Volver a Química Biológica (Bioquímica Humana)
0Teorico: Especies reactivas del oxigeno
Toxicidad del oxigeno y radicales libres
Gracias al oxigeno, los organismos aerobicos obtienen mas energia de los alimentos que los
anaerobicos. En las mitocondrias se forma el 80% del ATP, y se consume el 90% del O2.
Durante el proceso de reduccion de O2 a H2O se producen intermediarios capaces de
generar importantes alteraciones funcionales.
El O2 es toxico a cualquier concentracion, ya que algunos productos que derivan del proceso
fisiologico normal del metabolismo del O2 representan una amenaza para la homeostasis celular.
Estos productos son llamados especies reactivas del oxigeno (EROs).
Radicales libres (RL) y su formacion
Los e- de un atomo ocupan un orbital que puede contener hasta dos e-. Estos e- se
encuentran apareados y poseen spines antiparalelos. Los radicales libes son especies quimicas con
un solo e- no apareado en el orbital, haciendo que los radicales libres sean altamente reactivos e
inespecificos. Se representan con un punto en forma exponencial ', que simboliza el e- no apareado.
Los RL se forman de tres maneras:
1. Ruptura homolitica de un enlace covalente de una molecula normal. (forma mas comun).
X:Y ----> X' + Y'
2. Perdida de un e- de una molecula normal
A ----> A^+ + e-
3. Adicion de un e- a una molecula normal
A + e- ----> A^-
Los RL puede ser neutros, + o -. En la fision heterolitica de un enlace cobalente se forman
iones y no radicales libres: X:Y ----> X: ^- + Y^+
Los RL son muy inestables, reactivos y de vida efimera, capaces de combinarse con HdeC,
lipidos, proteinas, acidos nucleicos y todos sus derivados.
El O2 tiene, en los oribtales mas externos, dos electrones no apareados en orbitales
diferentes formando un bi-radical. Los e- tienen el mismo giro, y pueden interaccionar solo con
elementos que tengan e- libres y de giro opuesto. Es por esto que el O2 no es muy reactivo. Pero al
formarse los EROs aparece su toxicidad. Estos se forman por ruptura o exitacion del O2 formando
oxigeno atomico, ozono o oxigeno en singulete, y las especies parcialmente reducidas: superoxido,
peroxido de hidrogeno y el radical hidroxilo.
El 'O2 (oxigeno singulete) es una forma exitada de oxigeno molecular, que se forma en la
peroxidacion de lipidos.
La mayor parte del O2 del organismo se reduce a H2O por el complejo citocromo-oxidasa
en cuatro pasos univalentes:
O2 ---> O2'^- (radical anion superoxido) --> H2O2 --> -^OH (radical hidroxilo) + H2O ---> 2H2O
La reduccion del O2 por un solo e- produce el anion superoxido. Dos moleculas de este
anion (radicales) se combinan para formar peroxido de hidrogeno, que es un producto no-radical y
por eso se llama reaccion de dismutacion. Puede suceder espontaneamente o, mas rapido, por la
Superoxido dismutasa (SOD). El H2O2 no es RL, pero es una especie reactiva del O2, ya que
reacciona en presencia de metales de transicion para formar el radical hidroxila (-^OH):
H2O2 + Fe2+ ----> -OH + -OH + Fe3+
El radical hidroxilo tambien se puedo obtener por:
O2^- + H2O2 ---> -^OH + OH^- + O2
Fuentes celulares de radicales libres
La mayor produccion de RL ocurre en mitocondrias, RE y peroxisomas. En las
mitocondrias, cuando la concentracion de ADP es baja los intermediarios de la cadena respiratoria
estan reducidos, y en esta situacion hay gran produccion de anion superoxido, a nivel de la
ubiquinona citocromo-b. Las membranas microsomal y nuclear tambien contienen sistemas de
transporte de e- que pueden producir RL. Durante la oxidacion de NADPH en los microsomas
hepaticos se generan aniones superoxido y H2O2. Los peroxisomas contienen catalasa que
neutraliza el potencial efecto dañino del H2O2.
Las celulas con actividad fagocitica tienen una oxidasa unida a membranas que se activa
durante la fagocitosis llevando a un aumento en al captacion de oxigeno y produccion de O2^-, y
H2O2. El H2O2 es el principal compuesto citotoxico observado en la inflamacion tisular. Ademas
de H2O2 tambien se forma el radical hidroxilo en presencia de hierro o superoxido.
