🧪 5. Radicales lbres

Radicales libres

MPSS Kevin Guillermo Viadero Torres

Noviembre, 2024

Objetivos

• 5.1.1 Definir el concepto de radical libre y de estrés oxidante.
• 5.1.2 Describir la formación de las especies reactivas de oxígeno (anión superóxido, peróxido de hidrógeno, radical hidroxilo y oxígeno singulete) y de nitrógeno (óxido nítrico y peroxinitrito) y su relevancia desde el punto de vista médico.
• 5.1.3 Conocer cómo se genera el anión superóxido en la mitocondria y en la membrana plasmatica.
• 5.1.4 Reconocer que la producción de radicales libres está asociada con algunas enfermedades (diabetes, enfermedades neurológicas y envejecimiento). Ver tabla “radicales libres asociados con enfermedades”. (Tabla material complementario)
• 5.1.5 Discutir la producción de radicales libres en la fagocitosis durante una infección bacteriana (estallido respiratorio).
• 5.1.6 Describirá la relevancia fisiológica del radical del óxido nítrico (NO) en la vasodilatación (como ejemplo sildenafil).
• 5.1.7 Describirá los mecanismos protectores del organismo contra las especies reactivas de oxígeno: superóxido dismutasa, catalasa, glutatión peroxidasa, vitaminas e y c, β-carotenos.

5.1.1 Definir el concepto de radical libre y de estrés oxidante.

¿Qué es un radical libre?

Es una molécula con un electrón desapareado en el orbital externo.

Lieberman M, Peet A. Toxicidad del oxígeno y daño por radicales libres. En: Marks. Bioquímica médica básica. Un enfoque médico. 6ª edición. España: Wolters Kluwer; 2023.

Radicales libres

Se les identifica con un punto al final de la fórmula química RL•

Ejemplos:

• O2-• Anión superóxido
• OH• radical hidroxilo
• 1O2 oxígeno singulete

Lieberman M, Peet A. Toxicidad del oxígeno y daño por radicales libres. En: Marks. Bioquímica médica básica. Un enfoque médico. 6ª edición. España: Wolters Kluwer; 2023.

Radicales libres

Pueden causar pérdida de función en la célula. Los RL pueden reaccionan con todos los polímeros estructurales de la célula:

• Lípidos (ácidos grasos insaturados).
• Proteínas (Phe, Tyr, Trp, His, Met).
• Carbohidratos.
• DNA (mutaciones).

Lieberman M, Peet A. Toxicidad del oxígeno y daño por radicales libres. En: Marks. Bioquímica médica básica. Un enfoque médico. 6ª edición. España: Wolters Kluwer; 2023.

¿Qué es el estrés oxidativo?

Lieberman M, Peet A. Toxicidad del oxígeno y daño por radicales libres. En: Marks. Bioquímica médica básica. Un enfoque médico. 6ª edición. España: Wolters Kluwer; 2023.

5.1.2 Formación de ERO (anión superóxido, H2O2, radical hidroxilo y oxígeno singulete) y de nitrógeno (óxido nítrico y peroxinitrito).5.1.3 Generación del anión superóxido en la mitocondria y en la membrana plasmatica.

Características de las ERO

Lieberman M, Peet A. Toxicidad del oxígeno y daño por radicales libres. En: Marks. Bioquímica médica básica. Un enfoque médico. 6ª edición. España: Wolters Kluwer; 2023.

Formación de ERO

Esta vía se realiza en el citosol, principalmente en células de rápida división.

Lieberman M, Peet A. Toxicidad del oxígeno y daño por radicales libres. En: Marks. Bioquímica médica básica. Un enfoque médico. 6ª edición. España: Wolters Kluwer; 2023.

Anión superóxido

Uno de los principales sitios de generación de superóxido es la coenzima Q (CoQ) en la cadena de transporte de electrones mitocondrial.

McKee T, McKee JR. Metabolismo aerobio II: transporte de electrones y fosforilación oxidativa. En: Bioquímica. Las bases moleculares de la vida. 7a ed. México: McGraw-Hill Interamericana; 2020.Lieberman M, Peet A. Toxicidad del oxígeno y daño por radicales libres. En: Marks. Bioquímica médica básica. Un enfoque médico. 6ª edición. España: Wolters Kluwer; 2023.

