Estres Oxidativo (ROS y RNS)

7/26/2019 Estres Oxidativo (ROS y RNS)

1/115

RADICALES LIBRES, ESTRSOXIDATIVO Y XIDO NTRICO

- 2011 -

Marco A. Galleguillos Caamao, B.Q. Mg en B.Q.

Fac. Cs. Veterinarias y Pecuarias

Universidad de Chile


2/115

Perspectiva histrica de los Radicales Libres

-En 1954 se habl por primera vez de la presencia de RL en unmaterial biolgico. (Commoner et al. 1954, Nature 174:689).

-En 1956 Denhan Harman plante que los RL del O2pueden serformados por reacciones enzimticas in vivo. ( Harman, 1956, JGerontol 11:298)

-En 1969 se descubri la SOD (Mc Cord and Fridovich, 1969, J Biol.Chem. 244:6049)

-En 1977 Mittal y Murad descubrieron que el O2-., a travs de su

derivado, el OH. , estimula la guanilato ciclasa (Proc. Natl Acad Sci

USA 74:4360. 1977)

-En 1987 se descubri que el NO provocaba la relajacin de lamusculatura lisa a travs de un mecanismo dependiente de GMPcclico.


3/115

Rebeca Gerschman(1903-1986)

En 1954 publica en Scienceun

artculo en el que postul que el

efecto txico del O2tiene un

mecanismo comn con el efecto de laradiacin ionizante (rayos X) sobre

los tejidos.

La existencia de radicales libres es

confirmada por varios autores y

relacionada con el proceso de

envejecimiento:

Harman 1956

Halliwell 1991


4/115

La teora de Gerschman no fue aceptada en el

momento de su formulacin

Los RL fueron considerados demasiado txicos para existir en lossistemas biolgicos en condiciones fisiolgicas, teniendo en cuenta sualta reactividad qumica sin especificidad.

El oxgeno era conocido como un oxidante y la radiacin era reconocidacomo un reductor. Un mecanismo comn para ambos era impensable (ladismutacin no estaba considerada).

No haba una consideracin del papel de las mujeres en la ciencia(similar al caso de Rosalind Franklin, como describi F. Crick en Thedouble helix).


5/115

Presiones elevadas de oxgeno (hiperoxia) son txicas para los animales.

20 100 1000pO

2(kPa)

Supervivencia delos ratones

0,2 atm 18 semanas1 atm 33 horas10 atm 30 minutos

106

104

102Supervivencia

(min)

Datos de Gerschman


6/115

La teora de Gerschman(Gerschman - Gilbert 1954 - 1966)

Los radicales libres de oxgeno son elmecanismo molecular comn para el oxgeno yla radiacin ionizante.

Un aumento en la presin de oxgeno o unadisminucin de la defensa antioxidanteconducen a un dao celular.


7/115

Radilisis de molculas biolgicamenteesenciales (efecto directo)

AH + Energa AH++ e-

Radilisis del agua (efecto indirecto; 3490kJ/mol, potencial de ionizacin agua lquida)

H2O + Energa H2O+ + e-


8/115

H2O + E ionizante H2O+ + e-

e- + n H2O eaq

H2O+ H+ + HO

H2O+ + H2O H3O+ + HO

e- + O2 O2. (efecto oxgeno)


9/115

Efecto Bert

En 1878 Paul Bert observ el efecto queproduce en un animal un ambiente hiperxico.

Este efecto sugiere la toxicidad del O2particularmente para el SNC


10/115


11/115


12/115

Por qu el SNC es ms afectado por la hiperoxia?

- Mayor consumo de oxgeno

- Mayor contenido de c. grasos insaturados

- Menor capacidad antioxidante


13/115

En condiciones de reposo el cerebro de unser humano adulto (170 cm, 70 Kg, 20

aos) consume alrededor del 20 % del totalde O2(3 L/h de 15 L/h) incorporado alorganismo.


14/115

El cerebro representa el 2 % del peso

corporal
http://asymptotia.com/wp-images/2007/08/homer-simpson-wallpaper-brain-1024.jpg


15/115

Reactive Oxygen SpeciesROS

Anin superxido O2.-

Perxido de hidrgeno H2O2

Radical hidroxilo HO.


