Unidad 3 Estr s Oxidante
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Unidad 3. Estrés oxidante
Francisco Hernández-Luis, María Elena Bravo-Gómez, Perla
Castañeda-López, Circe Mouret-Hernández
Facultad de Química, Departamento de Farmacia, UNAM
3.1. Efecto de los oxidantes en la salud humana
Por los avances que se han llevado a cabo para tratar de entender
cómo es que los procesos de oxidación celular, y factores externos e
internos que los desencadenan, están involucrados en algunos trastornos
clínicos (Tabla 3-1),1 esta área del conocimiento se ha convertido en uno de
los temas de estudio centrales en el campo de la toxicología.
Aunque los procesos de oxidación celular se presentan en todo momento
en el organismo, existen las defensas antioxidantes naturales, las cuales,
son generalmente adecuadas para aminorar o eliminar el daño que se
pudiese ocasionar. Sin embargo, estos antioxidantes y las enzimas que los
producen disminuyen con el envejecimiento.1-2
Figura 3-1. Estrés oxidante
Este trabajo tiene como propósito presentar los aspectos básicos
involucrados para la mejor comprensión del estrés oxidante.
3.2. Causas del estrés oxidante
El estrés oxidante en las células y tejidos se presenta cuando hay
una sobreproducción de especies oxidantes: O2¯ (anión superóxido), H2O2
(peróxido de hidrógeno).3 La presencia de estas especies químicas provoca
un desajuste en la relación oxidante/antioxidante de la célula, con tendencia
favorable hacia el primero. Dado que el estado redox del organismo es
prácticamente estable, el estrés oxidante es un fenómeno que se presenta
sólo en compartimentos corporales.4
Al parecer son tres las alteraciones intracelulares que de forma
directa ocasionan el estrés oxidante.5
- La sobreproducción de especies oxidantes como el H2O2 y de
radicales libres, como el anión superóxido
- La liberación de los complejos iónicos presentes en algunas
macromoléculas de importancia biológica
Tabla 3-1.Trastornos clínicos en donde están involucradas especies oxidantes
Daño inflamatorio Globulos rojos -glomerulonefritis (membranosa, idiopática*)
-foto-oxidación de protoporfirina -paludismo
-vasculitis por fármacos -efectos por primaquina y análogos -enfermedades autoinmunes -intoxicación por plomo -artrítis reumatoides -efectos por fenilhidrazina
-anemia Isquemia-estados de reflujo -favismo -infarto al miocardio -transplante de órganos Pulmones Reacciones inducidas por xenobioticos (efecto yatrógeno*)
-efectos del humo del cigarro -hiperoxia -efectos por bleomicina
Alteraciones por fierro
-enfisema -efectos por ozono
-hemocromatosis idiopática -efectos por bajo consumo
-displasia broncopulmonar -neumoconiosis
-efectos por sobredosis -efectos por dióxido de azufre -talasemia y otras anemias tratadas con transfusiones
antioxidantes oxidanteshomeostasis
antioxidantes oxidantesestrésoxidante
Estrés oxidante Departamento de Farmacia, Facultad de Química, UNAM.
2 Profesores: Francisco Hernández Luis, María Elena Bravo Gómez, Perla Castañeda López, Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández
Alcoholismo Sistema cardiovascular -aterosclerosis
Daño por radiación
-deficiencia de selenio (enfermedad de Keshan)
-cardiomiopatía alcohólica Envejecimiento
Riñones
-daño por aminoglicósidos Piel -radiación solar
-alteraciones por metales pesados -síndrome nefrótico
-daño térmico -porfíria -dermatitis por contacto
-alteraciones autoinmunes Sistema nervioso -Alzheimer
Ojos
-cataratogénesis -distrofia muscular -esclerósis múltiple
-hemorragia ocular -retinopatía
-daño por oxígeno hiperbárico -deficiencia en vitamina E
-daño degenerativo de retina -neurotoxinas -enfermedad de Parkinson
Tracto gastrointestinal -daño cerebrovascular por hipertensión
-acción diabetogénica del aloxano -pancreatítis
-encefalomielitis alérgica -daño traumático
-compuestos halogenados -sobredosis de aluminio -daño por antiinflamatorios no esteroidales (NSAIDs)
*Idiopática: de causa no determinada; el nombre de xenobióticos se refiere a
intoxicación por los mismos. Yatrógeno: inducido por administración de fármacos.