La xantina oxidasa, que degrada bases puricas, tambien forma RL.
Reacciones de enzimas que usan O2 como sustrato
Tiene iones metalicos, flavinas y otros cofactores para superar la barrera cinetica impuesta
por la restriccion de spin y la barrera de energia en el proceso de reduccion. Los intermediarios del
O2, expeto el H2O2, se mantienen unidos al metal en el sitio activo hasta que termina la reaccion.
1. Oxidasas: Transfieren e- al O2, formando agua o H2O2. Por ej: paso final de CTE, el
O2 se une al ion Cu++ y al Fe++ del hemo en el sitio activo.
2. Oxigenasas: Incorporan oxigeno al sustrato. Monooxigenasas incorporan un solo
atomo y reduce el otro a agua, las dioxigenasas incorporan ambos atomos.
Especies reactivas de oxigeno y daño a biomoleculas
Los RL al colisionar con una biomolecula le sustraen un electron oxidandola, haciendo que
esta pierda sus funcion. En el caso de los lipidos, se dañan las membranas y lipoproteinas. El daño
en membranas altera la permeabilidad y conduce al edema y muerte celular. La oxidacion de LDL
resulta en la genesis de la placa ateromatosa. La oxidacion de proteinas produce fragmentacion de
las mismas, formacion de grupos carbonilo y perdida de funcion. Los RL dañan el ADN
produciendo bases modificadas, mutaciones y perdida de expresion de genes.
Hay diversos sistemas de defensa contra las especies reactivas de oxigeno. Cuando aumenta
la formacion de RL o disminuyen los sistemas de defensa aparece una situacion metabolica
denominada estres oxidativo. Ocurre cuando se producen mas RL de lo que se puede remover.
Formacion de RL de lipidos y lipoperoxidos
Los AG poliinsaturados son mas sensibles a la oxidacion que los AG saturados por que los
metilenos (CH2) entre dos ligaduras pueden perder facilmente un hidrogeno. Las EROs que pueden
producir esta perdida son -^OH y el radical peroxilo. Este proceso se llama peroxidacion lipidica y
genera subproductos, entre los cuales el malondialdehido sirve para determinar el estres oxidativo.
La peroxidacion comienza con el radical hidroxilo formado a partir de H2O2, mediada por
Fe2+ que extrae un atomo de H unido a un carbono entre dobles enlaces. La formacion de un
radical lipidico sobre un atomo de C provoca un reocrdenamiento de la molecula con cambios en
los dobles enlaces. Una vez formado el radical, reacciona con O2 y forma un radical peroxilo que
puede obtener un H alilico de otro metileno cercano, propagando la reaccion.
Los lipoperoxidos se pueden reducir mediante glutation peroxidasas de fosfolipidos o ser
elimiados por fosfolipasa A2, que aumenta durante el estres oxidativo.
Daño oxidativo a proteinas
Las EROs junto a metales pueden oxidar proteinas de manera especifica o no-especifica. La
no especifica se produce por radiaciones que forman RL que reaccionan con distintos grupos
funcionales de las proteinas. Las especificas ocurren sobre sitios de union a metales, como ocurre
en la oxidacion de la glucosa-6-P deshidrogenasa, que se inactiva irreversiblemente en presencia de
H2O2 y Fe2+.
La oxidacion de proteinas produce rotura o entrecruzamiento de cadenas. Las proteinas
oxidadas son mas facilmente degradadas por proteasas.
Daño oxidativo de acidos nucleicos
La perdida de bases, desaminacion de la citocina en uracilo y ruptura de las hebras ocurre a
una tasa baja, y se incrementa notablemente durante el estres oxidativo, ya que el ADN tiene unido
metales en transicion como Fe2+ y al reaccionar con H2O2 generan radical hidroxilo que ataca las
bases, y el ADN en general. Las proteinas que se relacionan con el ADN, durante estres oxidativo,
se pueden unir covalentemente a el.