16/115


17/115

Reaccin de Fenton


18/115

Especies no radicales con potencial contribucin alestrs oxidativo

Roland Stocker and John F. Keaney, Jr.Role of Oxidative Modifications in Atherosclerosis Physiol Rev, Oct 2004; 84: 1381 - 1478.
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/Physiol%20Rev%202004%20ROS%20atherosclerosis.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/Physiol%20Rev%202004%20ROS%20atherosclerosis.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/Physiol%20Rev%202004%20ROS%20atherosclerosis.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/Physiol%20Rev%202004%20ROS%20atherosclerosis.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/Physiol%20Rev%202004%20ROS%20atherosclerosis.pdf


19/115

Radicales libres en sistemas biolgicos

Roland Stocker and John F. Keaney, Jr.Role of Oxidative Modifications in Atherosclerosis

Physiol Rev, Oct 2004; 84: 1381 - 1478.
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/Physiol%20Rev%202004%20ROS%20atherosclerosis.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/Physiol%20Rev%202004%20ROS%20atherosclerosis.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/Physiol%20Rev%202004%20ROS%20atherosclerosis.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/Physiol%20Rev%202004%20ROS%20atherosclerosis.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/Physiol%20Rev%202004%20ROS%20atherosclerosis.pdf


20/115

Fuentes Celulares de ROS


21/115


22/115


23/115


24/115

Molculas blanco de las ROS

Lpidos: lipoperoxidacin de c. grasos poliinsaturados

DNA: modif. de bases, azcar, ruptura de hebra y

cross-links. Esta mutagnesis contribuye enf. comocncer, enfermedades degenerativas.

Protenas: GruposSH, reacciones con aldehdos,

entrecruzamiento entre protenas y fragmentacin.Carbonilacin de protenas (Lys, Arg, prolinas ytreoninas)


25/115


26/115

Malondialdehdo: marcador de lipoperoxidacin


27/115

Marcador de dao al DNA por ROS:

Se ha encontrado elevado en cancer de mama(M.Y. Wang, K. Dhingra, W.N. Hittelman, J.G. Liehr, M. deAndrade, D.H.Li, Lipid peroxidation-induced putative malondialdehydeDNAadducts inhuman breast tissues, Cancer Epidemiol. Biomark. Prev. 5 (1996) 705710.)


28/115

Carbonilacin de Protenas

MCO: MetalCatalyzed Oxidative

M difi i d d l l d i i id


29/115

Modificacin de cadenas laterales de varios aminocidos


30/115


31/115

MDA

MDA puede reaccionar con residuos de lisina


32/115

La oxidacin de protenas por ROS:

Ruptura de enlaces peptdicos Modificacin oxidativa de residuos de ac. Conversin de algunos ac. a derivados carbonlicos Entrecruzamiento anormal protena-protena

Proteolisis

Recambio

Acumulacin

Patologa

Dimerizacin de protenas (P)


33/115

Dimerizacin de protenas (P)


34/115

4-hidroxi-2-nonenal

PUFA: c. graso poliinsaturado


35/115

MDA

Dimerizacin de protenas (P) por malondialdehdo (MDA)


36/115

Qu es el ESTRS OXIDATIVO?

Desequilibrio entre oxidantes y antioxidantes a favor

de los oxidantes, conduciendo a un potencial dao

A i id l l


37/115

Antioxidantes celulares


38/115

Qu situaciones fisiolgicas pueden

provocar un aumento en la generacinde ROS?

HipoxiaInflamacinHiperglicemia sostenidaIsquemia-ReperfusinEnvejecimiento

Hipoxia e Hiperoxia generan ROS


39/115

Hipoxia e Hiperoxia generanROS


40/115

C. elegans


41/115

Relacin entre longevidad y ROS


42/115

sageke.sciencemag.org/cgi/content/full/sageke;2001/1/oa5

Fig. 3: Delaying death. Caenorhabditis elegans that were fed a

synthetic compound (EUK-134) that inactivates both superoxideanion and hydrogen peroxide lived longer than worms that werenot given the dietary supplement. The effect on life-span dependedon concentration of the antioxidant, with the worms that consumedlarger amounts of the antioxidant living longer than those that ateless of it.