- La modificación de las defensas contra los radicales libres.
Es preciso indicar, que dichas alteraciones son a su vez producto
de otros desajustes celulares, tales como la activación incrementada de
leucocitos, alteraciones en el metabolismo del ácido araquidónico, cambios
en las concentraciones de antioxidantes celulares (Figura 3-2).5
Para que todas o alguna de estas modificaciones se presenten en
la célula, es necesario que se den ciertas condiciones, ocasionadas por
factores de naturaleza externa y endógena.6
Dentro de las externas se encuentran alimentos, contaminantes,
fármacos, radiaciones y productos cosméticos. Por lo que respecta a los
endógenos, abarcan una serie de alteraciones patológicas o fisiológicas,
algunas de las cuales son determinadas por el estilo de vida del individuo
(Tabla 3-2).5
Figura 3-2. Causas del estrés oxidante
Estrés oxidante Departamento de Farmacia, Facultad de Química, UNAM.
3 Profesores: Francisco Hernández Luis, María Elena Bravo Gómez, Perla Castañeda López, Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández
Nrf2: factor nuclear de transcripción; AP-1: proteína activadora 1; NF-kB: factor
nuclear potenciador de las cadenas ligeras kappa de las células B activadas.
Figura 3-3. Respuesta celular al estrés oxidante
Tabla 3-2. Factores que favorecen al estrés oxidante en el ser humano
Factores exógenos Factores endógenos
alimentos vida sedentaria dietas ricas en proteínas y lípidos ejercicio físico exhaustivo xenobióticos pro-oxidantes procesos inflamatorios (crónicos) dietas pobres en antioxidantes cáncer bebidas (café, alcohol) isquemia/perfusión
contaminantes muerte celular humo de cigarros estrés psicológico O3, NO2, SO2, hidrocarburos plaguicidas: paraquat,DDT, eldrin, lindano
exposición ocupacional (metales, asbestos)
fármacos anticancerígenos psoralenos (furocumarinas)
radiaciones radiación ionizante
radiación ultravioleta microondas
absorbentes dérmicos derivados de psoralenos (pigmentadores)
3.3. Especies oxidantes reactivas
En el campo de la toxicología se conocen dos tipos de especies
químicas que ocasionan daño celular o participan en los procesos para
amplificar estas alteraciones. Dichas especies son los intermediarios
reactivos, de naturaleza electrofílica, y las especies oxidantes reactivas.7
En el estudio del estrés oxidante son estas últimas las de mayor
relevancia. En términos generales, las especies oxidantes reactivas se
presentan con átomos de oxígeno o con átomos de nitrógeno.8 En la stabla
3-3 se presentan las de mayor relevancia biológica con sus nombres y
estructuras para identificarlas. Es importante señalar que la naturaleza de
estas especies reactivas no en todos los casos es de radical libre, ya que
existen sustancias como el peróxido de hidrógeno que no presenta esta
característica.8
Además de su naturaleza química, las especies reactivas son
diferentes en cuanto al valor de su vida media. El peróxido de hidrógeno,
los hidroperóxidos orgánicos y el ácido hipocloroso, presentan tiempos de
vida media del orden de minutos; el radical peroxilo y el óxido nítrico, del
orden de segundos; el anión superóxido, el oxígeno singulete y los
radicales alcoxilos, del orden de microsegundos; el radical hidroxilo del
orden de nanosegundos además de que está limitada a su difusión.4 La
contribución exacta de estas especies al daño celular aún no está del todo
Nrf2
AP-1
NF-kB
especies oxidantes:
citoplasma núcleo
antioxidantes:
activación de genes
antioxidantes,Fase I y II
mitocondriaARNm
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4 Profesores: Francisco Hernández Luis, María Elena Bravo Gómez, Perla Castañeda López, Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández
clara, dado que pueden ser iniciadores o productos del trastorno
patológico.4
Tabla 3-3. Especies oxidantes reactivas (ROS)
Especies reactivas con oxígeno Especies reactivas con nitrógeno
RADICALES RADICALES
anión superóxido O2¯' radical óxido nítrico NO ·
radical hidroxilo ·OH radical dioxido de nitrógeno NO2 ·
radical peroxílo ·OOR radical perhidroxilo ·OOH NO RADICALES radical alcoxilo ·OR ácido nitroso HNO2 radical protein hem ferrilo
·X-[Fe(IV)=O] catión nitronium catión nitrosilo
NO2 +
NO+ anión nitroxilo NO- NO RADICALES tetróxido de dinitrógeno N2O4 peróxido de hidrógeno H2O2 trióxido de nitrógeno N2O3 ácido hipocloroso HOCl peroxinitrito ONOO- ozono O3 alquilperoxinitritos ROONO oxígeno singulete 1O2
A continuación vamos a mencionar algunas de las características
generales de los ROS más estudiados y mencionados en la literatura.
