Radicales

Radicales Libres

RADICALES LIBRES 2.

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

2.

OXÍGENO

VIDA

EQUILIBRIO PRO-OXIDANTE

ANTI-OXIDANTE

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.

Agua

1s

O2

Oxígeno molecular

sp3

O-2

Ión superóxido

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 

NADH H2 O

H+

-



∆p +

ADP ATP

H+



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.

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

OH

OH

O

O*

OH

Ubiquinona oxidada

Semiquinona RL

Ubiquinona reducida

Generación y disposición de RL −

O2 + e ⇒ O

Oxígeno

− 2

Superóxido

SOD +Cu,Zn,Mn

2O2− + 2 H + ⇒ O2 + H 2O2

2 Superóxido

Peróxido de hidrógeno Catalasa + Fe

1 H 2 O 2 ⇒ H 2 O + O2 2

Glutation peroxidasa + Se

H 2O2 + 2GSH ⇒ 2 H 2O + GSSG

Generación y disposición de RL O

+

O-2

e-

H

Superóxido dismutasa

O

O

O

O

H

O H

catalasa

O H

H

+

O H

O2

O

2

+2 H +

+

O

O

O O2

O

O

espontáneo

H2O2

Formación de Peroxinitrito 



Recientemente se ha descubierto que la membrana mitocondrial contiene una óxido nítrico sintetasa, que produce óxido nítrico NO. NO Los dos componentes O2- y NO, reaccionan formando peroxinitrito. Óxido nítrico sintetasa

NADPH 2 + Arg ⇒ NADP + cit + NO −

O2 + NO ⇒ ONOO

−

Generación y disposición de OH − 2

O + Fe

3+

⇒ O2 + Fe

2+

H 2O2 + Fe 2+ ⇒ Fe 3+ + OH − + OH •

H 2O2 + O2− ⇒ O2 + OH − + OH • 2OH • + 2GSH ⇒ 2 H 2O + GSSG 

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.

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.

H+

H+ - ADP

∆p+

ATP

ATPasa

Ca2+ O2 -

∆p + ATPasa

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-

antioxidantes Preventivos Descomponen hidroperóxidos Catalasa Glutation peroxidasa Peroxidasa Secuestro de metales Transferrina Haptoglobina Ceruloplasmina Albúmina Captadores de electrones Hidrofílicos:vit C Lipofílicos:vit E carotenos

Alteraciones debido A Radicales Libres

ANTI-OXIDANTE PRO-OXIDANTE

Stress Oxidativo ESTRÉS OXIDATIVO

Daño al DNA

Lipoperoxidació n

•Cáncer

•Cáncer •Inflamación Daño a las Proteínas Cataratas Demencia senil Artritis reumatoide

•Aterosclerosis

ENFERMEDAD

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 de oxigeno y sus antioxidantes Especies reactivas 1

O2

O2OH* RO* ROO* H2O2 LOOH

Oxigeno singlete

Antioxidantes Vitamina A, β-caroteno, vitamina E

Radical libre superóxido Superóxido dismutasa vitamina E, β-caroteno Radical libre hidróxido Radical libre alcoxilo Radical libre peroxilo

Vitamina E, vitamina C,

Peróxido de hidrógeno

Catalasa, glutatión peroxidasa

Peróxido de lípidos

Glutatión peroxidasa

•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 libres

El 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 antioxidante Los 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. INTRACELULAR Superóxido dismutasa Catalasa Peroxidasa Glutation Proteínas que ligan metales Vitamina C Polifenoles

MEMBRANA

EXTRACELULAR

Vitamina E β-carotenos Ubiquinol

Ceruloplasmina Transferinas Lactoferrinas Albuminas Vitamina C Acido urico Vitamina E

PRINCIPALES ANTIOXIDANTES •Sistemas ezimáticos Superoxidodismutasa Catalasa Glutation peroxidasa Glutation reductasa •Compuestos liposolubles Vitamina E β-caroteno Vitamina A Bilirrubina

•Compuestos hidrosolubles Ascorbato Glutation reducido Glucosa Ácido úrico Cisteína •Compuestos proteicos Albúmina Ceruloplasmina Ferritina •Misceláneos Metales de transición: Se, Cu, Zn, Mn. Flavonoides Químicos sintéticos