Relacin entre longevidad y ROS

Arch Ref pdf
http://sageke.sciencemag.org/cgi/content/full/sageke;2001/1/oa5http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/O2%20bueno%20y%20malo%202001.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/O2%20bueno%20y%20malo%202001.pdfhttp://sageke.sciencemag.org/cgi/content/full/sageke;2001/1/oa5http://sageke.sciencemag.org/cgi/content/full/sageke;2001/1/oa5


43/115

Incremento en la expresin de ciertos genes aument el promedio de vida en D. melanogaster
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/teorias%20de%20aging%202005.pdf


44/115


45/115


46/115


47/115


48/115


49/115

Principales vas de produccin y degradacin deEROS


50/115

Vitamina C


51/115


52/115

La mitocondria es la principal fuente de ROS en las clulas


53/115


54/115

Se produce una mayor probabilidadde producir EROS si hay un excesode aporte de electrones a la CTE y

un bajo consumo a nivel de lacitocromo c oxidasa.

EFECTO DE LAHIPERGLICEMIA POST-

ABSORTIVA?


55/115


56/115


57/115

Wulf DrgePhysiol Rev 82:47-95, 2002.
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/rev%20Wulf%20Dr%C3%B6ge%202002.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/rev%20Wulf%20Dr%C3%B6ge%202002.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/rev%20Wulf%20Dr%C3%B6ge%202002.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/rev%20Wulf%20Dr%C3%B6ge%202002.pdf


58/115

Wulf Drge

Physiol Rev 82:47-95, 2002.
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/rev%20Wulf%20Dr%C3%B6ge%202002.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/rev%20Wulf%20Dr%C3%B6ge%202002.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/rev%20Wulf%20Dr%C3%B6ge%202002.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/rev%20Wulf%20Dr%C3%B6ge%202002.pdf


59/115

Funciones fisiolgicas de los RL:

-Regulacin del tono vascular

- Sensor de oxgeno y regulacin de las funciones de la [O2]

- Reforzamiento de la sealizacin de varios receptores demembrana (Rec EFG, Rec Insulina).

- Sistemas de respuesta frente al estrs oxidativo

Diferentes estmulos generan ROS


60/115

g


61/115

Reactive Oxygen SpeciesROS

En PubMed


62/115


63/115


64/115


65/115


66/115

Tiorredoxina


67/115

Tiorredoxina

A.- La Trx-1 se derivatiza con


68/115

A. La Trx 1 se derivatiza concarboximetilos en presencia de c.yodoactico . En un gel nativomigra ms la Trx con mayor carga

negativa.

B.- La Trx-2 es exclusiva demitocondria y la forma reducida se

derivatiza con AMS (c.4-acetamido-4-maleimidilestilben-2,2- disulfonico)


69/115


70/115


71/115


72/115


73/115


74/115

XIDO NTRICO(NO)


75/115

CARACTERSTICAS DEL XIDO NTRICO

Es un gas radical libre ( N=O )

Tiene una vida media de 2 a 6 segundos en un

medio biolgico

Se descompone rpidamente a NO2- y NO3-.

Tiene afinidad por los grupos Hemo. (Ej:

Hemoglobina, citocromos, guanilato ciclasa, la

propia NOS)

Puede interaccionar con radicales libres derivados

del oxgeno produciendo sustancias txicas.


76/115


77/115

http://www.elsevier.com/wps/find/journaldescription.cws_home/622926/description#description

Los motores de combustin interna generan NO
http://www.elsevier.com/wps/find/journaldescription.cws_home/622926/descriptionhttp://www.elsevier.com/wps/find/journaldescription.cws_home/622926/description


78/115

g


79/115

EFECTOS DEL NO

EFECTOS DIRECTOS

EFECTOS INDIRECTOS


80/115

NO


81/115

NO


82/115

NO


83/115


84/115


85/115


86/115


87/115


88/115


89/115

Ref Internet
http://physrev.physiology.org/cgi/reprint/87/1/315?maxtoshow=&HITS=10&hits=10&RESULTFORMAT=&fulltext=ROS+NOS&searchid=1&FIRSTINDEX=0&sortspec=relevance&resourcetype=HWCIThttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/rev%20Peroxynitrite%20Disease%202007.pdfhttp://physrev.physiology.org/cgi/reprint/87/1/315?maxtoshow=&HITS=10&hits=10&RESULTFORMAT=&fulltext=ROS+NOS&searchid=1&FIRSTINDEX=0&sortspec=relevance&resourcetype=HWCIT