3.3.1. El anión superóxido
El anión superóxido, el peróxido de hidrógeno y •OH se forman
como intermediarios en el proceso de reducción de una molécula de
oxígeno a agua, como se muestra en la figura 3-4.10 Se ha determinado que
aproximadamente el 2% del oxígeno reducido por las mitocondrias forma
anión superóxido.11 Esta sustancia se forma en prácticamente todas las
células aeróbicas. Una de sus fuentes principales, es la explosión
respiratoria que se presenta en los neutrófilos. En este proceso es
importante la participación del complejo NADPH oxidasa. En su estado
activado, este complejo se localiza en las membranas plasmáticas y
consiste de los siguientes componentes: NADPH deshidrogenasa, dos
subunidades de citocromo b558, y la proteína unidad a difenilyodonium
(Figura 3-5).9
Figura 3-4. Generación de especies oxidantes de la molécula de oxígeno
Figura 3-5. El complejo NADPH oxidasa
El anión superóxido puede transformarse en peróxido de hidrógeno
mediante la participación de una enzima llamada superóxido dismutasa
O O..
:
:
:
.. :
..:
..: . .
.
..
..: ..
..OO
....
..: ....OO ..
..: ....OO
1g O21g O2
oxígeno singulete 1O2
O2
+ 1e-
O2
_
...
..: ..
..OO
anión
superóxido
+ 1e- + 1e-+ 1e-
H2O2
O O..
.. :
..
..
.
: H H
peróxido de
hidrógeno
OH
O..
: ...H
radical
hidroxilo
H2O
H ..: ..O H
citocromo b558
NADPHdeshidro-genasa
membrana
plasmática
NADP+NADPH
Extracelular
proteína unida a
difenilenyodonium
O2
O2
_.
Intracelular
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5 Profesores: Francisco Hernández Luis, María Elena Bravo Gómez, Perla Castañeda López, Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández
(SOD, figura 3-6). Cada plaqueta humana contiene alrededor de 1 fg de
SOD, el cual es la mitad de lo que presentan los leucocitos.
Figura 3-6. Transformación del anión superóxido a peróxido de hidrógeno.
Importancia del potencial estándar de reducción.
A + B → C + D ∆G(−)
Tabla 3-4. Potenciales de reducción
Semi-reacción E´o (V)
½ O2 + 2H+ + 2e- → H2O 0.82
NO3- + 2H+ + 2e- → NO2
- + H2O 0.42
O2 + 2H+ + 2e- → H2O2 0.31
Citocromo c Fe3+ +e- → Citocromo c Fe2+ 0.25
FAD + 2H+ + 2e → FDH2 -0.22
GSSG + 2H+ + 2e → 2GSH -0.23
Citocromo b358F3+ + e- → Citocromo b358F2+- -0.24
NADP+ + H+ +2e- → NADPH+ -0.32
O2 + e- → O2.- -0.33
Ferredoxina Fe3+ +e- → Ferredoxina Fe2+ -0.43
1
2 O2 + 2H+ + 2GSH → H2O + GSSG + 2H+
∆E° = 0.82 + 0.23 = 1.05 (V)
Figura 3-7. Reducción del oxígeno.
