TOXICIDAD DEL OXGENOY DAO DE LOS

RADICALES LIBRES

El 02 es esencial para la vida, pero tambin txico.

Ventajas del 02: en las reacciones de oxidacin de las rutasde generacin de trifosfato de adenosina (ATP),desintoxicacin y biosntesis.

Desventajas: cuando el 02 acepta un nico electrn, setransforma en radicales de oxgeno muy reactivos, quedaan los lpidos celulares, las protenas y el DNA

RADICALES

Figura 24.1. El O2 es un birradical.

Posee dos electrones antienlazantes con espines paralelos, (flechas).

Tiene tendencia a formar especies reactivas de oxgeno (ROS), como

- el superxido (O2- ),

- el perxido de hidrgeno (H202), que no es un radical, y

- el radical hidroxilo (OH-)

Son compuestos que contienen un electrn desapareado, generalmente en un orbital exterior.Estos electrones no pueden ir en el mismo orbital puesto que tienen espines paralelos (espinesen la misma direccin).Un radical libre es un radical capaz de tener una existencia independiente.Los radicales son muy reactivos e inician una cadena de reacciones extrayendo un electrn deuna molcula vecina para completar sus propios orbitales.

Los radicales orgnicos se generan cuando el superxido o el radical hidroxilo extraen de formaindiscriminada electrones de otras molculas.Un grupo adicional de radicales que contienen oxgeno, denominados RNOS, contienen tantonitrgeno como oxgeno.stos derivan principalmente del radical libre xido ntrico (NO), el cual se produce deforma endgena por la enzima xido ntrico sintasa. El xido ntrico se combina con el 02 oel superxido para producir RNOS adicionales.

Algunas enfermedades asociadas conel dao de los radicales libres

Aterognesis Trastornos cardiovascularesBronquitis enfismica Dao por isquemia-reperfusin

Distrofia muscular Duchenne Trastornos neurodegenerativos

Embarazo/preeclampsia Esclerosis lateral amiotrfica

Cncer cervical Enfermedad de Alzheimer

Enf. heptica por alcohol Sndrome de Down

Hemodilisis Dao por isquemia/reperfusin tras un infarto

Diabetes Enfermedades de Fosox

Insuficiencia renal aguda Esclerosis mltiple

Envejecimiento Enfermedad de Parkinson

Caractersticas de las especies reactivas de oxgeno

Las especies reactivas de oxgeno (ROS) : - son compuestos oxigenados que son radicales libres muy reactivos - compuestos quese convierten fcilmente en la clula en estos radicales libres de oxgeno.

La mayora de los metabolitos con oxgeno producidos por la reduccin del oxgeno por unelectrn (superxido, perxido de hidrgeno y radical hidroxilo) se clasifican como ROS

Figura 24.3. Reduccin deloxgeno en cuatro pasos enlos que interviene un nicoelectrn.

La reduccin del O2 porcuatro electrones nicosgenera, de formaprogresiva, superxido,perxido de hidrgeno,radical hidroxilo y agua.

El superxido a veces seescribe como O2- con el finde ilustrar mejor su nicoelectrn desapareado.

El H2O2, la forma medioreducida del 02, haaceptado dos electrones y,por lo tanto, no es un radicalde oxgeno.

Radical hidroxilo probablemente es la ROS ms potente de todas.Inicia una cadena de reacciones que forman perxidos lipdicos y radicales orgnicos, yse une directamente a determinados compuestos.

Anin superxido tambin es muy reactivo, pero- posee una solubilidad limitada y no puede difundir muy lejos- puede generar los radicales mucho ms reactivos hidroxilo e hidroperoxi, de formano enzimtica con el perxido de hidrgeno en la reaccin de HaberWeiss

Perxido de hidrgeno: no es realmente un radical, - es un agente oxidante dbil que se clasifica dentro de las ROS porque puede generar elradical hidroxilo (OH.). - Los metales de transicin como el Fe2+ o el Cu+, catalizan la formacin del radical hidroxilodel perxido de hidrgeno en la reaccin de Fenton

Fuentes primaria mayoritarias de especies

reactivas de oxgeno en la clulaLas ROS se estn formando continuamente en la clula; aproximadamente, entre e13 ye15% del oxgeno que consumimos se convierte en radicales libres de oxgeno.

