Radicales Libres

RADICALES LIBRES

1. CONCEPTO

Son especies químicas que se caracterizan por poseer electrones desapareados, -que pueden ser considerados fragmentos moleculares- los cuales generalmente son muy reactivos.

OXÍGENO

VIDA

EQUILIBRIO

PRO-OXIDANTE ANTI-OXIDANTE

2.

De dónde provienen los Radicales Libres?

Las moléculas están compuestas por átomos unidos entre si, al compartir electrones. Cuando dos átomos se unen, sus electrones forman un par y se crea un enlace.

Sólo dos electrones pueden existir en un enlace. Cuando un enlace se rompe cada electrón va con un

átomo y se forman iones. Si al romperse quedan los dos electrones en el mismo

átomo se genera un Radical Libre. Los antioxidantes sirven de blanco para esos electrones.

O2 O-2

Oxígeno molecular Ión superóxido

1s sp3

Agua

Función mitocondrial

La energía del organísmo proviene del ATP El ATP se genera en un 95% en las

mitocondrias. El consumo de O2 en las mitocondrias está

acoplado a la generación de ATP. La energía del proceso de transferencia de

electrones está acoplada al transporte de H+ de la matriz mitocondrial al citosol.

Oxidación mitocondrial

La oxidación de sustratos hasta la formación de H2O se realiza con la salida de H+ al espacio intermembranoso.

Se genera un potencial

protomotriz p que dirige los H+ de vuelta a la matriz mitocondrial a través de la ATPasa o ATP sintetasa.

La ATPasa genera ATP.

NADH

H2OH+

ATP

ADPH+

p +-

Producción de Radicales Libres La transferencia de electrones de los sustratos al oxígeno

no es perfecta. Una pequeña parte de los electrones (2%) reacciona con

el oxígeno molecular produciendo el RL anión superóxido.

Este fenómeno se produce a nivel de la ubisemiquinona (Coenzima Q)

O

O

OH

O*

OH

OH

Ubiquinona oxidada Semiquinona RL Ubiquinona reducida

Generación y disposición de RL 22 OeO

Oxígeno Superóxido

2222 22 OHOHO

2 Superóxido Peróxido de hidrógeno

SOD +Cu,Zn,Mn

2222 21

OOHOH Catalasa + Fe

GSSGOHGSHOH 222 22Glutation peroxidasa + Se

Generación y disposición de RL

O

OO2

+

e-

O

OO

O

O O-2

OO + 2 H +

2

O2

+O

OH

H

H2O2

O

OH

H

OH

H

+

espontáneo

Superóxido dismutasa

catalasa

Formación de Peroxinitrito

Recientemente se ha descubierto que la membrana mitocondrial contiene una óxido nítrico sintetasa, que produce óxido nítrico NONO.

Los dos componentes O2- y NO, reaccionan formando

peroxinitrito.

ONOONOO

NOcitNADPArgNADPH

2

2

Óxido nítrico sintetasa

El radical OH* es un oxidante extremadamente reactivo, capaz de extraer hidrógeno de los carbonos alílicos (=CH-) de distintos componentes celulares, como ácidos grasos insaturados o bases púricas y pirimídicas de los ácidos nucleicos.

Generación y disposición de OH

22

32 FeOFeO

OHOHFeFeOH 3222

OHOHOOOH 2222

GSSGOHGSHOH 2222

Envejecimiento y RL En 1954 Gerschman propugna que :

– Los RL son el mecanismo molecular de la toxicidad del oxígeno y las radiaciones.

– Que un aumento de RL o disminución de antioxidantes llevan a daño celular: stress oxidativo.

En 1956 Hartman señala “los RL producen un daño acumulativo y al azar en las macromoléculas biológicas con disminución de las funciones vitales y envejecimiento”.

En 1963 Orel establece que el envejecimiento es la suma de errores accidentales de traducción del mensaje genético, por lo que se degrada el mensaje genético y la estructura de los organismos.

Envejecimiento mitocondrial La acumulación del daño oxidativo al ADN mitocondrial

modifica las mitocondrias por:– Aumento de tamaño.– Aumento de permeabilidad al H+ con colapso del p y menor

síntesis de ATP.– Salida del Ca2+ intramitocondrial.– Liberación del superóxido al citosol.