O2
O2.-
HO·
H2O2
H2O
-0.330.89
0.38
2.32G = -nf E´o
f = 23.06 Kcal/V mol
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6 Profesores: Francisco Hernández Luis, María Elena Bravo Gómez, Perla Castañeda López, Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández
3.3.2. El peróxido de hidrógeno
Este compuesto puede ser formado espontáneamente o por la
participación de la SOD. Aunque no es un radical libre puede reaccionar
con el anión superóxido en presencia de metales de transición, para
generar al radical hidroxilo. Por esta razón, se le considera un oxidante
importante en las células epiteliales y en plaquetas. Las enzimas que
generan H2O2 se encuentran en el endotelio. Así como la SOD transforma
al anión superóxido en H2O2, este último es transformado en agua por las
enzimas catalasa o la glutatión peroxidasa. La catalasa presenta
prácticamente exclusividad de acción sobre el H2O2, la glutatión peroxidasa
por su parte puede transformar a otras especies oxidantes.
3.3.3. El radical hidroxilo (∙OH)
Éste radical es considerado una de las especies oxidantes más
dañinas. Por su vida media corta y alta reactividad, el ·OH generalmente
actúa en los sitios cercanos donde se produce. La generación de este
radical se ve favorecida por la presencia de metales de transición. Esto
constituye un aspecto importante del daño oxidante, el cual en cierta forma
está determinado por la ubicación de los metales de transición (fierro,
cobre) en la célula.
Una segunda forma de producción de ∙OH ha sido descrita, la cual
no requiere de la presencia de metales de transición. Como se muestra en
el figura 3-8 esta ruta involucra al anión superóxido y al óxido nítrico.
Figura 3-8. Alternativa para la generación de ∙OH
tioles (RSH) O2._
OH.H2O2 SRFe(II), Cu(I)
.
NADPH O2._
OH.H2O2Fe(II), Cu(I)
. NADP
O2._
OH.H2O2Fe(II), Cu(I)
catecolaminas
y análogossemiquinonas
ácido
ascórbico OH.H2O2
Fe(II), Cu(I)radical semiascorbato
lípidos
insaturadosFe(II), Cu(I)
OR. OOR. aldehídos
, , ,
, , ,
, , ,
, ,
, ,
Figura 3-9. Generación de especies oxidantes en los seres vivos por
sustancias endógenas
O2
_.+ NO ONOO
_
peroxinitritoanión
_ONOO + H+ ONOOH
HONOO OH. NO2.+
NO3
_+ H+
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7 Profesores: Francisco Hernández Luis, María Elena Bravo Gómez, Perla Castañeda López, Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández
En los sistemas biológicos, el anión superóxido genera H2O2
mediante la intervención de la enzima superóxido dismutasa (SOD); esta
enzima se localiza en el citosol (Cu, Zn-SOD) y en la mitocondria (Mn-
SOD). El H2O2 se descompone en moléculas de agua, por la intervención
de las enzimas catalasa o glutatión peroxidasa (GPO o GSH-Px). Aunque
esta conversión es muy rápida, se pueden presentar condiciones que
modifiquen el funcionamiento de estas enzimas, entonces, el peróxido de
hidrógeno podría producir radical hidroxilo mediante la reacción de Fenton
con la participación de metales de transición.5
O2
_.