Sistemas de defensa contra el daño oxidativo
La homeostasis esta incesantemente atacada por estresores internos o externos. Los
principales deriva del metabolismo del O2, son las EROs. Los mecanismos de defensa que tienden a
neutralizar el efecto oxidativo del O2 y sus metabolitos se llaman sistemas antioxidantes, primarios
y secundarios:
SISTEMAS PRIMARIOS DE DEFENSA:
Antioxidantes
Sustancias que reaccionan con RL transformandolos en no-radicales y convirtiendose en
radicales del antioxidante, que son muy estables y no propagan la reaccion:
1. Vitamina E: es el mas ampliamente distribuido en la naturaleza. Al ser lipofilico, actua
fundamentalmente en un entorno lipidico, por ejemplo en las lipoproteinas plasmaticas
(forma parte de las LDL) y en las membranas. Se encuentra en las membranas
mitocondriales y del RE, protegiendo contra la lipoperoxidacion lipidica. Reacciona con
radicales hidroxilo y peroxilo.
2. Vitamina C: Es hidrofilica, reacciona con O2^-, -^OH e hidroperoxidos lipidicos. Puede
regenerar a la vitamina E como antioxidante. Puede actuar en conjunto con la vit E.
3. Vitamina A: Protege lipidos de peroxidacion inducida principalmente por la xantino oxidasa.
4. Glutation: Es un tripeptido. El glutation reducido se caracteriza por su grupo tiol (-SH) muy
reactivo y su enlace gamma glutamilo que lo hace resistente al ataque por peptidasas. Sirve
como nucleofilo y como reducto interactuando con numerosos compuestos electrofilicos y
oxidantes tales como O2^- H2O2 y -^OH. Es capas de regenerar la vit E a su forma activa.
5. Bilirrubina: Principal producto del catabolismo del hemo. La mayor parte se elimina, pero
una pequeña cantidad queda en el organismo, siendo parte de la defensa contra las EROs. Al
reaccionar con el agente oxidante, la bilirrubina se transforma en biliverdina y gracias a la
intensa actividad de la biliverdina reductasa, vuelve a formarse bilirrubina.
6. Melatonina: es la principal hormona S' por la glandula pineal. Tiene acciones antioxidantes
captando RL y induciendo a la glutation peroxidasa. Tambien aumenta la produccion de
NADPH que se usa como cofactor en la S' de bilirrubina a partir de biliverdina y en la
reduccion de glutation. Tambien inhibe la produccion del RL NO (oxido nitrico).
7. Acido Urico: producto del metabolismo degradativo de las purinas. Tiene capacidad
antioxidante ya que capta -^OH.
Sistemas enzimaticos que intervienen en el metabolismo de las EROs
1. Superoxido dismutasa (SOD): es una metalo enzima. Con dos aniones superoxido forma
H2O2 y O2.
2. Catalasa: Convierte 2 H2O2 en agua, se encuentra predominantemente en peroxisomas.
3. Glutation peroxidasa: cataliza la reduccion de H2O2 y de hidroxiperoxidos organicos
usando al glutation como agente reductor. Hay dos tipos de esta enzima: dependiente de
selenio, que es citosolica y tiene baja capacidad de reduccion de H2O2. La independiente
utiliza hidroxiperoxidos organicos.
Sistemas secundarios de defensa
1. Enzimas lipoliticas: la peroxidacion de los lipidos de membrana puede estimular la actividad
lipolitica de la fosfolipasa A2, que repara el daño de membranas.
2. Enzimas proteoliticas: D' proteinas oxidadas
3. Enzimas reparadoras del ADN
4. Sustancias exogenas atrapadoras de RL: sustancias vegetales del grupo de los flavonoides o
de los antocianos. Estan presentes en el vino tinto.
Las defensas primarias son antioxidantes y enzimas captadoras de RL. Las defensas secundarias
eliminan las moleculas dañadas o las reparan.
EROs y su relacion con patologías
La radiación ionizante genera -^OH por ruptura de moléculas de agua. Muchas de las
consecuencias biologicas de la radiación ionizante se deben a daños en el ADN, lipidos y proteinas
causado por los RL. En un infante prematuro, la exposición de la retina a altas concentraciones de
O2 puede llevar a la retinopatía.
Producción de EROs como eventos secundarios en patologías
Tras daño tisular aparecen mediadores de la injuria como PG, leucotrienos, interleukinas,
interferones y factores de necrosis tumoral, tambien se incluye en la lista a las EROs. Los
neutrofilos forman superoxido, H2O2 y acido hipocloroso para destruir agentes patogenos. Sin
embargo, si llegan a activarse un gran numero de fagotitos en un areaa localizada, puede llegar a
producirse daño tisular. En la artritis reumatoidea se observan grandes cantidades de neutrofilos
activados en el liquido sinovial de la rodrilla.