El CoQ GENERA SUPERXIDOUno de los puntos ms importantes en la generacin de superxidoLa forma reducida de la CoQ con un nico electrn (CoQH.) se encuentra libre en lamembrana y puede transferir de manera accidental un electrn al O2 disuelto, --> O2

-

OXIDASAS, OXIGENASAS Y PEROXIDASASLa mayora de las oxidasas, peroxidasas y oxigenasas de la clula unen O2 y le transfierenelectrones nicos a travs de un metal.El citocromo P450 es la fuente mayoritaria de radicales libres que se escapan de lasreacciones, al transferir un electrn al O2 y a un sustrato orgnico

Otras Oxidasas: - Mono amino oxidasa (MAO): degrada la Dopamina - cido graso oxidasa peroxismica (genera H2O2 en vez de FADH2) - Xantina oxidasa, puede reducir el O2 a O2

- o a H2O2

RADIACIN IONIZANTE- Rompe el H2O en OH

. + H.

REACCIONES DE LOS RADICALES DEOXGENO CON COMPONENTES

CELULARESAtaque a la membrana:formacin de lpidos y radicales perxido lipdicosLa cadena de reacciones se propaga cuando el Oz se une al proceso, originando

radicales peroxilo lipdicos yperxidos lipdicos.

Protenas y pptidos:-Pro, Arg, Cys y Met, son particularmente susceptibles al ataque del radical HO. y al dao oxidativoDNA:- Las ROS son la fuente principal del dao al DNA --> Oxi-guanina

Figura 24.7. Dao celular provocado por losradicales libres. El superxido y el radicalhidroxilo inician la peroxidacin de lpidos en lasmembrana, celular, mitocondrial, nuclear y delretculo endorlsmico. El aumento de lapermeabilidad celular provoca una entrada de Ca ,que causa un dao mitocondrial adicional. Losgrupos sulfhidrilo de la cistena y otros residuosde aminocidos de las protenas se oxidan ydegradan. El DNA nuclear y el mitocondrialpueden oxidarse, producindose roturas en suscadenas y otros tipos de dao. Las RNOS (NO,NOZ y peroxinitrito) producen efectos similares.

XIDO NTRICO Y ESPECIES REACTIVASNITRGENO-OXGEN0 (RNOS)

El xido ntrico (NO) es un- radical libre que contiene oxgeno y, como en el caso del O2, es tan necesario como txico- tiene un electrn nico y debido a ello se une a otros compuestos con electrones nicos, como el Fe3+-a altas concentraciones, se combina con el O2 o con el superxido para formar especies qumicasreactivas y txicas que contienen oxgeno y nitrgeno (RNOS).

xido Ntrico Sntasa: 3 isoenzimas:nNOS: neuronal: regulada por Ca2+eNOS: endotelial: regulada por Ca2+iNOS: inducible: regulada por transcripcin del gen. - cantidades txicas de NO, asociadas a toxicidad de RNOS y NO

Figura 24.10. La enzima xido ntrico sintasa sintetiza el

radical libre NO. Como las enzimas del citocromo P 450, la NO

sintasa utiliza Fe-hemo, FAD y FMN para transferir electrones

nicos del NADPH al O2.

EFECTOS TXICOS DIRECTOS DEL NO y RNOSTOXICIDAD DEL NOAtaca:- centros de Fe y S (de Complejos I y III de cadena respiratoria (CR) y aconitasa)- protenas con Fe hmico (hemoglobina y citocromos de cadena respiratoria).- dao importante por inhibicin directa de la respiracin celular

A concentraciones muy altas el NO se combinacon el O2- peroxinitrito (ONOO-),o con el O2 para formar N203 (Fig. 24.11).

