Wenn rote Blutkörperchen keine Mitochondrien haben, wie können sie Glukose verstoffwechseln?

Bei Menschen (und allen Säugetieren) fehlen den roten Blutkörperchen Mitochondrien und sie haben daher keinen funktionierenden TCA-Zyklus. Sie verstoffwechseln Glukose hauptsächlich über Glykolyse und bilden Laktat, das aus den Zellen freigesetzt wird; Dies ergibt 2 ATP für jedes Glukosemolekül, viel weniger als eine vollständige Oxidation (ca. 30 ATP), aber genug, um den Energiebedarf der roten Blutkörperchen zu decken.

Es gibt jedoch eine gewisse Oxidation von Glukose zu CO2 in roten Blutkörperchen. Dies geschieht hauptsächlich im Pentosephosphatweg oder "Shunt", wo 1 Kohlenstoff Glucose als CO2 freigesetzt wird und die extrahierte Energie verwendet wird, um NADP zu NADPH zu reduzieren, das als Antioxidans fungiert. Die resultierenden 5-Kohlenstoff-Zucker (Pentosen) werden dann zu einem 3-Kohlenstoff-Zucker (Glyceraldehydphosphat) umgelagert, der erneut in die Glykolyse eingeht. Daher der Begriff "Shunt": 5/6 des eintretenden Glukosekohlenstoffs gelangen tatsächlich wieder zur Glykolyse zurück.

Durch Variieren des Flusses durch das PPP können Zellen die Verwendung von Glukose für ATP (Energie) oder NADPH (Antioxidans) ausgleichen. Studien schätzen, dass in menschlichen roten Blutkörperchen 10–30 % des Hexokinaseflusses durch die PPP und der Rest durch die obere Glykolyse umgeleitet wird (siehe diesen und diesen Artikel). Dies entspricht 2–5 % des als CO2 freigesetzten Glukosekohlenstoffs und der Rest wird zu Laktat metabolisiert.

Beachten Sie, dass das Obige für rote Blutkörperchen von Säugetieren gilt. Rote Blutkörperchen anderer Wirbeltiere, einschließlich Vögel und Fische, behalten sowohl ihren Kern als auch ihre Mitochondrien, und ihr Stoffwechsel ist anders.

Während Hämoglobin etwa 90 % des Proteins in einem RBC ausmacht, sind auch viele andere Proteine ​​vorhanden, darunter Enzyme im anaeroben Pentosephosphatweg , der für die Metabolisierung von etwa 90 % der Glukose verantwortlich ist, die in die Zelle gelangt (der aerobe Weg ). kümmert sich um die anderen 10 %). Es gibt auch Proteine, die für die Aufrechterhaltung des Oxidationszustands der Hämoglobin-gebundenen Eisenatome verantwortlich sind. Das Eisen in oxidiertem Hämoglobin oder Methämoglobin ist in der$Fe^{3+}$(Eisen)-Zustand, der keinen Sauerstoff binden kann. Das NADH-abhängige Enzym Methämoglobin-Reduktase wandelt das Eisen in das um$Fe^{2+}$Eisenzustand, der bindet$O_2$. NADH ist zufällig eines der wichtigsten Produkte des Pentosephosphatwegs, zusammen mit ATP und 2,3-BPG , das zur Regulierung beiträgt$O_2$Freisetzung aus Hämoglobin. NADPH wird auch auf dem anaeroben Weg produziert und ist ein Cofaktor bei der Reduktion von oxidiertem Glutathion , das als eines der wichtigsten Reduktionsmittel in der Zelle zum Schutz vor oxidativem Stress fungiert. Andere Enzyme wie Superoxiddismutase , Glutathionperoxidase und Katalase helfen ebenfalls, die Oxidation zu verhindern oder umzukehren. Der gesamte hin- und hergehende Sauerstoff führt zur Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies wie Superoxid- und Hydroperoxylradikalen ($\cdot{O_2^-}$und$HO_2\unicode{x22c5}$) und Peroxide wie Wasserstoffperoxid ($H_2O_2$), was das Vorhandensein dieser Abwehrproteine ​​erfordert.