energético das Hemácias

Os eritrócitos (ou hemácias) são resultado de um processo complexo de diferenciação celular a partir de células-tronco hematopoiéticas, também chamadas de hemocitoblastos.

A produção de eritrócitos (processo denominado eritropoiese) é estimulada pela Eritropoetina, glicoproteína sintetizada principalmente nos rins mas também na medula óssea, onde ocorre a eritropoiese.

O aumento da produção da Eritropoetina é determinado principalmente pela diminuição da oxigenação tecidual (hipóxia), que pode ser causada por fatores como diminuição do volume sanguíneo, anemia, diminuição da concentração de hemoglobina, redução do fluxo sanguíneo e doenças pulmonares.

O processo de diferenciação ocorre em duas etapas:

Na etapa inicial, há uma fase de proliferação celular, com grande síntese de ácidos nucleicos, pois para que as células se dividam, o conteúdo genético precisa ser dobrado. Nesse momento, é essencial a presença da vitamina B12 e do ácido fólico. A carência de vitamina B12 no organismo pode levar a uma doença chamada anemia perniciosa, em que há diminuição da síntese das hemácias.

A eritropoiese continua através de eventos de maturação celular até a formação dos eritrócitos, onde o evento mais importante é a síntese de hemoglobina. Ao atingir determinada concentração de hemoglobina, a célula é liberada para a corrente sanguínea, geralmente ainda na forma de reticulócito, e posteriormente perde o retículo endoplasmático, completando sua maturação e dando origem ao eritrócito.

Os eritrócitos são células maduras desprovidas de núcleo, mitocôndria, retículo endoplasmático e organelas em geral, pois durante o evento de maturação, as organelas são perdidas. Essas células, portanto, são compostas por uma membrana plasmática semipermeável e contém alta concentração de hemoglobina em seu citoplasma (aproximadamente 95%).

A hemácia madura possui uma vida média de 120 dias no ser humano, tempo que varia entre as espécies. Essa célula possui formato característico de disco bicôncavo, essencial para aumentar sua superfície de contato e, consequentemente, aumentar sua capacidade de transporte de gases (O2 e CO2), que é a principal função das hemácias. O CO2 não é transportado diretamente pela hemácia mas, apesar disso, ele precisa passar pela hemácia para ser transformado em bicarbonato e então ser transportado pelo plasma.

A simplicidade estrutural da hemácia é acompanhada por consequências metabólicas e funcionais, pois sem as estruturas normalmente comuns às outras células (como núcleo, mitocôndria, ribossomos, retículos e outras organelas), o eritrócito não consegue nem duplicar nem ressintetizar enzimas ou proteínas estruturais que envelhecem com o tempo. A célula acaba sendo incapaz de utilizar o mecanismo de fosforilação oxidativa, pois não possui mitocôndria, e sua capacidade de produzir ATP é mínima, contando apenas com as enzimas citosólicas da via glicolítica presentes nessa célula.

A hemoglobina, principal proteína presente no citoplasma no eritrócito, é composta por uma porção globínica (a parte proteica propriamente dita) e uma parte do grupamento heme, que possui o Ferro central em sua estrutura e que confere cor vermelha ao sangue. A hemoglobina é um tetrâmero composto por duas subunidades alfa (α) e duas beta (β). Cada uma dessas subunidades pode se ligar a um O2.

As necessidades energéticas da hemácia são pequenas, pois o transporte de gases é um evento passivo, que não precisa de energia. Entretanto, essa célula precisa de energia para três categorias de processos fisiológicos:

1. Manutenção da integridade estrutural e funcional da membrana celular

Manutenção da forma da célula, capacidade de se deformar reversivelmente (para passar por capilares pequenos, por exemplo), manutenção da bomba de cátions (Na+/K+ ATPase) para manter a força iônica dentro da célula, proteção de suas proteínas contra fosforilação oxidativa.

2. Manutenção do ferro hemoglobínico no estado ferroso (Fe²+)

Quando o ferro hemoglobínico é oxidado (Fe³+), há conversão da hemoglobina em metaemoglobina, que não possui capacidade de transportar o oxigênio.

3. Manutenção das vias metabólicas de produção de energia utilizável

Como a hemácia não possui mitocôndria, suas vias metabólicas ocorrem no citoplasma. Portanto, para esse tipo celular, a única fonte de energia é a glicose, pois a hemácia é incapaz de oxidar ácidos graxos e aminoácidos. Cerca de 90% da glicose que o eritócito capta é metabolicamente oxidado na via glicolítica e tem como produto final o lactato, ou seja, é uma glicólise anaeróbica. Na glicólise, o piruvato produzido é fermentado a lactato, permitindo que a via glicolítica continue, pois quando o piruvato vai à lactato, o NADH produzido na via glicolítica volta a ser NAD (é reoxidado).

Além da via glicolítica, há a ocorrência da via das pentoses na hemácia, que possui um fluxo metabólico bem menor (aproximadamente 10% da glicose que entra na célula vai para essa via). e nessa via cada molécula de glicose gera duas moléculas de NADPH.

Como no eritrócito tanto a fase oxidativa quanto a fase não oxidativa da via das pentoses estão ativas, ela acaba sendo cíclica, pois quando a ribulose-5-fosfato é formada, as enzimas da fase não oxidativa retornam essa molécula para glicose-6-fosfato. O NADPH gerado na via das pentoses é essencial para a produção de grupos tiol da hemoglobina, e também para proteínas de membrana contra oxidação. Ele exerce essa função protetora de forma indireta, mantendo os níveis celulares de glutatião reduzidos.

Portanto, a via glicolítica e a via das pentoses são as vias geradoras de moléculas energéticas (ATP, NADH e NADPH) nas hemácias.

Uma importante via de gasto energético é a Via de Rapport-Luebering, uma via de desvio da via glicolítica que gera o 2,3-difosfoglicerado. Essa via faz com que não haja a síntese de 1 ATP da via glicolítica. Apesar disso, ela é de extrema importância, pois o 2,3-DPG consegue se integrar com a molécula de hemoglobina diminuindo sua afinidade com o O2 e permitindo a oxigenação dos tecidos.

Outra via de consumo é a Via de Síntese de Glutatião (ou Via Glutationa), e a manutenção desse tri-peptídeo no estado reduzido. Nessa via, são gastas duas moléculas de ATP para que ocorra a ligação peptídica entre os aminoácidos (Glutamato, Cisteína e Glicina), formando o glutatião. 

Quando essa molécula de glutatião reduzida reduz outra proteína, ele fica organizado formando pontes de enxofre com outra molécula de glutatião, gerando a forma oxidada do glutatião. Para a fisiologia celular, o interessante é que o glutatião fique em sua forma reduzida, pois assim ele pode reduzir outras proteínas.

O NADPH da via das pentoses serve como poder redutor para que o glutatião passe de seu estado oxidado para seu estado reduzido (a enzima glutationa redutase usa o poder redutor do NADPH para essa reação), e a enzima glutationa peroxidase usa o poder redutor do glutatião para reduzir o peróxido de hidrogênio (H2O2) à água (H2O), impedindo uma série de danos oxidativos que podem acontecer a lipídeos e proteínas dessa célula, amenizando esses sintomas de envelhecimento da célula.

A última via é a Via da Metaemoglobina Redutase, que se utiliza do poder redutor do NADH e do NADPH para transformar a metaemoglobina em hemoglobina, o que é de extrema importância, já que a metaemoglobina é incapaz de transportar oxigênio.