Radical hidroxilo

McKee T, McKee JR. Metabolismo aerobio II: transporte de electrones y fosforilación oxidativa. En: Bioquímica. Las bases moleculares de la vida. 7a ed. México: McGraw-Hill Interamericana; 2020.Lieberman M, Peet A. Toxicidad del oxígeno y daño por radicales libres. En: Marks. Bioquímica médica básica. Un enfoque médico. 6ª edición. España: Wolters Kluwer; 2023.

Oxígeno singlete (1O2)

Se produce a altas tensiones de oxígeno a partir de la absorción de luz ultravioleta. Tiene spins antiparalelos.

Lieberman M, Peet A. Toxicidad del oxígeno y daño por radicales libres. En: Marks. Bioquímica médica básica. Un enfoque médico. 6ª edición. España: Wolters Kluwer; 2023.

Especies reactivas de nitrógeno (RNS)

Lieberman M, Peet A. Toxicidad del oxígeno y daño por radicales libres. En: Marks. Bioquímica médica básica. Un enfoque médico. 6ª edición. España: Wolters Kluwer; 2023.

5.1.4 Asociación de los radicales libres con algunas enfermedades (diabetes, enfermedades neurológicas y envejecimiento).

Radicales libres y enfermedades neurodegenerativas

Parkinson

Alzheimer

Demencias

Envejecimiento

Coordinación de enseñanza de bioquímica. Material complementario.

5.1.5 Discutir la producción de radicales libres en la fagocitosis durante una infección bacteriana (estallido respiratorio).

Estallido respiratorio

La NADPH oxidasa inicia el estallido respiratorio con la generación de superóxido. El superóxido genera H2O2.

El H2O2 también puede generar el radical hidroxilo a partir de la reacción de Fenton.

Los gránulos que contienen mieloperoxidasa se secretan en el fagosoma y se genera ácido hipocloroso (HOCl).

Lieberman M, Peet A. Toxicidad del oxígeno y daño por radicales libres. En: Marks. Bioquímica médica básica. Un enfoque médico. 6ª edición. España: Wolters Kluwer; 2023.McKee T, McKee JR. Metabolismo aerobio II: transporte de electrones y fosforilación oxidativa. En: Bioquímica. Las bases moleculares de la vida. 7a ed. México: McGraw-Hill Interamericana; 2020.

Estallido respiratorio

La NOS inducible (iNOS) puede activarse y generar NO.

El óxido nítrico se combina con el superóxido para formar peroxinitrito.

El resultado es un ataque a las membranas y otros componentes de las células fagocitadas y, finalmente, la lisis.

Todo el proceso se conoce como estallido respiratorio porque dura solo entre 30 y 60 minutos y consume O2.

Lieberman M, Peet A. Toxicidad del oxígeno y daño por radicales libres. En: Marks. Bioquímica médica básica. Un enfoque médico. 6ª edición. España: Wolters Kluwer; 2023.McKee T, McKee JR. Metabolismo aerobio II: transporte de electrones y fosforilación oxidativa. En: Bioquímica. Las bases moleculares de la vida. 7a ed. México: McGraw-Hill Interamericana; 2020.

5.1.6 Describirá la relevancia fisiológica del radical del óxido nítrico (NO) en la vasodilatación (como ejemplo sildenafil).

Importancia del •NO

Inhibición de la coagulación de la sangre.

Regulación de la presión arterial.

Destrucción de células extrañas inducida por macrófagos.

McKee T, McKee JR. Metabolismo aerobio II: transporte de electrones y fosforilación oxidativa. En: Bioquímica. Las bases moleculares de la vida. 7a ed. México: McGraw-Hill Interamericana; 2020.

Importancia del •NO

La interrupción de la regulación de la síntesis de •NO se ha relacionado con:

• Accidente cerebrovascular.
• Migraña.
• Disfunción eréctil.

Fraidenburg DR, Desai AA, Makino A, Yuan JX. Tratamiento de la hipertensión arterial pulmonar. En: Goodman & Gilman: Las bases farmacológicas de la terapéutica. 14ed. México: McGraw-Hill Interamericana; 2023.McKee T, McKee JR. Metabolismo aerobio II: transporte de electrones y fosforilación oxidativa. En: Bioquímica. Las bases moleculares de la vida. 7a ed. México: McGraw-Hill Interamericana; 2020.

5.1.7 Describirá los mecanismos protectores del organismo contra las ERO: superóxido dismutasa, catalasa, glutatión peroxidasa, vitaminas e y c, β-carotenos.

Antioxidantes endógenos

Glutatión

McKee T, McKee JR. Metabolismo aerobio II: transporte de electrones y fosforilación oxidativa. En: Bioquímica. Las bases moleculares de la vida. 7a ed. México: McGraw-Hill Interamericana; 2020.

