30 Jun 2020

Formación de radicales libres y antioxidantes en los animales



Los radicales libres (RL) cumplen una importante función en variados procesos homeostáticos como intermediarios en reacciones de oxidación-reducción (redox) esenciales para la vida.

La destrucción de microorganismos por fagocitosis, la síntesis de mediadores inflamatorios y la detoxificación constituyen algunos ejemplos relevantes.

Las concentraciones bajas de RL son beneficiosas e incluso indispensables; sin embargo, en cantidades excesivas son tóxicos, ya que al oxidar moléculas biológicas las alteran y desencadenan trastornos en el metabolismo celular.

Afortunadamente los organismos aeróbicos poseen un sistema antioxidante (AO) protector que limita la acción nociva de los RL. Este sistema protector se compone de enzimas y nutrimentos esenciales cuya función es evitar la formación de RL, capturar aquellos que se han formado y remover o reparar las biomoléculas dañadas.

La generación de RL y la defensa AO se encuentran en equilibrio; al romperse este equilibrio se crea una situación llamada estrés oxidativo, que puede producir daño celular, desencadenar trastornos fisiológicos y favorecer la presentación de procesos patológicos.

 

Radicales libres y especies reactivas del oxígeno

En sentido estricto, un RL representa cualquier especie química de existencia independiente que posee uno o más electrones desapareados (o sea, un número impar) girando en sus orbitales atómicos externos. Esta configuración, electroquímicamente muy inestable, le confiere la propiedad de ser una especie química altamente agresiva y de corta vida.

Se ha observado que la magnitud de esta reactividad se correlaciona inversamente con su vida media. Desde el punto de vista químico, un RL puede originarse por distintos mecanismos, pero el más frecuente en los organismos vivos es mediante la adición de un electrón a una molécula estable.

La mayoría de las moléculas en un organismo sólo contienen electrones pareados en sus orbitales atómicos. Una vez formados, los RL interactúan con otras moléculas a través de reacciones redox con el propósito de lograr una configuración electrónica estable. En una reacción redox ocurre una transferencia de electrones entre las especies químicas participantes. Una de ellas cede electrones libres (proceso denominado oxidación) y otra, necesariamente, los recibe (proceso denominado reducción).

La molécula que cede electrones recibe el nombre de agente reductor y la molécula aceptora se llama agente oxidante. Cuando un RL reacciona con una molécula estable, se convierte en un RL y se desata una reacción en cadena: un RL genera a otro RL. Sólo cuando se encuentran dos RL la reacción en cadena se detiene.

El tipo más frecuente de encontrar es el RL del oxígeno, en cuya estructura está presente el oxígeno como centro funcional. Este grupo está constituido por el anión superóxido, el radical hidroxilo y los RL derivados de compuestos orgánicos: peroxilo y alcoxilo.5 También se incluyen los compuestos reactivos tales como el peróxido de hidrógeno y el oxígeno singlete. Esto último ha llevado a preferir la denominación general de Especies Reactivas del Oxígeno (ERO) con el fin de incorporar a aquellas especies químicas que se comportan como oxidantes (peróxido de hidrógeno, ácido hipocloroso, hidroperóxidos y metabolitos epóxido). (ver también ¿Qué son las Especies Reactivas del Oxígeno?)

 

Origen de las especies reactivas del oxígeno

En los organismos vivos, las ERO tienen orígenes endógenos y exógenos, los RL actúan tanto dentro como fuera de la célula. Su producción, se localiza:

a) En las mitocondrias, durante el metabolismo aeróbico normal.

b) En los peroxisomas, generan peróxido de hidrógeno como producto intermedio.

c) En el sistema enzimático citocromo P-450, constituye una defensa primaria contra varios xenobióticos y sustancias endógenas que aumentan la producción de RL.

d) Los aniones superóxido pueden ser producidos cuando los fagocitos destruyen células infectadas con bacterias o virus, mediante una descarga oxidante compuesta básicamente por el peróxido de hidrógeno, hipoclorito y óxido nítrico, además del anión superóxido.

Las fuentes exógenas incrementan en forma notable la producción de las ERO. Altas ingestas de algunos metales de transición como el Fe y Cu promueven la generación de RL. La capacidad de estos iones para aceptar y donar electrones constituye la base para la formación y propagación de muchas reacciones tóxicas.

Otras fuentes exógenas descritas son la radiación, humo del cigarro, algunos solventes orgánicos y pesticidas, los productos de la oxidación de lípidos en alimentos, la radiación solar, las micotoxinas, el trauma, la hiperoxia y el sobreejercicio.

