La hidroquinona y el catecol como despigmentantes cutáneos

Camila Elder Bueno & Mayra Alejandra Uribe

Resumen

En este trabajo de investigación se centra en dos estudios realizados para encontrar la relación

entre dos de los productos más usados como despigmentantes cutáneos y la inhibición

enzimática de la tirosinasa, enzima encargada de la catalización de la producción de melanina.

Se econtró que la hidroquinona, aunque es el producto más eficiente para la inhibición

enzimática aumenta su eficacia en presencia de productos como el peróxido de hidrógeno,

mientras que el catecol sí se considera un inactivador de suicidio de la tirosinasa, sin ningún

producto que aumente su eficacia.

Introducción

El cuidado de la piel ha sido un campo de importancia para la industria cosmética, es por esto

que en el mercado se pueden encontrar gran cantidad de productos enfocados hacia el

embellecimiento y cuidado del rostro entre los cuales se puede encontrar maquillaje, cremas

hidratantes, protectores solares, agentes blanqueadores o despigmentantes, etc. Estos últimos

son productos cosméticos cuya función es corregir hiperpigmentaciones cutáneas que pueden

ser causadas por factores internos como las sulfamidas y los estrógenos o externos como el

maquillaje, rayos ultravioleta o rayos Roentgen, además se han registrado hiperpigmentaciones

en casos de trastornos ginecológicos, hipofisarios, tiroideos o suprarrenales, durante o después

de la menopausia y en estados carenciales como hipovitaminosis, ferropenia e hipoproteinemia,

también se han registrado casos en los que el uso de productos anticonceptivos como

anovulatorios que inducen un estado de embarazo artificial provocan hiperpigmentación cutánea

[1].

Aspectos relevantes

La melanina es un pigmento de color negro o negro parduzco, presente en forma de gránulos en

el citoplasma de ciertas células de vertebrados , es la responsable de la coloración especial de la

piel, el pelo o la coroides en los ojos, cumple funciones tales como la protección frente a la

radiación solar y la protección celular por medio de la captación de radicales citotóxicos [2], a

pesar de que su estructura no está completamente determinada, su conocimiento y

caracterización es de vital importancia. La formación de melanina tiene lugar en los

melanosomas que se hallan en las células de la capa basal de la epidermis, los melanocitos, la

melanogénesis está regulada por los rayos ultravioleta, estímulos hormonales y factores

hereditarios [1], la melanina es sintetizada en el melanocito dendrítico originado en la cresta

neural. Los melanocitos se caracterizan por contener una enzima, la tirosinasa, capaz de

hidroxilar la tirosina (hidroxifenilanina) a DOPA (dihidroxifenilalanila) [2]. Las melaninas

pueden tener básicamente dos formas, las eumelaninas y las feumelaninas, las eumelaminas son

las que le confieren a la piel y el pelo el color castaño oscuro a negro, predominan en la raza

negra y absorben un 98% de la radiación UV-B, las feuomelaminas tienen una débil capacidad

para filtrar la radiación ultravioleta, lo cual las hace más vulnerables a la acción de la radiación

solar [3]. Los estudios ultraestructurales permitieron demostrar que la formación de melanina

pasa a través de cuatro etapas perfectamente identificables. En una primera etapa se produjo la

síntesis de polipéptidos ricos en tirosina y tirosinasa inactiva, en el retículo endoplásmico

rugoso. En una etapa posterior el material sintetizado pasa al aparato de Golgi, formándose

gránulos laminares. En un tercer estadio el granulo contiene polipéptidos con residuos de

tirosina, tirosinasa y melanina (melanosoma). Por último el cuarto estadio (granulo de

melanina), el granulo contiene melanina, pero no polipéptidos con tirosina ni tirosinasa [2]

Esquema 1. Ruta de síntesis de feomelaminas y eumelanina.