Antioxidantes endógenos

Superóxido dismutasa y catalasa

McKee T, McKee JR. Metabolismo aerobio II: transporte de electrones y fosforilación oxidativa. En: Bioquímica. Las bases moleculares de la vida. 7a ed. México: McGraw-Hill Interamericana; 2020.

Antioxidantes endógenos

Tocoferol α (Vit. E):

• Pertenece a una clase de compuestos conocidos como antioxidantes fenólicos.
• Es soluble en lípidos, desempeña un papel importante en la protección de las membranas.

McKee T, McKee JR. Metabolismo aerobio II: transporte de electrones y fosforilación oxidativa. En: Bioquímica. Las bases moleculares de la vida. 7a ed. México: McGraw-Hill Interamericana; 2020.

Antioxidantes endógenos

β-caroteno

• En los animales es un precursor del retinol, un antioxidante importante en las membranas.

McKee T, McKee JR. Metabolismo aerobio II: transporte de electrones y fosforilación oxidativa. En: Bioquímica. Las bases moleculares de la vida. 7a ed. México: McGraw-Hill Interamericana; 2020.

Antioxidantes endógenos

Ácido ascórbico:

• Elimina una variedad de ROS dentro de los compartimentos acuosos de las células, y en los fluidos extracelulares.

McKee T, McKee JR. Metabolismo aerobio II: transporte de electrones y fosforilación oxidativa. En: Bioquímica. Las bases moleculares de la vida. 7a ed. México: McGraw-Hill Interamericana; 2020.

Antioxidantes endógenos

Ácido ascórbico:

• Previene la peroxidación lipídica al reaccionar con los radicales peroxilo formados en el citoplasma, antes de que puedan alcanzar la membrana.

McKee T, McKee JR. Metabolismo aerobio II: transporte de electrones y fosforilación oxidativa. En: Bioquímica. Las bases moleculares de la vida. 7a ed. México: McGraw-Hill Interamericana; 2020.

Antioxidantes endógenos

Ácido ascórbico:

• Mejora la actividad antioxidante de la vitamina E mediante la regeneración del tocoferol α, reducido a partir del radical tocoferoxilo α.

McKee T, McKee JR. Metabolismo aerobio II: transporte de electrones y fosforilación oxidativa. En: Bioquímica. Las bases moleculares de la vida. 7a ed. México: McGraw-Hill Interamericana; 2020.

Antioxidantes

McKee T, McKee JR. Metabolismo aerobio II: transporte de electrones y fosforilación oxidativa. En: Bioquímica. Las bases moleculares de la vida. 7a ed. México: McGraw-Hill Interamericana; 2020.

Referencias

• McKee T, McKee JR. Metabolismo aerobio II: transporte de electrones y fosforilación oxidativa. En: Bioquímica. Las bases moleculares de la vida. 7a ed. México: McGraw-Hill Interamericana; 2020.
• Lieberman M, Peet A. Toxicidad del oxígeno y daño por radicales libres. En: Marks. Bioquímica médica básica. Un enfoque médico. 6ª edición. España: Wolters Kluwer; 2023.
• Fraidenburg DR, Desai AA, Makino A, Yuan JX. Tratamiento de la hipertensión arterial pulmonar. En: Goodman & Gilman: Las bases farmacológicas de la terapéutica. 14ed. México: McGaw-Hill Interamericana; 2023.

La concentración de la dopamina se reduce por acción de la monoaminooxidasa que genera especies reactivas de oxígeno y nitrógeno, los que induducen la perioxidación de lípidos, oxidación de proteínas y degeneración neuronal.

El depósito de β amiloide activa la microglia, lo que genera respuesta inflamatoria y daño oxidativo (oxidación proteica, perioxidación lipídica, formación de EROS, estimulación de óxido nítrico sintasa). Esto induce mecanismos de apoptosis e interfiere con la sinapsis.

Un estado de estrés oxidativo induce en la célula efectos tóxicos por oxidación de lípidos, proteínas, carbohidratos y nucleótidos, lo cual produce acumulación de agregados intracelulares, disfunción mitocondrial, excitotoxicidad y apoptosis.

Disminución de enzimas que catalizan la reducción del glutatión (glutatión reductasa o la G6PD) y a un aumento de la actividad de las enzimas que favorecen su oxidación (glutatión peroxidasa), formación de ERO en las membranas generando peroxidación lipídica.