Celulele roșii din sânge sunt extrem de specializate, bine adaptate pentru funcția lor principală de a transporta oxigenul din plămâni către toate țesuturile corpului. Celulele roșii au un diametru de aproximativ 7,8 μm (1 μm = 0,000039 inch) și au forma unor discuri biconcave, o formă care oferă un raport mare suprafață-volum. Când sângele proaspăt este examinat cu microscopul, celulele roșii par a fi discuri galben-verzui cu centri palizi care nu conțin structuri interne vizibile. Când sângele este centrifugat pentru a determina depunerea celulelor, volumul de celule roșii ambalate (valoarea hematocritului) variază între 42 și 54 la sută din volumul total la bărbați și între 37 și 47 la sută la femei; valorile sunt oarecum mai mici la copii. Globulele roșii normale au un volum destul de uniform, astfel încât valoarea hematocritului este determinată în mare măsură de numărul de celule roșii pe unitate de sânge. Numărul normal de celule roșii variază între patru milioane și șase milioane pe milimetru cub.

sânge

Celula roșie din sânge este închisă într-o membrană subțire care este compusă din lipide chimice complexe, proteine ​​și carbohidrați într-o structură foarte organizată. Distorsiunea extraordinară a celulei roșii apare în trecerea acesteia prin vase de sânge minuscule, dintre care multe au un diametru mai mic decât cel al celulei roșii. Când stresul deformant este îndepărtat, celula revine la forma inițială. Celula roșie tolerează ușor îndoirea și plierea, dar, dacă apare o întindere semnificativă a membranei, celula este deteriorată sau distrusă. Membrana este permeabilă în mod liber la apă, oxigen, dioxid de carbon, glucoză, uree și alte substanțe, dar este impermeabilă la hemoglobină. În celulă cationul major este potasiul; în schimb, în ​​plasmă și în fluidele extracelulare cationul major este sodiul. Un mecanism de pompare, acționat de enzime în interiorul celulei roșii, își menține concentrațiile de sodiu și potasiu. Celulele roșii sunt supuse efectelor osmotice. Când sunt suspendate în soluții foarte diluate (hipotonice) de clorură de sodiu, celulele roșii iau apă, ceea ce le determină să crească în volum și să devină mai sferoid; în soluții concentrate de sare pierd apă și se micșorează.

Când membranele eritrocitare sunt deteriorate, hemoglobina și alte conținuturi dizolvate pot scăpa din celule, lăsând structurile membranare ca „fantome”. Acest proces, numit hemoliză, este produs nu numai de efectele osmotice ale apei, ci și de numeroase alte mecanisme. Acestea includ deteriorarea fizică a celulelor roșii, ca atunci când sângele este încălzit, este forțat sub o presiune mare printr-un ac mic sau este supus înghețării și decongelării; deteriorarea chimică a eritrocitelor de către agenți precum săruri biliare, detergenți și anumite veninuri de șarpe; și deteriorarea cauzată de reacțiile imunologice care pot apărea atunci când anticorpii se atașează de celule roșii în prezența complementului. Atunci când o astfel de distrugere are loc într-un ritm mai mare decât cel normal, rezultă anemie hemolitică.

Membrana celulei roșii are pe suprafața sa un grup de molecule care conferă specificitatea grupului sanguin (adică, care diferențiază celulele sanguine în grupuri). Majoritatea substanțelor din grupele de sânge sunt compuse din carbohidrați legați de proteine ​​și, de obicei, structura chimică a porțiunii de carbohidrați determină tipul sanguin specific. Substanțele din grupele sanguine sunt antigeni capabili să inducă producerea de anticorpi atunci când sunt injectați la persoane lipsite de antigen. Detectarea și recunoașterea antigenelor grupelor sanguine se realizează prin utilizarea serului de sânge care conține acești anticorpi. Numărul mare de antigeni diferiți de celule roșii face extrem de puțin probabil ca persoanele, altele decât gemenii identici, să aibă aceeași gamă de substanțe din grupele de sânge.

Hemoglobină

Hemoglobina are o afinitate mult mai mare pentru monoxidul de carbon decât pentru oxigen. Monoxidul de carbon produce efectele sale letale prin legarea la hemoglobină și prevenirea transportului de oxigen. Funcția purtătoare de oxigen a hemoglobinei poate fi perturbată în alte moduri. Fierul hemoglobinei este în mod normal în stare redusă sau feroasă, atât în ​​oxihemoglobină, cât și în deoxihemoglobină. Dacă fierul în sine devine oxidat la starea ferică, hemoglobina se schimbă în methemoglobină, un pigment maro incapabil să transporte oxigen. Celulele roșii conțin enzime capabile să mențină fierul în starea sa normală, dar în condiții anormale pot apărea cantități mari de methemoglobină în sânge.

Anemia falciformă este o boală gravă și adesea fatală caracterizată printr-o anomalie moștenită a hemoglobinei. Persoanele care au anemie falciformă sunt predominant de origine africană. Boala este cauzată de o mutație a unei singure gene care determină structura moleculei de hemoglobină. Hemoglobina falciformă diferă de hemoglobina normală prin aceea că un singur aminoacid (acid glutamic) dintr-o pereche de lanțuri polipeptidice a fost înlocuit cu altul (valină). Această schimbare intramoleculară unică modifică proprietățile moleculei de hemoglobină, astfel încât se produc anemie și alte efecte. Au fost identificate multe alte anomalii ale hemoglobinei determinate genetic. Unele dintre acestea produc, de asemenea, boli de mai multe tipuri. Studiul efectelor modificării structurii hemoglobinei asupra proprietăților sale a extins mult cunoștințele despre relațiile structură-funcție ale moleculei de hemoglobină.