Según Lemmel las principales afecciones cutáneas que se presentan son las efélides o manchas

del verano que son manchas pardas que contienen melanina y están exclusivamente en piel

expuesta al sol. La propensión de su aparición está condicionada por la herencia, los lunares

son manchas oscuras que de la piel congénita o adquirida, las cuales aparecen en cualquier

región cutánea, no variando con la exposición solar, los melasmas consisten en una

hiperpigmentación asintomática que se asienta principalmente en la cara. Es frecuente en

mujeres de piel morena y sin brillo y es rara en el hombre, se asocia a la menopausia, el uso de

anovulatorios, trastornos hormonales e hipofisiarios, la administración de rayos UV o

cosméticos, las manchas seniles que son muy parecidas a las pecas, pero se diferencian de estas

por su tono de color las zonas donde aparecen más frecuentemente son la cara y el dorso de las

manos, también puden aparecer en zonas expuestas a la radiación solar, las hipercromías por

fotosensibilización o dermatitis de Berloque, son dermatitis causadas por el uso de perfumes o

aguas de colonias. Los desencadenantes son ciertos ingredientes conocidos como

furocomarinas, presentes principalmente en la esencia de bergamota y en otras sustancias de

origen vegetal, por lo general su efecto se acentúa con la exposición de la piel al sol, las

hipercromías por medicamentos, entre los principales causantes se encuentra el uso del

anovulatorios, psoralenos, sulfamidas, antidepresivos tricíclicos, diuréticos tiácidicos,

antidiabéticos con sulfonilurea, tetraciclinas, entre otros, también están las hipercromías

postinflamatorias que son provocadas por depilación con cera, lesiones del acné, herpes,

dermatitis atópica y/o quemaduras.

Figura 1. Hiperpigmentación de las células basales.

El método más usado para aclarar el color de la piel disminuyendo la pigmentación cutáneo es

decolorar la melanina que ya se encuentra formada, y evitar que se forme nueva melanina [1],

los resultados de este método son visibles luego de largos periodos de tiempo y están sujetos a

precauciones de foto protección. De acuerdo con Lemmel la mayoría de las sustancias

despigmentantes que frenan o retardan el proceso de melanogénesis actúan en varias etapas:

Destrucción selectiva de los melanoncitos

Inhibición de la formación de melanosomas y alteración en su estructura

Inhibición de la biosíntesis de la tirosinasa por medio de bloqueos de los factores que

inducen en la síntesis de la tirosinasa, inhibición de su actividad enzimática, formulación

de un sustrato que inhiba la actividad de la tirosinasa e inhibición de la glucolisación.

Interferencia con la transferencia de melanosomas

Decoloración de la melanina formada

Para el tratamiento de la hiperpigmentación los principales productos utilizados son el ácido

kójico que es un producto del metabolismo de los hongos y es usado al 1%, algunos

hidroxiácidos como el ácido láctico, aunque pueden ser por si mismos despigmentantes por lo

general se usan como potenciadores de la hidroquinona [4], el catecol y sus derivados que

destruyen la mayoría de las células pigmentadas, pero han sido catalogados por la mayoría de

los expertos como menos eficientes que la hidroquinona [1], la monobenzona y algunos de sus

derivados tales como: dioxibenzona, octabenzona, oxibenzona, estas benzonas actúan mediante

un mecanismo similar, inhiben la tirosinasa impidiendo la formación de melanina [5], debido a

efectos secundarios tales como irritación, dermatitis y alergia al contacto el uso de la

monobenzona quedo restringido como agente blanqueador en los pigmentos restantes de

pacientes en tratamiento de vitiligio [6], la hidroquinona considerado como el producto más

efectivo ya que interviene con la producción de la pigmentación en la melanina y daña

selectivamente los melanocitos y melanosomas [6].