Acción de las especies reactivas del oxígeno sobre macromoléculas

La mayoría de las macromoléculas biológicas pueden ser oxidadas, sin embargo, las biomoléculas más lábiles son los lípidos. La peroxidación de lípidos (LPO) es particularmente destructiva, ya que se desarrolla como una reacción en cadena autoperpetuante. Se inicia cuando las ERO atacan un ácido graso polinsaturado (AGP) y le arrebatan un átomo de hidrógeno al grupo metileno. Rápidamente esta molécula adiciona oxígeno y se transforma en un RL peroxilo ácido graso que actúa como transportador de la reacción en cadena ya que ataca a otros AGP e inicia nuevas reacciones.

 

Este mecanismo se facilita con la presencia de iones de metales de transición y por los dobles enlaces contenidos en la cadena AGP.  Los productos finales de la LPO son lípidos peroxidados que al degradarse originan nuevos RL y una amplia variedad de compuestos citotóxicos.

Las consecuencias del daño en la estructura molecular del AGP son más evidentes cuando estos lípidos forman parte de las membranas celulares o subcelulares, ya que se altera su cohesión, fluidez, permeabilidad y función metabólica.

Si bien las proteínas, péptidos y aminoácidos también constituyen un blanco para las ERO, su acción es menos dramática que frente a los lípidos, debido al lento progreso de las reacciones.

Los carbohidratos, como la glucosa y otros monosacáridos relacionados, sufren peroxidación bajo ciertas condiciones. El ADN también constituye un blanco de ataque por parte de las ERO, principalmente el ADN mitocondrial.

En resumen, la lesión celular acontece como producto del daño que sufren las biomoléculas que conforman sus distintas estructuras, pero particularmente por las alteraciones producidas en la membrana que alteran su función metabólica.

 

Antioxidantes

Dado que las ERO y otras formas de RL se producen constantemente en forma inevitable durante los procesos metabólicos, la célula ha desarrollado un poderoso y complejo sistema de defensa para limitar la exposición a estos agentes que reciben el nombre de antioxidantes (AO)

Muchos de los AO son enzimas o nutrimentos esenciales, o incorporan nutrimentos esenciales en la estructura de sus moléculas,13 entendiendo como nutrimento esencial a aquel compuesto que debe ser ingerido porque el organismo es incapaz de sintetizarlo.

 

Red antioxidante 

La defensa antioxidante en los organismos aerobios involucra no sólo a los AO preventivos que limitan la formación de ERO o capturan los RL intermediarios deteniendo las reacciones en cadena, sino también al complejo enzimático encargado de remover o reparar a los constituyentes celulares dañados o alterados.

Un componente adicional en la red AO son las proteínas de almacén y transporte de iones metálicos, cuya acción es secuestrar y limitar la exposición a los iones Fe+3 y Cu+2, ya que su exceso promueve la generación de RL. Las proteínas que cumplen esta función son: Ferritina, transferrina, lactoferrina, ceruloplasmina, haptoglobina, metalotioneína, hemopexina y carnosina.

 

Antioxidantes no enzimáticos

Los AO no enzimáticos constituyen un heterogéneo grupo de moléculas que capturan RL y originan especies menos nocivas para la integridad celular. El mecanismo de acción es la donación de un electrón a un RL con el fin de estabilizarlo.

Los AO no enzimáticos hidrofílicos  incluyen:

  •  Vitamina C. Reacciona en forma directa con los RL superóxido, hidroxilo y varios hidroperóxidos lipídicos. También actúa regenerándo a la vitamina E.  A pesar de su manifiesta propiedad AO, puede desempeñarse como un potente prooxidante en presencia de excesivas concentraciones de iones Fe+3 y Cu+2.

 

  • Glutatión  Actúa frente a numerosos compuestos oxidantes, tales como peróxido de hidrógeno, superóxido, hidroxilo y especies reactivas del carbono.

 

  • Ácido úrico Aunque tradicionalmente ha sido considerado un producto terminal del metabolismo de las purinas, su función como AO biológico, tanto intra como extracelular, ha comenzado a reconocerse. Su mecanismo de acción aparentemente sería prevenir la oxidación de la Vitamina C y formar complejos con los metales Fe y Cu.

 

  • Ergotioneína Llega a las células a través de la ingesta de vegetales.

 

  • Flavonoides polifenólicos Potentes quelantes de metales y capturadores de ERO

 

Los AO no enzimáticos hidrófobos se ubican en membranas e incluyen:

  • Vitamina E
  • Vitamina A
  • Ubiquinona, también llamada coenzima Q

 

Antioxidantes enzimáticos

  • Superóxido dismutasa (SOD) Esta enzima es una metaloproteína presente en las células aerobias y fluidos extracelulares.

 

  • Catalasa De amplia distribución intracelular, se concentra principalmente en peroxisomas y mitocondrias22,24 para catalizar la descomposición del peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno.

 

  • Glutatión peroxidasa (GSH-Px) Es una selenoproteína que, en las células animales, se ubica en la matriz mitocondrial y en el citosol. El sitio activo de GSH-Px contiene selenio (Se)

 

Fuente: https://www.redalyc.org/pdf/423/42333306.pdf



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