Tras la ruptura de una celula por algun tipo de daño, se libera su contenido. Algunas areas
del cerebro tienen celulas con mucho hierro, y, al dañarse, liberan hierro que contribuye a aumentar
el daño por la formación de RL catalizado por este metal. En estos casos se administran
antioxidantes que atraviesan la BHE. La acumulación de hierro en la sustancia nigra esta
relacionada con el Parkinson.
La glucosa-6-P DHes parte de la via de las pentosas que forma NADPH. Ante un déficit de
esta enzima, disminuyen los niveles de NADPH que es el sustrato de la glutatio peroxidasa,
encargada de prevenir la acumulación de lipidos peroxidados. Como consecuencia, las membranas
de los eritrocitos se debilitan, disminuyendo su vida media y causando anemia. El hierro de la
hemoglobina tiende a mantenerse en forma oxidada, aumentando los niveles de metahemoglobina
que no transporta O2 empeorando el cuadro.
La anoxia (falta de oxigeno) en los tejidos provoca la formación de grandes cantidades de
anion superoxido cuando el tejido vuelve a recibir oxigeno.
Oxido nitrico
Son 2 atomos y 15 e-. Al ser impar, el ultimo e- no esta apareado y tiene carácter de RL. A
pesar de esto, es relativamente estable. Al ser no polar, es solube en medios hidrofobos, atraviesa
membranas y es un importante mensajero intercelular, cumpliendo funciones de regulación en el
sistema nervioso.Tambien esta involucrado en el shock septico, hipertensión, infarto y
enfermedades neurodegenerativas.
El NO se forma por enzimas NO-sintasas en muchos tejidos. Contienen flavina y hemo en el
sitio activo, y un sitio de union para calcio-calmodulina.
L-arginina + O2 + NADPH + H ---- NO + citrulina + NADP+
Funciones biologicas del NO
En el endotelio vascular participa como factor de relajación, y su S’ esta estimulada por
otros mediadores. Difunde en el músculo liso subendotelial, activa la guanilato ciclasa y aumentan
los niveles de GMPc. Esto activa bombas de Ca acumulandolo en el sarcoplasma y disminuyendo
en el citoplasma haciendo que el músculo se relaje.
En el SNC, el glutamato se une a receptores NMDA, se abren canales de Ca, entra calcio y
se une a la calmodulina, esto activa la NO-sintasa que forma NO, intermediario en la transmisión
del estimulo.
Puede participar como molécula efectora citotoxica sobre bacterias, virus y celulas
tumorales a nivel de macrofagos y neutrofilos.
El NO puede oxidarse en presencia de O2 a dioxido de nitrogeno (NO2) que es un RL muy
reactivo. El NO2 se transforma a compuestos mas estables como el nitrato (NO3^-) y nitrito (NO^).
La reaccion entre superoxido con NO forma anion peroxinitrito (ONOO-) que no es radical
pero es altamente reactiva y reaccioa con metaloproteinas, lipidos, azucares y ADN.
El NO reacciona con radicales organicos, como el radical peroxilo que se forma en
peroxidacion de membranas, deteniendo la propagacion de la peroxidacion de lipidos por un
mecanismo de dismutacion.
NO y las patologías
La sobreproduccion de NO es toxica para la celula. Sobreestimula la guanilato ciclasa,
inhibe la respiración celular produciendo caida de ATP y alteración en la homeostasis del calcio.
Metodos de determinación de las EROs
Determinación directa: mediante tecnicas de fluorescencia, resonancia paramagnetica
electronica, espectrofotometria y quimioluminiscencia.
Determinación indirecta: Se evalua el daño a biomoleculas como lipidos, proteinas, y ADN.
Evaluacion de defensas antioxidantes
1. Determinación de la actividad de la superoxido dismutasa, catalasa, glutation
peroxidasa.
2. Determinación de antioxidantes hidrosolubles como la vit C y acido urico.
3. Determinación de antioxidantes liposolubles como la vit E, carotenoides, ubiquinoles.
La mayoria de estas determinacions se realizan en sangre, suero, plasma, orina, liquido sinovial,
LCR, saliva, exudado pleural y plasma seminal.
TP 18 radiocompetencia proteica.doc
browser_emoji Estamos procesando este archivo...
browser_emoji Lamentablemente la previsualización de este archivo no está disponible. De todas maneras puedes descargarlo y ver si te es útil.
Descargar
. . . . .