Aspectos específicos

La hidroquinona ha sido ampliamente usada como agente despigmentante de la piel, peo su uso

como agente tópico no está exenta de riesgos, la hidroquinona es un agente despigmentante

usado para la hipermelanosis, produce una despigmentación reversible por medio de la

inhibición de la oxidación enzimática de la tirosina a melanina, por medio de la tirosinasa, la

cual es vital para la melanogénesis, esta inhibición da como resultado el decrecimiento en la

formación de la melanina con la subsecuente reducción de la pigmentación, por lo general la

hidroquinona no completa la despigmentación de la piel, la hidroquinona puede tener efectos

adversos tales como irritación local, eritemas, ardor, escozor y puede presentarse sequedad o

figuración de las áreas paranasales e infraorbitales [7], por lo cual su uso como tópico está

prohibido en la Unión Europea, y en 2006 la FDA revoco su anterior aprobación para su uso en

Estados Unidos [8], ya que fue uno de los productos de mayor uso para la despigmentación de

la piel, se han hecho numerosos estudios de su mecanismo de acción, encontrándose que la

hidroquinona si inhibe la tirosinasa, pero no le es posible hacerlo sin la presencia de un agente

reductor como el peróxido de hidrogeno o el ácido ascórbico [9], además también se ha

determinado que la acción despigmentante de la hidroquinona es producida por un mecanismo

citotóxico, además de determinar que el catecol en contraste con la hidroquinona si es un

inactivador de suicidio [8].

Figura 2. Moléculas de catecol e hidroquinona.

MECANISMO DE ACCIÓN DE LA HIDROQUINONA EN PRESENCIA DE H2O2

La tirosinasa es una enzima que contiene cobre y se encuentra ampliamente distribuida en la

naturaleza. Cataliza dos tipos de reacciones: la orto-hidroxilación de monofenoles a o-difenoles

y la oxidación de o-difenoles a o-quinonas. Ambos tipos de reacción requieren oxigeno

molecular como el segundo sustrato en la enzima [9]. Los primeros estudios sobre la acción de

la tirosinasa de la hidroquinona sugirieron que la hidroquinona no actúa sobre el compuesto,

pero que en contraste la hidroquinona se oxido por la o-quinona generada que actúa sobre el

sustrato o-difenol. Estudios recientes usando tirosinasa del melanoma Harding-Passey, mostro

que la hidroquinona inhibe la vía de la biosíntesis de la melanina a partir de L-tirosina y L-

DOPA, y en estudios posteriores se propuso que la hidroquinona inhibe la ruta de biosíntesis de

la melanina a partir de L-tirosina y L-DOPA, lo que llevo a sugerir que los efectos fisiológicos

adversos de la hidroquinona pueden ser debido a su oxidación por la tirosinasa. Estos estudios

también sugirieron que la hidroquinona hidroxila a 2-hidroxihidroquinona a través de la acción

de la tirosinasa, aunque la formación enzimática directa de 2-hidroxihidroquinona no ha sido

experimentalmente demostrado.

Como se puede ver en la figura 2, la hidroquinona es un isómero del catecol, el cual es un

sustrato conocido de la tirosinasa, sin embargo , recientemente se ha sugerido que la

hidroquinona no es ni un sustrato ni un inhibidor de la tirosinasa, lo que lleva a concluir que la

hidroquinona se oxida en presencia de sustratos de la tirosinasa de modo que la oxidación es

indirecta, sin embargo estudios sobre la acción de la tirosinasa de monofenoles y o-difenoles

sugieren que la hidroquinona es un sustrato de la tirosinasa, pero que su actividad enzimática no

es evidente ya que la hidroquinona no es capaz de cerrar el ciclo catalítico enzimático, mediante

la transformación de la de la tirosinasa de la forma met-tirosinasa (Em ) a la forma oxi-tirosinasa

(EOX), esto se puede hacer mediante el uso de un o-difenol como un reductor el Em , inactivo en

monofenoles se transforma en desoxi-tirosinasa (Ed ), el cual mediante la unión con el

oxígeno, se transforma en EOX (activo en monofenoles), alternativamente Em se covierte en EOX

por la adición de H2O2. La acción de la enzima sobre la hidroquinona en presencia de H202 se

representa en el esquema 2. Notése que en el mecanismo propuesto 2-hidroxihidroquinona no

se acumula en el medio y así los experimentos no representan ningun tipo de retraso. Por lo

tanto la hidroquinona en presencia de H202 hace que el monofenol no presente ningun tipo de

retraso.