Peroxinitrito (ONOO-),- no es un radical libre,-es un fuerte oxidante de lipidos;-Met y grupos SH de Cys (centros Fe-S de (CR).- se puede escindir RNOS (NO2)- nitra anillos aromticos nitrotirosina o nitroguanosina.

El N203, nitrosila grupos sulfhidrilos o similares.

TOXICIDAD DEL DE LAS RNOS- dao oxidativo y de radicales libres como las ROS- son adems agentes nitrantes y nitrosilantes.- peroxidan de lpidos mitocondriales,- rompen el DNA de doble cadena-modifican las bases del DNA. Formacin de RNOS a partir del NO

DEFENSAS CELULARES CONTRA LA TOXICIDAD DEL OXGENOEnzimas atrapadoras antioxidantesA) Superxido dismutasas (SOD): O2- H2O2 y O2

3 isoenzimas: - citoslico (con Cu+-Zn2+); - mitocondrial (con Mn2+); - de medio extracelular (con Cu+-Zn2+)

B) Catalasa: reduce el H2O2 H2O y O2evitando la formacin de OH

. Por Reacciones de Fenton o de Haber Weiss.Especialmente abundantes en peroxisomas.

C) Glutation peroxidasa y glutation reductasa: Glutatin: (-glutaminilcisteinilglicina) Forma reducida 2GSH Forma oxidada GSSG

Los grupos -SH reducen el H2O2 H2Operxidos lipdicos alcoholes no txicos.

Se oxidan (2GSH) (GSSG) que se reduce de nuevo a 2 GSH por la glutatin reductasa,mediante un ciclo redoxLa fuente principal de NADPH utilizado en esta reaccin es la ruta de las pentosas fosfato.

Antioxidantes no enzimticos (atrapadores de radicales libres)

Son antioxidantes, que neutralizan a los radicales libres cedindoles un tomo dehidrgeno (con su correspondiente electrn).

Endgenos:Vitamina E (-tocoferol)Vitamina C (ascorbato)Vitamina A (carotenoides)Flavonoides

Endgenos:cido ricoMelatonina

24.18. La vitamina E (-tocoferol)finaliza la peroxidacin de losradicales libres lipdicos donandoelectrones nicos a los radicalesperoxil lipdicos (LOO.),originando un peroxilpido msestable, LOOH.

24.19. El L-Ascorbato (forma reducida) dona electrones nicos a los radicales libres o a losdisulfuros en dos etapas, con lo que se oxida a cido dehidro-L-ascrbico.

Acta sobre radicales libres y probablemente la regeneracin de la vitamina E.

Reacciona con H202, hipoclorito, radicales OH., y peroxilo, y N02.

Carotenoides

4.21. Flavonoides:todos la mismaestructura heterocclica (en azul).Sustituyentes: (=0, -OH y OCH3).La quercitina es eficaz en la quelacindel Fe y tiene actividad antioxidante.Se encuentra ampliamente distribuidaen frutas (principalmente en la piel) ylos vegetales

24.23. Modelo del papel de las ROS ylas RNOS en la degradacin neuronalen la enfermedad de Parkinson.1.Las concentraciones de dopamina seven disminuidas por la monoaminaoxidasa, generndose H2O2.2. Tambin puede producirsesuperxido en las mitocondrias, endonde la SOD le convertir en H2O2.Aumentan las concentraciones dehierro, lo que permite que tenga lugar lareaccin de Fenton, generandoradicales hidroxilo.3. El NO, producido por la enzimaiNOS, reacciona con el superxido,originando RNOS. 4. Las RNOS y el radical hidroxiloinician las reacciones en cadena de losradicales, lo que provoca peroxidacinlipdica, oxidacin de protenas,formacin de lipofuscina y degeneracinneurona. El resultado final es unamenor produccin y liberacin dedopamina, lo que lleva a los sntomasclnicos observados.