2H+
O2._
O2
SODH2O2
2GSH
GSSG 2H2O
2H2O
OH. + OH_
Fe(II), Cu(I), Mn(II)
Fe(III(, Cu(II), Mn(III)
reacción de
Fenton
H2O2O2
GPO
CAT
SOD: suoperóxido dismutasa; CAT: catalasa; GPO: glutatión peroxidasa
Figura 3-10. Reacción de Fenton
3.3.4. Otras especies oxidante reactivas que no son radicales libres
Mencionaremos en primer lugar al oxígeno singulete. Esta especie
se forma por la inversión en el spin de uno de los electrones desapareados
de la molécula de oxígeno. Los electrones de spin contrarios pueden
ubicarse en un solo átomo (1∑ gO2) o en ambos átomos de oxígeno (1∑
gO2).
Otra de las especies oxidantes, que no es radical libre, es el ácido
hipocloroso (HOCl). Esta especie se forma en los neutrofilos. Estas células
tienen una hemoproteínperoxidasa, llamada mieloperoxidasa (MPO, del
griego myelo = médula ósea) en sus gránulos azurofílicos (que se tiñen con
anilinas azules). Cuando los neutrófilos se activan, liberan MPO al medio
extracelular donde interactúa con H2O2 y Cl- para formar HOCl. Este ácido
tiene un pKa de 7.5, por lo que a nivel fisiológico, se presenta en igual
proporción la porción iónica (base conjugada) y la no iónica. Ambas
especies son 100 veces más oxidantes que el anión superóxido y el H2O2.
Figura 3-11. Generación de HOCl en neutrófilos activados
Una de las consecuencias de la generación de HOCl, es la
oxidación y desactivación de la α-1-antiproteasa (α-1-antripsina). Esta
oxidasa
lisozima
proteínas catiónicas
lactoferrina
degranulación
O2
O2
_.
citocromob 245
SOD
H2O2
MPO
Cl-HClO
flavoproteína
NADPH
NAPD+
citoplasma
MPO
gránulos
azurofílicos
H2N-R
Cl-NH-R“producto
estable”
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8 Profesores: Francisco Hernández Luis, María Elena Bravo Gómez, Perla Castañeda López, Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández
proteína inhibe a la elastasa, la cual es una proteasa importante en los
procesos de inflamación. La falta de control de la elastasa, promueve una
proteólisis descontrolada. Prueba de esto es que cuando se previene en los
neutrófilos la generación de HOCl, las anti-proteasas permanecen activas y
son capaces de inhibir el daño epitelial.
Figura 3-12. Relación del daño causado por HOCl y las elastasas
3.4. Daño oxidante al ADN
Las macromoléculas biológicas que sufren daño por el estrés
oxidante son el ADN, los lípidos, las proteínas y los polisacáridos. De todas
ellas, al parecer el daño más significativo por las consecuencias que se van
a presentar es sobre el ADN.
En un primer plano, el daño se presenta en las bases
nitrogenadas. Aunque todas ellas son susceptibles de sufrir oxidación, es la
8-oxoguanosina, la que más se menciona en la literatura por ser la más
estable, lo que permite su cuantificación plasmática.
Figura 3-13. Daño oxidante sobre las bases nitrogenadas del ADN
En un segundo plano, es importante mencionar que el daño
oxidante al ADN puede activar a los proto-oncogenes con las implicaciones
que sobre la reproducción celular se vayan a presentar (Figura 3-14).
Figura 3-14. Algunas interacciones en los efectos del daño oxidante
elastasa
(activo)
elastasa
(inactivo)
inhibidor -1 proteasa
(inactivo)
inhibidor -1 proteasa
(activo)
HOCl
MPO
Cl-+H2O2
ROS
oxidación de los
ácidos nucleicos
nucleósidos oxidados
N
N N
N
R
OH
O
H2N
N
N N
N
R
O
H2N
O
H
8-oxoguanosina8-hidroxiguanosina
R: desoxiribosa
ADN
genes
inductor deperoxisomas
receptor
lipólisis L
LOOH
activación de
protooncogén
amplificacióndel oncogén
transformación
respuestamitogénica
replicación
ARNm
retículo
endoplásmicoH
2O
2
excesivo
peroxidaciónde lípidos
OH.
radicaleslibrescelular
proliferación inducción enzimáticacambios en la permeabilidadde membranas
de peroxisomas
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En un tercer nivel de daño, los ROS activan a la poly(ADP-ribosa)
sintetasa, una enzima que polimeriza los residuos de ADP-ribosa del NAD+.