La acción de la tirosinasa en la hidroquinona se puede ver en la figura 3. En la ausencia de H2O2

la enzima no muestra ninguna actividad (a), mientras que en su presencia la adsorbancia a 480

mm se incrementa (b). A medida que la concentración de la enzima se incrementa la pendiente

también aumenta, lo que demuestra el incremento de la adsorbancia con el tiempo (b-f).

Esquema 2. Mecanismo estructural propuesto de la vía catalítica de la tirosinasa bajo la acción

de la hidroquinona en presencia de H2O21

[9].

El aumento de la absorbancia puede ser debido a la hidroxilación de la hidroquinona (HQ) a 2-

hidroxihidroquina (HHQ) y su posterior oxidación a 2-hidroxi-p-benzoquinona (HPB).

Experimentalmente esta hidroquinona es roja debido a la presencia de H2O2, que provoca la

1 Abreviaciones: BH1 base protonada, Ed desoxi-tirosinasa, Em HHQ complejo met-tirosinasa/2-

hidroxihidroquinona , Eox HQ complejo oxi-tirosinasa/hidroquinona, HQ hidroquinona, HPB 2-hidroxi-p-benzoquinona.

formación de EOX a partir de Em, lo que se puede ver en el esquema 2. De esta manera el H2O2

ayuda a identificar la hidroquinona como un sustrato de la enzima tirosinasa [9]. La acción de

la enzima en HQ en presencia de H2O2 se muestra en el esquema 2.

Figura 3. Acción de la tirosinasa en la hidroquinona en presencia de peróxido de Hidrógeno,

efecto de la variación de la concentración de la enzima. 2

MECANISMO DE ACCIÓN DEL CATECOL

Se ha encontrado en algunos estudios in vitro que la hidroquinona en lugar de inhibir la enzima

de la tirosinasa estimula su actividad por la formación de aductos que indirectamente son

capaces de actuar como sustratos secundarios [8]. lo que se muestra en el esquema 3. Por

medio del mecanismo Quintox® En el que un sustrato unido (catecol) desprotona los átomos de

cobre, lo que conduce a la eliminación reductora de Cu (0) del sitio activo en particular, la

tirosinasa contiene dos átomos de cobre en su sitio activo y se une un dioxígeno para dar oxi-

tirosinasa (Esquema 3). Esta forma de la enzima cataliza la formación de o-quinona por la

oxidación de cualquiera de los fenoles (actividad monooxigenasa) o catecoles (actividad

oxidasa). La tirosinasa es la única que tiene estos dos modos discretos de oxidación con

mecanismos sutilmente diferentes. Los catecoles son transformados normalmente por la

actividad oxidasa, pero también pueden actuar como sustratos de monooxigenasa de oxi-

tirosinasa que conduce a la eliminación reductora de Cu (0) y a la inactivación de la tirosinasa

(Esquema 3). Teóricamente, también se podría esperar la hidroquinona para conducir a la

inactivación de la tirosinasa por un mecanismo similar, pero sólo si se trata de un sustrato

monooxigenasa. De hecho, y en contraste al catecol, se puede afirmar que la hidroquinona no

es ni un sustrato ni un activador de suicidio de la tirosinasa.

2 [9]Medido con una longitud de onda de 480 Las condiciones experimentales fueron: 30 mM de

tampón de fosfato (pH 7.0), la concentración inicial HQ, [HQ] 0 = 0,5 mM, inicial Concentración de H2O2, [H2O2]0 concentraciones = 2.5 mM y la enzima inicial, [E] 0, eran (nM): 0 (a), 10 (b), 35 (c), 55 (d), 75 (e), 90 (f), 115 (g) y 130 (h).