ATP

ADPp+-

p +-

H+

H+

ATPasaATPasa

Ca2+

O2-

Superóxido en el hematíe

El oxígeno unido a la Hb puede oxidarse a superóxido, a una tasa del 1% por hora

Como resultado se forma Metahemoglobina y superóxido Ambos productos son dañinos :

– La metahemoglobina no puede unirse al oxígeno– El superóxido es transformado en peróxido de

hidrógeno Ambos son dañinos y provocan lisis y anemia

Hb-Fe2+ . O2 Hb-Fe3+ + O2-

antioxidantesPreventivosDescomponen hidroperóxidos

CatalasaGlutation peroxidasaPeroxidasa

Secuestro de metalesTransferrinaHaptoglobinaCeruloplasminaAlbúmina

Captadores de electronesHidrofílicos:vit CLipofílicos:vit E carotenos

ESTRÉS OXIDATIVO

ENFERMEDAD

PRO-OXIDANTE

ANTI-OXIDANTEAlteraciones debidoA Radicales Libres

Stress Oxidativo

Lipoperoxidación

•Cáncer

•Inflamación

•Aterosclerosis

Daño al DNA

•Cáncer

Daño a las Proteínas

Cataratas

Demencia senil

Artritis reumatoide

FUENTES DE RADICALES LIBRES EN LAS CÉLULAS

FUENTES ENDÓGENAS:

* Cadena transportadora de electrones mitocondrial

* Cadena transportadora de electrones microsomal

* Enzimas oxidantes Xantina oxidasa Indolamina dioxigenasa Triptofano dioxigenasa Ciclooxigenasa Monoaminooxidasa, etc.* Células fagocíticas* Reacciones de Autoxidación (ej. Epinefrina, Fe2+)

FUENTES DE RADICALES LIBRES EN LAS CÉLULAS

FUENTES EXÓGENAS: Sustancias con ciclo redox (ej. Paraquat,

aloxano, doxorubicina) Oxidaciones de drogas (ej. Paracetamol,

CCl4) Humo de cigarrillos Luz solar Shock de calor, otros.

  Especies reactivas Antioxidantes

1O2

 O2-

   

OH* 

RO* 

ROO* 

H2O2

  

LOOH

Oxigeno singlete Radical libre superóxido  Radical libre hidróxido Radical libre alcoxilo Radical libre peroxilo Peróxido de hidrógeno Peróxido de lípidos

Vitamina A, -caroteno, vitamina E Superóxido dismutasavitamina E, -caroteno     Vitamina E, vitamina C,  Catalasa, glutatión peroxidasa Glutatión peroxidasa

Especies reactivas de oxigenoEspecies reactivas de oxigenoy sus antioxidantesy sus antioxidantes

•Los electrones en la molécula de 02 están en una concebtración de energía alta.

Existen alguna circunstancias en las que también se producen RL:

- Dieta hipercalórica.

- Dieta insuficiente en antioxidantes.

- procesos inflamatorios y traumatismos.

- Fenómeno de isquemia y reperfusión.

- Ejercicios extenuantes.

Efecto nocivo de los radicales libresEl daño celular producido por los RL ocurren sobre diferentes macromoléculas.

1. Lípidos: Es aquí donde se produce el daño mayor en un proceso que se conoce como peroxidación lipídica, afecta a la estructuras ricas en ácidos grasos poliinsaturados (PUFA), ya que se altera la permeabilidad de la membrana celular produciéndose edema y muerte celular. 2. Proteínas: hay oxidación de un grupo de aminoácidos como la fenilalanina, tirosina, histidina y metionina; además se forman entrecruzamiento de cadenas peptídicas, y por ultimo hay formación de grupos carbonilos. 3. ADN: Ocurren fenómenos de mutaciones y carcinogénesis, hay perdida de expresión o síntesis de una proteína por daño a un gen especifico, modificaciones oxidativas de las bases.

Sistema de defensa antioxidanteLos antioxidantes impiden que otras moléculas se unan al oxígeno, al reaccionar-interactuar más rápido con los radicales libres del oxígeno y las especies reactivas del oxígeno que con el resto de las moléculas presentes, en un determinado microambiente –membrana plasmática, citosol, núcleo o líquido extracelular.

INTRACELULARSuperóxido dismutasa

Catalasa

Peroxidasa

Glutation

Proteínas que ligan metales

Vitamina C

Polifenoles

MEMBRANAVitamina E

-carotenos

Ubiquinol

EXTRACELULARCeruloplasmina

Transferinas

Lactoferrinas

Albuminas

Vitamina C

Acido urico

Vitamina E

PRINCIPALES ANTIOXIDANTESPRINCIPALES ANTIOXIDANTES

•Sistemas ezimáticos

SuperoxidodismutasaCatalasaGlutation peroxidasaGlutation reductasa

•Compuestos liposolublesVitamina E-carotenoVitamina ABilirrubina

•Compuestos hidrosolublesAscorbatoGlutation reducidoGlucosaÁcido úricoCisteína

•Compuestos proteicosAlbúminaCeruloplasminaFerritina

•MisceláneosMetales de transición: Se, Cu, Zn, Mn.FlavonoidesQuímicos sintéticos