Estos eventos están asociados con la disminución de nicotinamida y
adenin-nucleótidos (NADPH) así como la elevación intracelular de Ca (II), lo
que desencadena alteraciones celulares que se presentan en la siguiente
figura.
Fibroblasto: célula alargada y plana del tejido conjuntivo que constituye el elemento de los tejidos fibrosos
Figura 3-15. Daño oxidante a nivel de ADN y consecuencias
En las células la concentración citosólica del Ca(II) se mantiene en
un rango de 0.1 a 0.2 μM. En la parte extracelular, la concentración de este
ión es de 1.3 mM. Esta diferencia en los valores, permite la existencia de
un gradiente electroquímico que favorece la entrada de Ca (II) al interior de
la célula por medio de la participación de acarreadores. Por otro lado,
existen mecanismos encargados de expulsar el exceso de Ca (II) del
interior al exterior de la célula, o secuestrarlo para conservarlo en el interior
del retículo endoplásmico, núcleo o mitocondrias. La importancia del Ca(II)
es que opera como un biosensor para el funcionamiento de varias
hormonas y factores de crecimiento.
El incremento del Ca(II) citosólico provoca alteraciones en las
membranas (formación de “ampollas”) de células aisladas, lo cual parece
estar asociado a los daños por isquemia y muerte celular. El Ca (II) actúa
como segundo mensajero en la regulación de varias funciones
intracelulares. Por ejemplo, cuando la concentración intracelular de Ca (II)
se incrementa, se altera la organización del citoesqueleto como resultado
de la disociación de microfilamentos de actina y la activación de
fosfolipasas y proteasas.
3.5. La peroxidación de lípidos
Los componentes lipídicos de las membranas celulares son
vulnerables a la oxidación debido a la presencia de dobles enlaces en sus
estructuras. El ataque de radicales libres a estos compuestos forman lípidos
hidroperóxidos (LOOH). Esto puede inducir cambios en la permeabilidad de
las membranas y alterar la interacción de las interacciones lípido-proteínas
en las membranas.
liberación de metales dentro de
los tejidos, más reacciones por
radicales libres
destrucción celular
más liberación de Ca (II),
destrucción de membranas
más reacciones vía radicales
libres, incluyendo la
peroxidación de lípidosmayor generación de .OH
H2O2
disponibilidad incrementada de
Fe catalíticamente activo
incapacidad para mantener
la compartimentalización de
Fe intracelular (pools)
estimulación de proteasas-Ca(II),
hidrólisis de mataloproteínas
disminución
de glutatión
(GSH)
disminución de ATP
y NAD(P)(H)
incapacidad para mantener bajas
concentraciones de Ca (II)
daño al sistema
de transporte de
Ca (II)
activación de la
poli(ADP ribosa)
sintetasa
escisión de
hebras
modificación
de las bases
nitrogenadas
formación de .OH
en sitio específico
H2O2 ( O2-.)
ADNfibroblastos humanos
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Figura 3-16. Peroxidación de lípidos
A manera de ejemplo, se muestra la peroxidación del ácido
araquidónico en la figura 3-17.