90/115

Ref Internet
http://physrev.physiology.org/cgi/reprint/87/1/315?maxtoshow=&HITS=10&hits=10&RESULTFORMAT=&fulltext=ROS+NOS&searchid=1&FIRSTINDEX=0&sortspec=relevance&resourcetype=HWCIThttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/rev%20Peroxynitrite%20Disease%202007.pdfhttp://physrev.physiology.org/cgi/reprint/87/1/315?maxtoshow=&HITS=10&hits=10&RESULTFORMAT=&fulltext=ROS+NOS&searchid=1&FIRSTINDEX=0&sortspec=relevance&resourcetype=HWCIT


91/115


92/115

EL XIDO NTRICO ES SINTETIZADO APARTIR DE LA ARGININA

REACCIN DE


93/115

Arginina Hidroxiarginina

Citrulina

OH

NADPH H++ NADP+

BH4

O O H2O

++

COO-

NH2

NH2

H

H3NN +

OO

H2O1/2 NADP

+

N O.

+

COO-

NH2

NH

H

H3NN

+

COO-

NH2

O

H

H3NN

1/2 (NADPH + H )+

REACCIN DESNTESIS DEL NO


94/115


95/115


96/115

NOS I NOS II NOS III

M.M. 160 kDa 130 kDa 130 kDa

Dependencia Ca2+

-calmodulina - Ca2+

-calmodulina

Local izacin Subcelular Citosol Citosol Membrana

Otros Nombres nNOS iNOS eNOS

Expr es in gni ca Constitutiva Inducible Constitutiva


97/115

Inhibidores de la NOS


98/115


99/115

L-NAME

N--nitro-L-arginina metil ester

N

NH

N

NH2

C

O

OCH3

H H

O2N

Dadores de xido de ntrico


100/115


101/115

Funciones fisiolgicas delxido ntrico

TonoVascularAdhesin CelularPermeabilidad Vascular


102/115

Protectores

AntioxidantesInhibicin de Adhesin deLeucocitos

Proteccin de las clulascontra dao de oxidantes

Dainos

Inhibicin de Funcin deEnzimasDao al DNA

Induccin de Peroxidacin deLipidosDisminucin de reserva deAntioxidantesIncremento de la suceptibilidada: Radiacin, AgentesAlquilantes y Metales Txicos

Regulatorios

Inhibicin de AdhesinPlaquetaria

NO

MacrfagoClula endotelial


103/115

Ca2+ [Ca2+]

eNOSNO

Arg

Ach

ARNm iNOS

iNOS

Arg

NO

Citoquinas

Glu

Ca2+

[Ca2+]nNOS NO

ArgininaDendrita neuronal

Clula glialTerminal neuronal pre-sinptico

Endotelio vascular


104/115

Clula endotelial


105/115

Relajacin delmsculo liso

Ca2+[Ca

2+

]

eNOS

Arg

NO

Ach


106/115
http://content.onlinejacc.org/content/vol43/12_Suppl_S/images/large/s68.04004401.gr1.jpeg


107/115
http://content.onlinejacc.org/content/vol43/12_Suppl_S/images/large/s68.04004401.gr1.jpeg


108/115

Regulacin de la produccin de NO


109/115

Regulacin de la produccin de NO

Transcripcin

Traduccin

Control postraduccional (modificacin covalente)Control por inhibidores (ej. metil arginina)


110/115


111/115


112/115

Glu

Ca2+

[Ca2+]

nNOS NO

ArgininaDendrita neuronal

Clula glialTerminal neuronal pre-sinptico

dominio


113/115

PDZ


114/115

Macrfago


115/115

ARNm iNOS

iNOS

Arg

NO

Citoquinas

Documents

Estres Oxidativo (ROS y RNS)