Esquema 3. Mecanismo Quintox®. El catecol es un sustrato de la monooxigenasa tirosinasa,

mientras que la hidroquinona no lo es.

Tabla 1. Productos de la oxidación catalizada de la tirosinasa.

Sustrato(s) RT3 Estructura4

1. Hidroquinona 4.1 3c (Hidroquinona)

2. Catecol 4.2 orto-quinona

5.3 2a (Catecol)

6 2c

6.4 2d

6.5 2b

8 2e

3. Catecol + hidroquinona 4.1 3c (Hidroquinona)

4.7 3ª

5.3 2a (Catecol)

5.6 3d

6.5 3b

6.7 3e

3 Tiempo de retención en minutos.

4 Los números de los productos corresponden a las estructuras mostradas en los esquemas 4-5.

Esquema 4. Ilustración de los productos de la oxidación del catecol detectados después de 22

minutos de incubación

Esquema 5. Resumen de los productos obtenidos de la oxidación del catecol en presencia de la

hidroquinona

Los productos de oxidación del catecol detectados después de 22 minutos de incubación fueron

identificados como los compuestos ilustrados en el Esquema 4 y las propiedades se resumen

Tabla 1. No todos los intermedios postulados fueron identificados ya que asumen que en estos

casos la tasa de las etapas subsiguientes en la secuencia de reacciones es rápida en comparación

con la tasa de formación. Consecuentemente la concentración en estado estacionario de estos

intermedios es demasiado bajo para que puedan ser identificados en el sistema. En la co-

presencia de hidroquinona 3c las reacciones propuestas se resumen en el Esquema 4. El 1,4-

benzoquinona formado por intercambio redox con orto-quinona no se detectó en los productos

por separado después de 33 minutos de incubación y parece reaccionar rápidamente con agua

para formar derivados hidroxilados, algunos de las cuales se oxida a la correspondiente quinona

3a . Los productos restantes parecen estar formado por la adición de hidroquinona a orto-

quinona dando lugar a un sustrato de la tirosinasa 3b que se somete a una oxidación adicional a

la 3d orto-quinona y ciclización que conduce a la dibenzodioxina 3e derivada.

El examen de los productos de la oxidación catalizada de la tirosinasa demuestra una formación

de aductos que se le contribuye a la adición reductora de los compuestos hidroxi en los

compuestos orto-quinona. Estos productos se mostrarón en la ausencia de hidroquinona y se

formaron principalmente por reacción con sustrato residual en la mezcla de la reacción, en la co-

resencia de hidroquinona se detectaron una gama de productos de adición y las estructuras se

muestran en los esquemas 4-5. Una consecuencia de la formación de dicha adición es la

generación de compuestos que son sustratos potenciales de la tirosinasa, los cuales se forman y

se oxidan. En el caso de los compuestos catecólicos esta oxidación puede tener lugar

indirectamente por intercambios redox, pero esto no puede ser en el caso de los aductos

fenólicos (estructura 3b, esquema 5), para los que se tiene evidencia de oxidación, estos

compuestos pueden actuar como sustratos monooxigenasa competitivos para la tirosinasa y por

tanto inhibir el mecanismo de auto-inactivación.

Conclusiones

Se puede concluir con base a los dos estudios consultados que el catecol si es un sustrato de la

tirosinasa que actúa como un inhibidor enzimático de la misma, mientras que la hidroquinona

no es un sustrato primario ni un inhibidor de suicidio de la tirosinasa, pero al actuar en presencia

de un agente reductor mejora su efecto en la tirosinasa lo que lo hace eficiente como

despigmentante cutáneo, pero esta eficiencia es producto de un efecto citotóxico que aumenta

conforme aumenta la cantidad de hidroquinona presente en el agente despigmentante.

Referencias bibliográficas

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