Las consecuencias de la peroxidación de lípidos las podemos
enlistar de la siguiente forma:
a) pérdida de ácidos grasos poliinsaturados
b) disminución de la fluidez lipídica
c) permeabilidad alterada de la membrana
d) efectos en las enzimas asociadas a las membranas
e) transporte iónico alterado
f) generación de metabolitos citotóxicos de hidroperóxidos
liposolubles
g) liberación de material desde compartimientos subcelulares, por
ejemplo, las enzimas en los lisosomas
Una vez que los lípidos inician el proceso de peroxidación, se van
formando productos que a su vez van a presentar algunos efectos
fisiológicos en el organismo. Algunos de estos trastornos los mencionamos
a continuación:
a) peróxidos liposolubles
- estimulan la síntesis de prostaglandinas (activan a la ciclo-
oxigenasa)
- afectan el crecimiento celular
b) ácidos epóxidos
- afectan la secreción de hormonas
c) alquenal 4-hidroxilos (ej. 4-hidroxinonenal)
- afectan las actividades de la adenilciclasa y fosfolipasa C
- reducen el crecimiento y promueven la diferenciación celular
- inhiben la agregación de plaquetas
- bloquean la acción de macrófagos
- bloquean a grupos tioles
3.6. Alteraciones a proteínas y azucares
3.6.1. Daño oxidante a proteínas
Todos los aminoácidos de las proteínas son susceptibles, en mayor
o menor medida, a ser alterados por la presencia de radicales libres. La
exposición de proteínas al estrés oxidante puede resultar en modificaciones
a su estructura terciaria y/o secundaria. El daño a las proteínas se puede
dar por su interacción directa con radicales libres o por su interacción con
fase de
propagación
fase de
iniciación
metales de transición
radicales peroxilos y alcoxilos
.lípido hidroperóxido (LOOH) + L
abstracción de
hidrógeno
.radical peroxilo (LOO ) + LH
+O2
.radical libre (L )
abstracción de
hidrógeno
radical libre
lípido poliinsaturado (LH)
aldehídos, alcanos fase de
terminación
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11 Profesores: Francisco Hernández Luis, María Elena Bravo Gómez, Perla Castañeda López, Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández
los aldehídos producidos en la peroxidación de lípidos o en la oxidación de
monosacáridos. Tales daños pueden producir cambios en la actividad
enzimática, alteraciones en las membranas, enlaces cruzados entre
receptores proteicos. El daño a las membranas puede alterar la
homeostasis iónica de importancia crucial para la célula. A nivel de
membrana plasmática puede provocar la acumulación intracelular del Ca (II)
lo que provocaría la activación de proteasas y fosfolipasas; y a nivel de
membranas mitocondriales ocasionaría una exacerbación del daño inicial.
Los grupos carbonilos de los aldehídos pueden interaccionar con
los grupos aminos de los aminoácidos para formar bases de Schiff,
alterando su naturaleza estructural.
Figura 3-19. Bases de Schiff en proteínas
P: proteína
Un aspecto interesante que se presenta, es que el daño
ocasionado a un aminoácido particular se puede transferir a otro en donde
realmente se va a ser patente la alteración.
metionina triptofano tirosina cisteína
La formación de bases de Schiff se ha utilizado para explicar cómo
la oxidación de la lipoproteína de baja densidad (LDL) está implicada en
uno de los trastornos cardiovasculares conocido como aterosclerosis.* La
unión de malondialdehído al amino épsilon de la lisina en la apo-proteína B
(porción proteica de la LDL), disminuye la densidad de carga positiva en la
superficie de la LDL, lo que imposibilita su reconocimiento por los
receptores de la porción apo-proteína para introducirlo a las células. Por
otro lado, la LDL modificada es reconocida por receptores de macrófagos,
los cuales, cuando los incorporan, dan lugar a las capas celulares (células
espumosas), elementos patológicos en la aterosclerosis.
Figura 3-20. Formación de productos de Amadori
3.6.2. Daño oxidante a azucares
Los monosacáridos, particularmente las aldosas, llegan a
oxidarse, en presencia de trazas de metales de transición, generando
radicales libres, H2O2, y compuestos dicarbonílicos. La glucosa es
considerada ser tóxica en virtud de su capacidad para comportarse
como un aldehído. Por esto podría reaccionar con los nucleófilos de las
proteínas (glicosilación). Las bases de Schiff así formadas se re-arreglan
*Forma común de arteriosclerósis, caracterizada por la formación de depósito de grasa (ateromas) en la túnica de las arterias.
CH2 C H
O
CH
O
+2 P NH2
NH CH CH CH NP P
apoproteína Breceptores para
reconocimiento por
espumosas de células
formación
macrófagos
ingerido porLDL modificado
oxidación
vascularendotelio
LDL
compuestodicarbonilo
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12 Profesores: Francisco Hernández Luis, María Elena Bravo Gómez, Perla Castañeda López, Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández
para formar compuestos más estables conocidos como productos de
Amadori. Toda esta transformación es conocida como la reacción de
Maillard. Ha sido propuesto que los productos de Amadori están
implicados en las alteraciones vasculares que se presentan en la
diabetes mellitus.
donde P puede ser colágeno u otra proteína de la pared vascular
Esquema 14. Reacción de Maillard
3.7. Biomarcadores para el estrés oxidante
Existen algunos parámetros que se utilizan para determinar el daño
oxidante en seres humanos. Ejemplos de ellos se mencionan a
continuación.
- Daño oxidante a lípidos: determinación de los niveles de
prostaglandina F2.
En la Figura 3-21 se presentan las reacciones para la generación
del aducto del ácido tiobarbitúrico y el malondialhehído (TBAR).11
Tabla 3-5. Biomarcadores de estrés oxidante
Peroxidación de
lípidos
Oxidación de
proteínas
Oxidación de
carbohidratos
Oxidación de
ácidos nucléicos
Malondialdehído
(MDA)
F2-isoprostanos
Lipoproteína de
baja densidad
(LDL) oxidada
Anticuerpos
contra LDL
oxidada
Productos de
oxidación
avanzada de
lípidos
Acroleína
4-Hidroxinonenal
Productos finales
de glicación
avanzada (AGEs)
Oxidación de
tioles
Formación de 3-
nitrotirosina
Aldehídos
reactivos
8-hidroxi-2-
deoxiguanosina
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R C
OH
H
C H
O
glucosa (aldehído)
R C
OH
H
C
H
N P
R C
OH
C
H
NH PR C
O
CH2 NH P
producto de Amadori
P NH2
rearreglo
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Material complementario
Figura 3-21. Formación del aducto entre el ácido tiobarbiturico y el
malondialdehído
N
NS O
O
H
H
H
H
ácido tiobarbiturico
(TBA)
O O
malondialdehído
N
NS O
O
H
H
OOHH
-H2O
N
NS O
O
H
H
O
N
N S
O
O
H
H
H
H
N
N S
O
O
H
HN
NS O
O
H
H
OHH
N
NS O
O
H
HN
N S
O
O
H
H
-H2O
N
N S
O
H
H
OH
OHS N
N
HO
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Figura 3-17. Peroxidación del ácido araquidónico
Los efectos toxicológicos que estos productos ocasionan no se
deben a que presenten un comportamiento de especies oxidantes
reactivas, sino a intermediarios reactivos de naturaleza electrofílica. Por
esta razón, van a reaccionar con especies nucleofílicas presentes en el
organismo, tales como el glutatión, bases nitrogenadas, proteínas,
azucares (Figura 3-18).
Figura 3-18. Comportamiento de intermediarios reactivos de dos productos de
peroxidación
HH
COH
O
ácido araquidónico (AA)
OH COH
O
.
O2
O
O
COH
O
.
O
OCOH
O
.
O2
AAO
OCOH
O
OOH
(lípido hidroperóxido: LOOH).
O
OCOH
O
O
O
OCOH
O
OH
O
OCOH
OCHO
+C5H11
.
AA
pentano
C5H12
COH
OH
O
CHO
CHO
malondialdehído
(MDA)
+
enlaces
cruzados
polímeros
2 RNH2
NR
NHR
lipofuscina
.
fase deiniciación
(radical peroxilo: LOO ).(lípido poliinsaturado: LH)
H2O
(radical libre: L ).
Fe(II)
(radical alcoxilo)
OH
H
O
R
4-Hidroxinonenal: R = CH3(CH2)4
GSH
R
OH
O
H
GS
O OHR
GS
N
N N
N
O
H2N̈
Guanosina
O
R
OH
N
N N
N
O
NR
OH
O
H ¨HN
N N
N
O
N
H
R
OH
OH
O
O
H
H
Malondialdehído
(MDA)
H
Guanosina
N
N N
N
O
H2N
N
N N
N
O
N